浅谈新型复合管材在工业输配水管网中的应用和选型 |
文件大小：格式：发布时间：2009-07-07浏览次数：次
| 【中文关键词】 | 热滚塑钢管 碳钢不锈钢复合壁管 双金属焊接复合涂塑钢管 孔网钢带聚乙烯复合管 选型 应用 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 【摘要】 | 介绍了新型复合管材，包括热滚塑钢管、碳钢不锈钢复合壁管、双金属焊接复合涂塑钢管、孔网钢带聚乙烯复合管(和钢丝网骨架聚乙烯复合管)等在工业输配水管网中应用的情况，并对各种复合管材做了技术和经济上的比较，可作为实际工程中管材选型的参考。 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 【全部正文】 | 1.概述 目前在工业输配水管网中，焊接钢管仍是最常用的管材。随着技术的发展，为克服焊接钢管易于腐蚀的缺陷，热滚塑钢管、碳钢不锈钢复合壁管、双金属焊接复合涂塑钢管、孔网钢带聚乙烯复合管(和钢丝网骨架聚乙烯复合管)等新型复合管材开始逐步应用。
本文介绍了上述复合管材在工业输配水管网中应用的情况，并对这几种复合管材做了技术和经济上的比较，可作为实际工程管材选型的参考。
2.各种新型管材的应用情况介绍
热滚塑钢管已经广泛应用于如宝钢集团等工业系统的工业输配水管网，在近期竣工的宝钢集团工程中，热滚塑钢管的用量近1000吨，但面临的主要问题是，由于采用法兰连接，如施工不当，造成法兰连接处的错位，很容易使连接口渗漏，当管道为埋地敷设时，渗漏点难以查找，给日后的运行维护带来了很大的困难。
碳钢与不锈钢复合管由于大口径管道的工艺尚未完全成熟，仅在穿越地下管廊、管沟、水池等混凝土侧壁的防水套管时作为不锈钢管的替代品使用，用量较少。
孔网钢带聚乙烯复合管(和钢丝网骨架聚乙烯复合管)在厂房外区域内埋地的中低压输配水管道中应用。
双金属复合涂塑焊接钢管已经应用于如神华集团等大型工业企业各矿区的长距离埋地输水管道，最大口径DN800，输水总长度已经超过10000m。在大型工业企业密闭式循环水系统输配水管网的应用上正处于试验推广阶段，但前景看好。
3.各种管材介绍
3.1热滚塑钢管
热滚塑钢管是以普通碳素钢管作为基体、内衬化学稳定性优良的防腐材料的热塑性复合管道。钢管可采用焊接钢管或无缝钢管以火焰喷涂工艺或自动喷枪喷涂制作，在经过加热的碳钢管内部进行涂装。
热滚塑钢管既具有钢管的机械强度性能，又有塑料管的耐腐蚀、不易结垢的性能，管内壁表面平整光亮、摩擦系数小，又能保证输送介质的纯度等优点。但其本身又有着如下的特点：①热滚塑钢管生产时须对钢管进行高温预热处理，因此管道难于现场制作，须在专业制造厂生产，且制作完毕后无法修改；②热滚塑钢管必须采用法兰连接，每根热滚塑钢管包括管配件的两端均有法兰；③由于采用法兰连接，管道渗漏水的现象很难避免；④热滚塑钢管内壁为滚塑层，在管道外壁不能进行类似焊接之类的热加工处理；⑤DN50的以下的钢管较难滚塑，因此当管道公称直径在DN50以下时，一般不采用热滚塑钢管。
热滚塑钢管的制作是完全靠对碳钢管的加热来吸收塑料粉末。因此，碳钢管本身的热度就决定了塑料粉末涂层的厚度，如碳钢管温度不均匀，其吸收粉末的厚度就不均匀，涂层厚的易产生龟裂，脱层，薄的达不到防腐效果，造成管内液体的流速、压力只要有点变化，其涂层就容易脱落。另外，热滚塑钢管目前的内衬防腐材料均为热塑性材料，膨胀系数与钢管也不一样，这也是造成了目前热滚塑钢管如果制造不当，在使用过程中当管道热胀冷缩后会有塑料涂层脱落情况发生的原因。
