供水管網的管材綜述

發布時間: 2009-02-26 13:17:26   作者:本站編輯   來源: 本站原創   瀏覽次數:

一、供水管網的功能要求
供水企業的根本任務是向用戶提供清潔的飲用水,連續供應有壓力的水,同時降低供水費用。為此,供水管網作為供水系統的重要環節,對于它的硬件有以下五點要求:
  (1) 封閉性能高
  供水管網是承壓的管網,管道只有良好的封閉性,才是連續供水的基本保證。
  (2) 輸送水質佳
  自來水從水廠到用戶,要經過較長的管道,往往需要幾個小時乃至幾天。管網實際上是一個大的反應器,出廠水未完成的化學反應將在管網中繼續進行,并且含氯水與管壁發生新的接觸,有可能產生新的反應,這些反應有生物性的、感官性的以及物理化學性的。因此要求管道內壁既要耐腐蝕性,又不會向水中析出有害物質。
  (3) 水力條件好
  供水管道的內壁不結垢、光滑、管路暢通,才能降低水頭損失,確保服務水頭。
  (4) 設備控制靈
  一個大城市的供水管網,管道總長度少的有數百公里,多的達數千公里,在這樣的大型供水管網中有成千上萬個專用設備,維持著管網的良好運行。
  在管網上的專用設備包括:閥門、消火栓、通氣閥、放空閥、沖洗排水閥、減壓閥、調流閥、水錘消除器、檢修人孔、伸縮器、存渣斗、測流測壓裝置等。這些設備的完好是保證管網運行暢通、避免污染的前提。
  (5) 建設投資省
  供水管網的建設費用通常占供水系統建設費用的50%~70%,因此如何通過技術經濟分析確定供水管網的建設規模,恰當選用管材及設備是管網合理運行的保證。

二、管材類別
1、金屬管材
  (1) 鋼管(SP)
  鋼管包括:鋼板直縫焊管與鋼板螺旋焊管(適用于大口徑管道)、無縫鋼管(適用于中小口徑管道)、不銹鋼管(適用于中小口徑管道),鍍鋅鋼管與鋼塑復合管(適用于小口徑管道),近年多數城市已不用鍍鋅鋼管。
  (2)鑄鐵管(CIP)
  (2.1) 灰口鑄鐵管(GCIP)
  包括離心灰口鑄鐵管、半連續灰口鑄鐵管(適用于中小口徑管道)。近年多數城市供水企業已不用灰口鑄鐵管。
  (2.2) 延性鑄鐵管(DCIP)
  包括退火球墨鑄鐵管、鑄態球墨鑄鐵管(適用于各種口徑管道,主要是中小口徑管道),鑄態球墨鑄鐵管亦逐漸退出市場。
  (3)有色金屬管
  包括銅管、鋁管(適用于小口徑管道)。

2、 非金屬管材
  (1)水泥壓力管
  (1.1) 石棉水泥管(ACP)現已不推廣使用;
  (1.2) 自應力管(SSCP)在小城鎮及農村用于中小口徑管道;
  (1.3) 預應力管(PCP)
  包括管芯纏絲預應力管(又稱三階段管)(CTPCP)、振動擠壓預應力管(又稱一階段管)(PVCP)、預應力鋼筒砼管(PCCP),適用于大中口徑管道。其中預應力鋼筒砼管是前者的新一代產品。
  (2)塑料管
  (2.1) 熱塑性塑料管
  包括硬聚氯乙烯管(UPVC)、高密度聚乙烯管(HDPE)(適用于中小口徑管道);聚乙烯夾鋁復合管(PAP)、孔網鋼帶塑料復合管(PSSCP)、交聯聚乙烯管(PEX)、改性聚丙烯管(PP-R)、聚丁烯管(PB)、尼龍管(PA)(適用于小口徑管道);丙烯腈一丁二烯一苯乙烯三元共聚物為基材的工程塑料管(ABS)(主要適用于水廠投加氯及凈水劑的管道,目前也有中口徑管道產品)。
   (2.2)熱固性塑料管(GRP)
  GRP管又稱玻璃纖維增強樹脂塑料管或玻璃鋼管。玻璃鋼管或加砂的玻璃鋼管又分兩種成型方法,即離心澆鑄成型法(Hobas法)及玻璃纖維纏繞法(Veroc法),GRP管在大口徑工業用水管道上、排污管道及源水管道上有較大的適用前景。

三、 管材適用性概述
1、鋼管
  (1)大口徑鋼管
  鋼管通常選用Q235B(A3)鎮靜鋼鋼板制作,它的強度高,管材及管件易加工,管廠建設周期短,特別是地形復雜的地段,一般采用鋼管。但鋼管的剛度小,易變形,襯里及外防腐要求嚴,必要時需作陰極保護,施工過程中組合焊接工作量大,在地下水位較高時,可采用膠圈柔性接口措施克服這一困難,與水泥壓力管相比,造價較高。
  (2)鍍鋅鋼管
  在國內過去小口徑管道上,主要使用的是鍍鋅鋼管(白鐵管),但因銹蝕問題,影響水質及使用年限,近年多數城市已不再使用。另外,市場上出售的冷鍍鋅鋼管,鍍鋅層薄,管內壁更差,甚至未鍍上,極影響水質,使用3~5年就腐蝕穿孔,不符合供水管道使用,作為偽劣產品,已禁用。
  (3)薄壁不銹鋼管(LGSSP)?
  近幾年國內已有一些企業可制造薄壁不銹鋼管,并制造出膠圈快速連接的管件,它在冷熱水管應用上前景廣闊,各種規格的管材、管件及閥門、水咀等已形成“白鋼系列”產品,它不存在銹蝕與材質老化的問題,使用壽命長,外形美觀,它在小口徑管材中將是競爭力很強的品種。

