几种管材的综合比较

几种管材的综合比较

合理地选择最佳管材与确定经济管径，是管道工程师的基本要求。只有通过科学的分析，才能够准确地找到最优的管材与管径。本章试就钢管、球墨铸铁管、PVC管、玻璃钢管、铝塑复合管、PE管的对比分析说明经济管径与最佳管材的确定。

5．1各种管材性能的比较

5．1．1钢管（SP）

钢管作为灰铁管的升级换代产品，具有延伸性能良好，不易破碎的优点，但也有不可避免的缺点。钢管的焊接接头具有良好的防止脱落性，同时也增加了施工难度：

1． 焊接工作费时费力（定心、焊接、X射线检查、涂漆），并且需要高度熟练的技术工人；

2． 焊接受自然气象条件影响：雨天不能焊接，尤其是碰上骤雨时应立即中断焊接，等骤雨停了之后方可进行焊接，但必须进行加热和除湿等工作，否则焊接的质量很难保证。当外界相对湿度增高，达到露点时，管身就会生露，必须进行干燥；

3． 施工费用昂贵：按一九八九年市政工程国家预算定额计算，钢管的施工费用是球铁管施工费的三倍。考虑管材价格因素，球铁管单位长度工程预算仅相当于钢管的3/5；

4． 无适应性：接口处钢性太强，无挠度，不能适应地形沉降：钢管无配套管件，需现场焊接制造，不能进行弯曲配管。在必须进行弯曲配管时，要切断管端，进行端面加工，故没有适应性；

5． 抗腐蚀性能太差，需要昂贵的防腐费用：必需充分的涂漆管理，焊接部位的内防腐难以作到完善施工，尤其是小口径管，焊接后的内面，涂漆困难，内防腐得不到保证，严重影响了管道的使用寿命。根据国家有关资料表明，即使采用“三油两布”防腐后，一般寿命不超过30年，在南方沿海地区寿命短至25年；

6． 易于遭受电腐蚀：钢管的电阻小，再加上焊接接头结合成一个整体，形成长大电路，因此容易受泄漏电流或土壤变化的影响，而易于腐蚀；

7． 泄漏率极高：据日本防止电腐蚀研究委员会一九六六年出版的《电腐蚀、土壤腐蚀手册》对东京和大阪输水公司管道泄漏事故统计，钢管泄漏率为1次/14公里·年，而球铁管泄漏率为1次/780公里·年。

虽然钢管具有良好的机械性能，但由于其种种不可避免的缺点造成钢管的寿命缩短，工程造价大大提高。因此，钢管不可避免地将要被淘汰。

5．1．2球墨铸铁管（DIP）

本世纪五十年代，随着一种新的铁水处理工艺（球化处理）的出现，一种全新的材质即球墨铸铁管问世了，其优良的性能使它在各个领域得到广泛应用。“离心铸造”也是一种年轻的铸造方法，同传统的铸造方法相比，铸件的组织更密，铸造缺陷更少，非常适合生产环形铸件。离心球墨铸铁管就是这两种新兴工艺的完美结合产物，它具有可同钢管相媲美的机械性能，因此球墨铸铁管一出现就得到迅速的推广，广泛应用在给排水及输油输气管网。

球墨铸铁管作为灰铁管、焊钢管的升级换代产品，拥有许多灰铁管和焊钢管无法比拟的优点：

1． 球墨铸铁管具有铁的本质，钢的性能：延伸率大于10，硬度小于等于230HB，抗拉强度大于420Mpa，具有与钢管媲美的抗拉强度、抗弯强度、弹性系数；

2． 防腐性好：球墨铸铁管采用内衬水泥或各种树脂，外喷锌涂沥青进行内外防腐，从根本上解决了灰铁管和钢管无法解决的内外防腐问题，使用单位无需采用任何防腐措施，并从根本上杜绝了水质的二次污染；