3.2碳钢不锈钢复合壁管
碳钢不锈钢复合管是以普通无缝钢管作基体，内衬各种材质的不锈钢的管材。目前市场上的碳钢不锈钢复合管分为两种，一种是内衬不锈钢(304)无缝管的复合管材，经过冷拔复合工艺使不锈钢管与外面的碳钢管紧密成形一体；另外一种是内衬薄不锈钢卷的复合管。前者工艺尚不成熟，市场上的最大口径一般也只做到了DN150，价格也较高；后者由于是内衬不锈钢薄卷，如果焊接不当，很容易造成内衬不锈钢卷与外壁碳钢管之间脱开，仍会引起管道的损伤和腐蚀，目前实际使用中的最大管径为300mm，价格也较低。
碳钢不锈钢复合管特点在于：①可直接用不锈钢焊条堆焊连接，也可采用法兰连接；②管道便于现场修改；③承受的环境温度可较高。但其技术尚不成熟且价格高，必须用无缝钢管制作。
碳钢不锈钢复合管在使用不会出现复合材料脱落、龟裂，脱层等情况，复合层不会老化，涂层不可能厚薄不均匀, 压力、温度、流速变化的情况下，对其内衬的复合材料是没有影响的。
碳钢不锈钢复合管施工技术复杂。碳钢不锈钢复合管管道两端的不锈钢管伸出外侧碳钢管1~2cm，供焊接时使用。焊接连接时先焊内侧的不锈钢，然后在接口处补钢带焊接，一般要焊两道。
3.3双金属复合涂塑焊接钢管
双金属焊接复合涂塑钢管是目前最新型的复合管材。双金属焊接复合涂塑钢管内壁涂敷塑料防腐层，在管道的端口5-10cm的范围内衬1mm厚的不锈钢薄板。该管道的防腐性佳，可保障水质。
双金属焊接复合涂塑钢管的特点是：①连接方式与碳钢不锈钢复合管一致，作为焊接本体连接，连接口的强度与钢管一致，在地质沉降不均时比任何其它钢塑复合管道的抗压强度都好；②管道的压力等级可满足任何需求；③该管道难于现场制作，须在专业制造厂生产，且制作完毕后无法修改。
施工技术的要求较高，碳钢不锈钢复合管的端口均有坡口，采用双金属焊接连接时，先用不锈钢焊条焊接内层不锈钢，然后用碳钢焊条焊接外层钢管。由于在焊接过程中产生的高温会破坏内涂塑层，应在焊缝热量影响区用湿棉布包扎，并在焊接时浇冷水降温。
双金属焊接复合涂塑钢管内涂环氧树脂，环氧树脂为热固性材料，管道制作完毕后，与外侧钢管的膨胀系数接近。可避免热滚塑钢管在使用过程中因管道热胀冷缩造成滚塑层脱落的可能。
3.4孔网钢带聚乙烯复合管
孔网钢带聚乙烯复合管是以冷轧带钢和热塑性塑料为原料，以多孔薄壁钢管为增强体，外层和内层双面复合热塑性塑料的复合压力管材。
这种复合管既克服了钢管和塑料管各自的缺点，又具有钢管的刚性和塑料管的耐腐蚀性。管道本身又有以下几个特点：①钢管架管道本身承受的外压强度能力较弱，在遭受外力时变形甚至破裂，以及在地面沉降不均时破裂；②DN250口径以下最大工作压力通常在1.6Mpa，超过DN250口径最大工作压力在1.0Mpa，长期工作温度应在50℃以下，应用范围较窄；③连接方式采用热熔方式连接，施工要求较高。
管线在施工时，由于端口切面中间层的钢带截面裸露，在连接前需安装封头环，意在将金属部分与介质隔绝，施工规范要求较高。有时施工方为加快施工速度或降低材料成本，故意漏装封头环，或是在热熔连接时没有按要求的时间进行电熔溶融，致使连接处只有表层相连，稍挤压时就会分离，产生渗漏的与没有安装封头环一样。中间金属层与介质接触，金属会被腐蚀，在其两侧产生锈蚀层，引致PE与金属分离，导致管道复合层分离部分的受压强度降低，在实际管线应用上会产生靠近连接部分的管道鼓胀，随着腐蚀的渗透，鼓胀部分越来越长，最终管道破裂。