2、鑄鐵管 
  鑄鐵管是供水管網中使用量最多的一種管材。
(1)城市供水管網的功能需要球墨鑄鐵管
  1)城市供水管道是輸送飲用水的,必須內襯材料符合衛生要求。
  球墨鑄鐵管內襯了水泥砂漿,管內輸水符合衛生要求;若輸送水的水質不穩定,則砂漿內表面應刷涂衛生級樹脂保護,從而并不比非金屬管材差。
  2)城市供水管道是輸送有壓力的水,必須管道有承內壓的功能。
  球墨鑄鐵管可承受內水壓力超過2.0Mpa以上,它比非金屬管材強。
  3)城市供水管道是敷設在道路下面,必須管道有承受土壤靜荷載及地面動荷載的功能。
  球墨鑄鐵管系延伸率、剛度、抗拉強度均較大的金屬管道,承受土壤靜荷載及地面動荷載的能力通常比其它管材強。當然若覆土過淺、過深時,也應通過結構計算確定相關措施。
  4)城市供水管道的分支管件規格多、數量大。
  球墨鑄鐵管的管件規格齊全,能適應新安裝需要,也能適應運行管道上不停水引接分支的需要,它比非金屬管材解決起來方便。
  5)城市道路下面管線種類多、布置緊湊、立面交錯、更改頻繁,這些都要求管材的適應性強、折裝方便。
    球墨鑄鐵管系柔性接口,折裝方便、承受局部沉陷的能力好,特別在有地下水或管內有少量余水的狀況下維修容易,它比非金屬管材維修難度小。
  6)城市道路下面的雨、污水管道容易滲漏,土壤腐蝕性強,要求管道耐腐蝕性好。
  球墨鑄鐵管通常外表面首先噴涂鋅層,再噴涂瀝青保護,這方面比非金屬管材弱,但比鋼管強。
  7)在城市道路已按規劃定型的條件下,要求道路下面的管道能長期不維修。
  球墨鑄鐵管通常有50~100年的使用壽命,比化學管材及鋼管使用壽命長。
  (2)當前城市供水管網組成狀況,預示著球墨鑄鐵管的發展前景
  1)我國城市供水管網中,鑄鐵管占80%以上,近幾年逐漸淘汰了灰鑄鐵管,大量使用球墨鑄鐵管。
  2)我國臺北市在1996年敷設3412km管道中,球墨鑄鐵管占84.82%。
  3)日本東京市城市供水管網中,球墨鑄鐵管約占90%。
  4)美國近幾年內,年安裝供水管道23萬km,球墨鑄鐵管占47.7%。
  (3)城市供水管網不可能使用單一管材
  以上所述,球墨鑄鐵管是城市供水管網的主要管材,在國外DN50~2900mm之間均有球墨鑄鐵管的產品,在國內DN100~2200mm之間也有球墨鑄鐵管的產品,但并不說明城市供水管網要使用單一管材,其理由如下:
  A. DN≥1400mm及DN≤200mm的球墨鑄鐵管,鑄造難度大、相對價格高。
  B. 大口徑球墨鑄鐵管的管件,鑄造難度大、相對價格高。
  C.大口徑球墨鑄鐵管管壁簿,承、插口端容易變形,影響管道敷設。
  綜上所述,在國內各城市供水管網中,球墨鑄鐵管目前宜適用于DN300~1200mm之內。

3、水泥壓力管
  (1)石棉水泥管
  我國在六十年代,部分城市使用過,目前幾乎沒有使用。
  (2)自應力管
  自應力管是用自應力砼并配置一定數量的鋼筋制成的。制管用的自應力水泥是用425號或525號普通硅酸鹽水泥、325或425號礬土水泥和二水石膏,按適當比例加工制成,所有鋼筋為低碳冷撥鋼絲或鋼絲網。
  國內生產的自應力管規格主要在100~600mm之間,由于工藝簡單,制管成本較低,但由于容易出現二次膨脹及橫向斷裂,目前主要用于小城鎮及農村供水系統中。
  (3)預應力管
  預應力管包括一階段管、三階段管、預應力鋼筒砼管。
  1)一階段管
  一階段管的制管過程是先把作為環向預應力鋼絲的鋼筋骨架放到裝配好的管模中,布置上縱向鋼筋,用電熱法或機械法使縱向鋼筋獲得預應力,然后澆注砼,此后向特制的橡膠內膜中注水升壓,使膠模膨脹,砼、外模和鋼筋一道膨脹變形,把砼中水份排擠掉。環向鋼筋獲得了預應力,并立即進行蒸汽養護,待砼凝固后將內模中的水壓泄放,脫外模即成產品。
  此種工藝的特點是強度及抗滲性較好,管壁較薄,但外模合縫處容易漏漿,修補率高,承口要磨削加工。
  2)三階段管
  三階段管是指一根管材分三個階段制成,先做成一個帶縱向預應力的砼管芯,管芯外纏環向預應力鋼絲,然后作水泥沙漿保護層。
  管芯成形工藝又分離心法與懸輥法。此種工藝建廠費用低,宜于流動性生產,唯抗滲性能差,修補率高,管體笨重。
  3)預應力鋼筒砼管
  預應力鋼筒砼管是在帶鋼筒(薄鋼筒的厚度約1.5mm左右)的砼管芯上,纏繞一層或二層環向預應力鋼絲,并作水泥砂槳保護層而制成的管子。
  二十世紀八十年代末,隨著我國城市供水、工業用水、農田水利建設的迅猛發展,對于輸水管

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