3． 柔性接口形式，适应性强：球墨铸铁管的连接方式采用承插式或压兰式机械接口加橡胶密封圈，有良好的密封性、延伸性，具有较大的偏转角3——5度，能吸收因地基沉降而产生的应力，避免管道破裂。

4． 安装省时省力：该管材施工十分方便，不受天气影响，不需要复杂设备，土方工程量小，无需工人具有高深的专业技术，安装省时省力，节省了大量的安装费用。

5．1．3 聚氯乙烯管（PVC）

PVC管是指聚氯乙烯给水排水管材，俗称塑料管。PVC管材的主要特点是口径较小，一般小于250mm，重量轻，耐腐蚀和防结垢性能好，而且价格较低，在小口径管材中具有一定的竞争力。但PVC的缺点也很明显，主要表现在以下几点：

1． PVC管的强度低，抗压性能比较差，用于地下覆埋时，非常容易产生变形；

2． PVC管大部分联接采用粘接，纯属钢性接口，可挠性差，容易引起口漏。据中国水协1989——1990年对30座城市管网爆管事故调查表明，其中塑料管的事故率最高，占爆管的50%以上。据专家研究表明，塑料管的壁厚较小，抗拉强度仅为DIP的1/16，这两点是塑料管爆管多的主要原因；

3． PVC管的热胀冷缩大，弹性和耐冻性都较差，用于室外露天铺设时，很容易引起接口处漏水或爆管。

4． 目前我国PVC生产厂家的产品质量和卫生指标虽比以前有所改善，但大多数厂家的产品仍不够国家标准，用于输送自来水时会对水质产生影响。

5．1．4玻璃钢管

玻璃钢管是指玻璃纤维增强热固性树脂砂浆管或塑料砂浆管，通常采用离心工艺制造。目前我国可生产的玻璃钢管的规格主要是从DN250——2400mm，直径大于300mm的管道标准长度为12米，直径小于300mm的管道标准长度为6米。玻璃钢管主要具有以下特点： 1． 玻璃钢管的工作压力为1——25bar，而DIP管的最大工作压力可达到50bar，比玻璃钢管高一倍；

2． 与玻璃钢管相比，DIP管具有价格上的优势。具体比较如下：直径不大于600mm的管道，玻璃钢管的价格比DIP要高30%以上，直径在700mm——1000mm之间的管道，玻璃钢管的价格比DIP管高15——25%，直径大于1000mm的管道两者价格基本持平，但由于玻璃钢管施工和安装费用比较高，因此总价仍比DIP管要高10%左右；

3． 玻璃钢管道象其它所有用石油化学产品制成的管道一样可燃，所以不能放置在热源暴露的地方，如电焊、切割现场或热、火、电源的附近，危险性比较高；

4． 由于玻璃钢管强度比较低，所以在堆放时管道高度不能超过两米，而且并排的两支管之间必须有3——6米的空间，以防止互相之间产生磨损，因此在堆放时需要很大场地；

5． 玻璃钢管道在埋设时，需要首先用沙或砾石铺设垫层，对回填料的要求较高，一般情况下不允许使用原土回填，因此施工非常麻烦费用也高；

6． 玻璃钢管对温度变化比较敏感，如长时间裸露在太阳光下，会引起接头处的密封不严，引起漏水。当温度大于35℃时，会对玻璃钢管连续输水产生影响，并影响管道的使用寿命。温度太高时，甚至无法正常输水；

7． 热塑性内衬管的压力等级是以温度23℃为基础，当使用温度高于23％时，压力等级要降低；

8． 玻璃钢管的内衬采用固性树脂，目前此种材料对饮用水是否会产生污染尚无定论，因此玻璃钢管如要用于输送饮用水，必须得到地区级健康卫生部门的检验和认可后方可使用。另外，玻璃钢管接头处的密封垫圈和润滑油会对水质产生污染。

