给水工程中供水管材的性能对比与选择
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摘要:介绍了供水管材的种类,对管材的综合性能进行了比较,探讨了管材的选择原则,提出了选择管材的建议,指出只有对运行工况环境条件、施工条件、经济条件等多种因素进行综合比较和分析,才能最终合理确定选用何种管材。
1. 管材种类
1.1 钢管(SP)。钢管应用历史较长,范围较广。埋地钢管易受腐,必须对其内、外壁作防腐涂层。一般当钢管的埋地敷设长度大于500m时,还需作阴极保护。正确选择钢管的内、外壁涂层并采取阴极保护,可使其使用寿命大大延长,使用年限能达30年或更长。钢管一般在工厂制作,因受运输及装卸条件的限制,每节钢管的长度一般为5m～10m,因此在现场敷设时钢管的接头较多。
1.2 球墨铸铁管(DIP)。球墨铸铁中石墨是以球状形式存在,既保持了铸铁的传统特点又增加了良好的可延伸和抗冲击的特性,因此又称为延性铸铁管,其强度比钢管大,延伸率也高出10%。球墨铸铁管属于金属管材,制造时采用离心浇铸方法成型,制管技术成熟,生产工艺稳定,产品规格齐全,抗震性能好,强度高,与钢管相似,具有柔韧性,耐蚀性优于钢管,适应地形复杂地段。球墨铸铁管壁薄抗渗性能好,逐步成为城市供水管道系统的新宠。
1.3 玻璃钢夹砂管(M)。玻璃钢夹砂管采用树脂、玻璃纤维、石英砂为原料,用特殊工艺制作而成。在原有玻璃钢管所有优点的基础上,既提高了刚度,又降低了成本。现在越来越多地运用于长距离输水管道工程中。优点:耐腐蚀性强;重量轻;摩阻小,与其他管材相比,其自身不生锈、不结垢、不滋生微生物、藻类物质,对水质不造成二次污染,所以深受供水行业的欢迎。
1.4 预应力钢筋混凝土管(PCP)。预应力混凝土管属于非金属管道材料,包括一阶段预应力混凝土管(振动挤压工艺)和三阶段预应力混凝土管(管芯缠丝工艺)。其主要结构为混凝土管壁内建立有双向预应力的预制混凝土管,预应力钢筋混凝土管是国内目前在给水工程中应用较多的一种管材。其优点是采用承插式胶圈柔性接口,对各种地基的适应能力较强,施工安装方便;管材自身防腐能力强,不需进行内外防腐处理,工程造价较低,并可节约钢材。
1.5 预应力钢筒混凝土管(PCCP)。预应力钢简混凝土管在欧美发达国家应用非常广泛。PCCP管道是一种钢筒与混凝土制作的复合管,管芯为混凝土,在其外壁或中部埋入厚15mm钢筒,在管芯上缠绕环向预应力,采用机械张拉缠绕高强钢丝,并在其外部喷水泥砂浆保护层而制成的管道,因此它比一般钢管和混凝土管更具优势。预应力钢筒混凝土管抗渗性能高;接头密封可靠、安装方便快捷;可承受高内压,能承受埋深10m-20m外压荷载;耐腐蚀性比钢管和普通混凝土管好,使用寿命长。
1.6 硬聚氯乙烯管(PVC-U)。PVC-U管由硬聚氯乙烯塑料通过一定工艺制成。PVC-U管材不导热、不导电、阻燃。突出应用于高腐蚀性水质的管道输送,质量和经济效果甚佳。管道主要连接方法有承插式连接、粘结剂粘结。PVC-U管内壁光滑,不易结垢,水头损失小,耐腐蚀性好,柔韧性好,重量轻,加工连接方便,采用橡胶圈承插柔性接口,对管道基础要求低。
2.1 管材综合性能比较
管材的综合性能可从以下几个方面比较:管材能承受工程要求的内压和荷载;工程造价低;管材管件运输费用低;施工安装简单易操作;使用年限长。各种管材综合性能对比见表1。
表1 各种管材综合性能对比见表1。
性能 SP DIP RPM PCP PCCP PVC-U
抗压 最好 较好 好 较好 较好 较好
腐蚀 一般 一般 优越 较强 强 优越
水锤 最强 较强 较强 较强
糙率/10-3 11～12 13～14 9～10 13～14 11～13 9～10
造价 贵 贵 较贵 便宜 较贵 便宜
施工 困难 一般 一般 一般 一般 容易
基础 低 较低 高 较高 较低 较低
寿命/年 30 50 50 40 50 50
从表1可知,每一种管材都有各自的优点和缺点。
就水力条件而言,管材可以归为两类。第一类管材为钢管、球墨铸铁管、预应力钢筋混凝土管及预应力钢筒混凝土管,管壁粗糙系数≈0.0125;第二类管材为玻璃钢夹砂管和硬聚氯乙烯管,管壁粗糙系数≈0.0095[1]。
2.2 管材的选择原则
物理性能好,可保证安全供水;管材卫生环保;易于运输、安装和维护;使用寿命长;水力条件优越,水头损失小;在保证使用
功能的前提下,尽量降低投资[3]。
2.3 管材的合理选择
1)管径在200以下,使用塑料管;管径在300mm埘～1000mm时,使用球墨铸铁管;管径在1000mm以上,使用预应力钢筒混凝土管和玻璃钢夹砂管。2)经济条件允许,应首先考虑选择使用球墨铸铁管,其安全度较高。使用球墨铸铁管主要受管径的限制,直径在1000mm～2000mm之间的厂家很少,且价格昂贵,因此建议管道直径控制在1000mm以下。3)若资金条件受到限制,可考虑选择使用预应力钢筒混凝土管,其安全度高,性价比最好,选用此种管材时,尽量选择双胶圈接口形式。4)选择使用钢管时,应特别注意分析水质和土质对钢管的腐蚀,必要时使用阴极保护等防腐措施。5)玻璃钢管或玻璃钢夹砂管通常适合于中小直径的支线管道工程。
3. 结语
根据以上分析,在管材的选择上,对运行工况、环境条件、施工条件、经济条件等多种因素进行综合比较和分析,才能最终合理地确定选用何种管材。
参考文献:
[1]刘凤英.长距离管道输水工程的管材选用[J].河北工程技术高等专科学校学报,2007(3):8-9.
[2]刘松.浅谈供水管网管材的选择[J].广西城镇建设,2007(11): 32―34.
[3]王占杰.供水工程给水管道的选择[J].中国水利,2005(17): 55―58.