在管道连接时如电熔熔融时间不够，连接也只是表层部分，连接强度不够，在管道承压时会渗漏甚至脱开。同时塑料层会被细菌以及老鼠啃噬，引致管道破裂渗漏。
4.技术比较分析
表一为上述各种新型复合管材的技术比较分析。具体如下。
表一 新型管材技术比较分析表
从上述管材介绍和表一的技术比较分析来看，可得出以下的结论。
首先，从管道的可靠性(考虑实际管径适用范围、工作压力、管道强度、水温度等因素)而言，双金属复合涂塑焊接钢管高于其它三种管道。因为热滚塑钢管有滚塑层脱落的隐患；碳钢与不锈钢复合管的最大管径仅为DN300，导致其应用受到了限制，另外如果是内衬薄不锈钢卷的管道也有不锈钢卷脱落的隐患；孔网钢带聚乙烯复合管因其工作压力、管道强度及水温的要求，应用也受到了限制，大型工业输配水系统的工作压力有超过1.6MPa的，水温也有达到50℃以上的。
其次，从管道的连接方式和设置方式来看，对于架空管线而言，上述四种管道均没有问题。但对于埋地管道而言，由于热滚塑钢管为法兰连接，管道沉降容易引起连接口处错位，引发密封圈和垫片的问题，从而导致漏水，因此，在埋地管道的设计时，应对热滚塑钢管加以注意，或避免使用法兰连接的热滚塑钢管。
5.经济比较分析
表二为上述各种新型复合管材的经济比较分析，在表二的比较数据中也罗列了普通螺旋缝焊接钢管和不锈钢管的情况。具体如下。
表二 新型管材经济比较分析表
备注：按照安装定额，管道的安装费应按米来计算，现为便于比较，均折合成按吨来计算，表二中的价格为最近工程中实际统计的价格；孔网钢带聚乙烯复合管为塑料材质，相同重量的材料可制作2~3倍长度同等重量的钢管，因此单价做调整，括号中的单价为实际材料价格；碳钢与不锈钢复合管是按照了内衬不锈钢薄卷的价格。
从表二的经济比较分析来看，对各种复合管道按造价从高到低进行排序分别为碳钢与不锈钢复合管、热滚塑钢管、双金属复合涂塑焊接钢管、孔网钢带聚乙烯复合管。其中，孔网钢带聚乙烯复合管与普通螺旋缝焊接钢管非常接近，而不锈钢管的工程造价远高于各种防腐管道的造价。
6.小结
综合各种因素来看，孔网钢带聚乙烯复合管适用于中低压工业输配水系统，因其强度较差，建议采取埋地、管廊、管沟的敷设方式，不宜采取架空敷设，在工作环境复杂的工艺主车间不推荐适用；热滚塑钢管，可用于各种工作环境，更适用于中高压工业输配水系统，但建议明管敷设，以便于检修，法兰口如有漏水，可及时发现；双金属复合涂塑焊接钢管，也可用于各种工作环境，更适用于中高压密闭式循环水系统，既可明管敷设，也可以暗管敷设，优于热滚塑钢管，从长远来看，应是热滚塑钢管在循环水系统上的替代品；碳钢与不锈钢复合管，具有可现场切割的优越性，但其价格偏高，且工艺尚未真正成熟，可作为热滚塑钢管、双金属复合涂塑焊接钢管管路的现合管，以减少热滚塑钢管、双金属复合涂塑焊接钢管管路二次安装的工作量。在实际工程使用时，可根据现场实际情况的变化，采取多种材质的管道相结合的方式，发挥不同管道的优势，做到技术上优化、经济上合理。
作者简介：金亚飚(1975.12- )，男，汉族，籍贯江苏省常熟市，同济大学环境工程学院给水排水工程专业本科毕业，学士学位，高级工程师/注册公用设备工程师，主要从事钢铁企业给排水设计和冶金环境保护研究工作，兼任《环境科学与技术》杂志特约编委、《科技创新导报》杂志特约编委。 |
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