9． 玻璃钢管在安装时允许的最大偏转角度不大，仅为0.5——3度，比DIP 管的最大允许偏转角度要降低一半，对地形的适应能力明显不如DIP管。

5．1．5聚乙烯管（PE）

聚乙烯管为挤拉成型，主要用于输送燃气，不能达到输送饮用水的卫生标准。管材为黄色或黑色，黑色管上有明显黄色色条，国外也有绿色管。其长度可根据用户要求而定，最大口径为630mm。小于DN200mm的管材，PE管具有价格优势；而大于DN200mm的管材，其价格约为球墨铸铁管的2倍。

1． 聚乙烯管的屈服强度、抗弯强度均小于球墨铸铁管，且聚乙烯管在应力作用下会加速老化；

2． 聚乙烯管为电熔焊的刚性连接；而球墨铸铁管为柔性连接，具有伸缩性、可挠性，可吸收基础不均匀沉陷，配合管身性能形成软结构管道，显示了出具有优异的适应形变能力，不会使管道产生过分应力；

3． 聚乙烯管道机械强度低，易受碰撞破损导致漏气；

4． 人工煤气中冷凝液中有芳香烃，总浓度在实际管网中约为冷凝的1%，芳香烃易使管产生膨胀，降低屈服强度17——19%，只能输送0.05Mpa工作压力的人工煤气；

5． 聚乙烯管最小埋深不小于0.6米，可延性球墨铸铁管最小埋深为0.3米； 6． 聚乙烯管与热水管道和排水管道水平距离和垂直距离与可延性球墨铸铁管相比要特殊处理。

5.2管材综合造价比较与选择：

在选择管材上，特别是土壤腐蚀性较大的地区，要选择耐腐蚀性强的管材或选择防腐层性能好的管材。

5．2．1管线运行费用

管线运行费用即输送介质时为克服磨擦阻力及静水头所需的泵动力与管线的维护费用之和。表5——1为计算摩阻水头损失及泵动力费用的程序。所用公式如下：

1．水头损失按满凝公式计算：

V=1/n*R2/3*S1/2

其中：n——粗糙率系数；

R——水力半径，对满流管：R=D/4；

S——水力坡度，S=H1/L。

2．年动力费用计算公式：

Py=（9.8*G*F*H1*t/E）*Pc

其中：G——介质比重；

F——流量；

H1——水头损失；

t——年运行时间；

E——泵效率；

Pc——动力价格，本文取0.52元/千瓦时。

3． 寿命动力费用现值计算公式为：

A=Py*(1-(1-i)-N)/i

其中：Py——年动力费用；

I——投资收益率；

N——设计寿命，本比较方案按寿命最短的管材（钢管）40年计。

表5——1： 不同管材克服水头损失所需动力比较

项目比较： ****工程

工程性质： 输水管线

管材类型： 球墨铸铁管等四种管材

时 间：

1997.6

项目 单位 DIP SP PCCP GRP

输入 管径 mm 1800 1800 1800 1800

管线长度L km 1.0 1.0 1.0 1.0

流量F m3/d 300000 300000 300000 300000

介质比重G kg/m3 1000 1000 1000 1000

泵效率E % 70 70 70 70

动力价格Pc 元/kw·h 0.52 0.52 0.52 0.52

设计寿命N 年 100 40 50 50

投资收益率i % 10 10 10 10

粗糙率系数n 0.0096 0.0125 0.0125 0.0125

结果 流速 m/s 1.36 1.36 1.36 1.36

沿和水头损失H1 m 0.84 0.84 0.84 0.50

所需功率 马力 55.80 55.8 55.8 32.9

千瓦 41.04 41.04 41.04 24.20

年动力消耗W kw·h /年 364.702 364.702 364.702 215.110

年动力费用Py 元/年 189644.79 189644.79 189644.79 111859.05

寿命期动力费用现值A 元 741818.4 1854546 1854546 1093855.7

5.2.2四种管材的主要特性比较

表5——2： 四种管材的主要特性比较

名称 最大

管径(mm) 最大工作压力(bar) 接口形式 使用年限 生产与应用 优点 缺点