十五年内供水管网中建议常用的几种管材_secret
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十五年内供水管网中建议常用的几种管材
何维华
摘要:本文结合2020年行业远景规划的编制，扼要阐述了供水管网的功能要求；介绍了十五年内供水管网中建议常用的几种管材；在中、大口径管道上重点阐述了球墨铸铁管、预应力钢筒混凝土管、钢管；在中、小口径管道上重点阐述了薄壁不锈钢管及聚乙烯给水管。针对中国水协2005年7月在成都召开的‘管道材料设备优化选择与应用培训班’上本人的讲稿，进行了一些补充，尽可能引用了近年拟定的囯标、行标的内容，调改了过去相关信息的阐述。
关键词 管网 管材
1.供水管网的功能要求
供水企业的根本任务是向用户提供清洁的饮用水，连续供应有压力的水，同时降低供水费用。为此，供水管网作为供水系统的重要环节，对于它的硬件有以下六点要求：
1.1封闭性能高
供水管网是承压的管网，管道只有在长期承内、外压的状况下具有良好的封闭性，才是连续供水的基本保证。
我国属地震多发区，根据GB50011-2001《建筑抗震设计规范》介绍，2000年底，在全国663个城市中，有582个要求抗震设防(规定6度以上)，占全国城市总数的87.8%。在供水管网建设过程中，事先考虑到认真设防，尽可能减少损坏，这对保证生命安全，减少地 震损失具有重大意义。
这里存在两个要求：一是故障率低；二是漏水率低。
1.2输送水质佳
自来水从水厂到用户，要经过较长的管道，往往需要几个小时乃至几天。管网实际上是一个大的反应器，出厂水未完成的化学反应将在管网中继续进行，并且含氯水与管壁发生新的接触，有可能产生新的反应，这些反应有生物性的、感官性的以及物理化学性的。因此要求管道内壁既要耐腐蚀性，又不会向水中析出有害物质。
1.3水力条件好
供水管道的内壁不结垢、光滑、管路畅通，才能减小水头损失，确保服务水头，降低能耗。 1.4设备控制灵
一个大城市的供水管网，管道总长度少的有数百km，多的达数千km，在这样的大型供水管网中有成千上万个专用设备，维持着管网的良好运行。
在管网上的专用设备包括：阀门、消火栓、通气阀、放空阀、冲洗排水阀、减压阀、逆止阀、调流阀、水锤消除器、检修人孔、伸缩器、存渣斗、测流测压装置、流量计、水表等。这些设备的完好是保证管网运行畅通、避免污染的前提。
1.5使用寿命长
作为输、配水干管的建设应是百年大计，管道的使用寿命应立求达100年为妥，作为埋地及室内暗敷的配水支管道，达不到50年亦 是不宜推荐使用的。通常推敲寿命的方法有二：一是实践证实了它的使用寿命；二是理论及检验推算了它的使用寿命。在评述管道的质量、寿命问题，应包括管材、管件及附属设备组成的管道，以下重点仅讨论常用几种管材与管件问题。
1.6建设投资省
供水管网的建设费用通常占供水系统建设费用的50～70％，因此如何通过技术经济分析确定供水管网的建设规模，恰当选用管材及设备是优化管网合理化建设的保证。
2.管材类别
2.1金属管材
2.1.1钢管
钢管包括：钢板直缝焊管与钢板螺旋焊管(适用于中大口径管道)、无缝钢管(适用于中小口径管道)、不锈钢管(适用于中小口径管道)，镀锌钢管(适用于小口径管道)，近年多数城市已不用镀锌钢管。
2.1.2铸铁管
(1)灰口铸铁管
包括离心灰口铸铁管、半连铸灰口铸铁管(适用于中小口径管道)，近年多数城市供水企业已不用灰口铸铁管。
(2)延性铸铁管
包括延性球墨铸铁管(以下简称球铁管)、铸态球墨铸铁管(适用于各种口径管道，主要是中小口径管道)，铸态球墨铸铁管亦逐渐退 出市场。
2.1.3有色金属管
包括铜管、铝管(适用于小口径管道，由于卫生上的原因，铝管不受欢迎；铜管属有色金属，通常在高档建筑物内使用，价格较贵，不宜推广使用)。
2.2非金属管材
2.2.1水泥压力管
(1)石棉水泥管现已不推广使用；
(2)自应力管在小城镇及农村用于中小口径管道；
(3)预应力管
包括管芯缠丝预应力管(又称三阶段管)、振动挤压预应力管(又称一阶段管)、预应力钢筒混凝土管，适用于大中口径管道，其中预应力钢筒混凝土管是前者的新一代产品。
2.2.2塑料管
(1)热塑性塑料管
(1.1)单一材质塑料管
包括硬聚氯乙烯管、聚乙烯管(适用于中小口径管道)；改性聚丙烯管(PP-R)、交联聚乙烯管、聚丁烯管、尼龙管(适用于小口径管道)；丙烯腈一丁二烯一苯乙烯三元共聚物为基材的工程塑料管(ABS)(主要适用于水厂投加氯及净水剂的管道，目前也有中小口径管道产品用于配水管上)。
(1.2)复合材质塑料管 包括孔网钢带塑料复合管、钢衬塑复合管(适用于中小口径管道)；聚乙烯夹铝复合管、不銹钢衬塑复合管、铝衬塑复合管(适用于小口径管道)。
(2)热固性塑料管
玻璃纤维增强树脂塑料管又称玻璃钢管。玻璃钢管或加砂的玻璃钢管又分两种成型方法，即离心浇铸成型法(Hobas法)及玻璃纤维缠绕法(Veroc法)，玻璃钢管在大口径工业用水管道上、排污管道及源水管道上有较大的适用前景。
3.建议常用的管材
3.1大口径钢管
钢管通常选用Q235B(A3)镇静钢钢板制作，它的强度高，管材及管件易加工，管厂建设周期短，特别是地形复杂的地段，一般采用钢管。但钢管的刚度小，易变形，衬里及外防腐要求严，必要时需作阴极保护，施工过程中组合焊接工作量大。近些年在广州、成都等地推行承插管节，坑下搭接焊作业，从而敷管效率高，坑下焊接环境得到改善。钢管制成承口的方法有二：一是加焊承口短管；二是钢管端口脹扩。前者增大焊接量；后者存在脹扩根部内应力集中的问题，若钢管壁厚值选用较保守尚可，否则是有隐患的。另承插管节增大了钢材的用量，增大了造价，因此此种方法建议用在快速抢工的地段较妥。在地下水位较高时，也有将承插钢管的承口设计成胶圈柔性的接口，克服这一困难，但钢管的刚度小，承插口的圆度难以保证，建议按预 应力钢筒混凝土管承、插口钢环的方式处理较好。
(1)钢管规格
钢管的规格有两种表示方式，通常是以钢管的外径表示，如《普通流体输送管道用螺旋缝埋孤焊钢管》(SY/T 5037-92)中所列中、大口径钢管公称外径的规格，是以英制规格的变化转换成公制的，比如dn96″相当于dn2438mm；另一种以公称通径表示，公称通径通常与钢管实际内径一致，也有与钢管内衬后的实际内径一致，这样有利于和水泥压力管、球铁管连接时内径趋于相同，如表1。这方面还有待多方面商讨，比如查找钢管水力计算表上的数值，也是按公称通径计算的，更应注意钢制法兰盘内孔尺寸的衔接。个人认为以钢管外径的系列表示法仍隐含着英制表示的规则，倘若能将公称通径与钢管实际内径一致，以公称通径表示钢管的规格，在水力计算、各管材的互配以及贯彻我国度量衡的体系上都是有利的。
表1
公称通径 200 250 300 350 400 450 500 600 700 800 900 1000 1200～2000
公称外径系列1 219.1 273 323.9 355.6 406.4 457 508 610 711 813 914 1016 1220～2020
公称外径系列2 219 273 325 377 426 480 530 630 720 820 920 1020 1220～2020
注：1.单位mm。
钢管壁厚是钢管规格的第二个重要参数，对于工程量较大的钢制管道，应根据内压力、覆土深度、内衬里材质、外防腐材质等因素计算确定，在工程量零星的中、大口径钢管亦可参考表2选用。
表2
公称通径 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400
参考壁厚 6～10 6～10 8～10 10～12 10～12 12～14 14～16 16～18 16～20 16～20
注：单位mm。
(2)制管工艺
大口径钢管有两种成形工艺，即直缝焊管与螺旋焊管。直缝焊管的工艺流程：
剪板—刨坡口—钢板翻面—压两头园弧—卷管(含点焊)—焊内外直缝(自动焊)—管段对接(含点焊)—焊环形口(自动焊)。
螺旋焊管的制造标准选用SY/T5037-92《普通流体输送用螺旋缝埋弧焊钢管》，制作过程分三个阶段，即条形钢带制作，螺旋成形及内焊，螺旋管外焊及管段定长的切割。 直缝焊管的焊缝长度较短，可多台焊机流水作业，是通常使用的钢管成形工艺；螺旋焊管需专用设备，焊管效率高，管材长度可任意选定，螺旋焊管刚度较好，可连续超声波探伤提高焊接质量，钢材损耗小。
(3)钢管制作质量的主要要求
钢管焊接符合现行的《给水排水管道工程施工及验收规范》（GB50268-97）、《工业金属管道工程施工及验收规范》(GB50235-97)及《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》(GB 50236-98)的规定。
通常供水钢管焊接质量属Ⅲ级要求，焊缝抽检探伤数量，在工厂为5％，在现场为10％。实际检验时可任选一种方式，但当选用超声波探伤时，应对超声波探伤部位作X射线探伤复检，复检长度为规定探伤数量的20％。钢管出厂前还有时逐根作水压试验，试压值为管线试验压力的1.25倍。直缝焊管焊缝外观应符合相应要求外，管节几何尺寸允许偏差，应符合表3规定。
表3
项目
允许偏差（mm）
周长 D≤600 ±2.0
D>600 ±0.0035d
椭圆度 管端0.005D;其他部位0.01D 端面垂直度 0.001D,且不大于1.5
注：1、D为管内径(mm)；
2、椭圆度为同端管口相应垂直的最大直径与最小直径之差，除以D。
管节拼装时，纵向焊缝错开300mm，管径小于600mm时，间距也应大于100mm。
(4)钢管内衬质量的主要要求
(4.1)管内腐蚀、结垢的机理 水厂出水含有某些无机物及微生物，水在管网内流动时，有些水中化合物会分解，水和管内壁的材质亦会发生化学作用，水中残存的细菌还可再繁殖，加之管网受到外来的二次污染，管网水质发生变化，引起诸多问题。
水在管网流动的过程中，往往形成管内腐蚀、沉淀及结垢的情况，结垢层的厚度和管道材质、内衬状况、管道输配水的年数（管龄）有关，随着时间的延续，管道有效截面积的缩小，直接影响管道的输配水能力。这些结垢层又是细菌孳生的场所，形成“生物膜”，国内学者称“生长环”，直接威胁着饮用水的安全。形成管内结垢层的原因，归纳起来有以下五个方面。
A.水对金属管道内壁腐蚀形成的结垢
对金属管道而言，输送的水就是一种电解液，水的pH影响着管
