SPE供水管与球管在水力学方面、防腐蚀性能方面的技术经济比较.doc

钢骨架塑料复合管（SPE）供水管与球管在水力学方面、防腐蚀性能方面的技术经济比较离心球墨铸铁管（球管）由于具有优良的力学性能（强度高、韧性好），抗震性尚好，安装较方便和费用低，有一定的耐腐蚀性能，生产成本低，所以近十几年来在我国的应用得到迅速发展，成为城市供水管网的主要管材之一，目前它被认为是Dn3001400mm管径范围的首选管材。但它在与钢骨架聚乙烯塑料复合管（SPE管）竞争中显露出：内衬材料存在缺陷，表面光滑度不够好；耐磨蚀性能（包括铸管内外防腐问题）不及SPE塑料管。以下就这两方面进行技术经济比较。一、 水力学方面的技术经济比较：管道输水的阻力大小直接关系到水泵的动力消耗和水泵的选择，它影响设备投资及运转费用。因此，管道的沿程阻力损失是评价及选择管道的主要因素之一。流体沿管道流动引起的沿程阻力损失H可用下式表示：LV2/2Dg式中：、分别为管长和管径，为流体流速，g为重力加速度，为沿程阻力系数。在、都相同的情况下，的大小取决于阻力系数，而阻力系数的大小则与管道内壁的粗糙度有关。SPE管内壁光滑，粗糙系数为0.009，而球管内防腐采用内衬水泥砂浆，内壁比较粗糙，其粗糙系数为0.013。经过计算可得到两种管道的沿程阻力系数，详见附表。由两种管道的沿程阻力系数比较可知：在管长、管径、流速相同的情况下，SPE管的沿程阻力损失约为球管的3/5，降低了40%。由于球管沿程阻力损失大，不仅输水的能耗大，而且要求的水泵扬程也大，导致设备投资增大。设备投资方面的问题姑且不论，现单就输水能耗做一个简单的比较：水泵输水所耗功率P用Bemou.UT方程计算，假定输送水量为Q1200m3/h，管道长度假定为38.5Km，水泵每年连续运行8760小时，工业电费为1.5元Kwh,则管道的耗能费用两种管材差别很大，SPE管比较管要节省45%，详见附表2。采用SPE管与球管在建设投资方面,再做如下估算进行比较。假定采用DN500的SPE管，单价为880.88元米（含管件在内）；38.5公里管道一次性投资为：880.8838.53391.39万元。假定采用的球管，按通过水量达到一样的原则进行估算，得采用6359.9的球管；设球管每吨市场价为5000元，每米则为735元；接口胶圈分摊10.83元米，由于一根球管重达890公斤，安装时需要一定的吊装机械，安装费用比增分摊为40元米；地基处理、管道基础费用比增按每米平均40元计，每米球管综合为825.83元米。38.5公里管道一次性投资为：82.58338.53179.44万元。建设投资SPE管比球管多211.95万元；SPE管要比球管多6.7%。从技术经济角度看问题，虽然采用SPE要多花6.7%的第一次投入，但每年要比采用球管节省45%的运转费用；多花的投资仅0.72年就可以从节省的运转费用中收回。而且若从球管有效使用寿命20年计（并假定这期间沿程阻力降能保持不变），其间节省的运转费用总量可达：293.84195582.96万元。另外，SPE管的使用寿命可达50年，从长远经济效益来评价，其实投一根SPE管的钱，差不多可以投根球管。二、 防腐蚀性能方面的比较：球墨铸铁是一种铁、碳合金，它是用低硫、低磷的优质铸铁熔炼后，经球化处理，使其中的碳以球状游离石墨存在，从而消除由片状石墨所引起金属晶体连续性被割断的缺陷，它具有铁的本质，钢的性能，因此其使用性能与钢相差无几，而防腐性能却优过钢。然而球管仍然属于铸铁制品范畴，其防腐蚀性能依然存大缺陷。、外防腐方面：仅采用沥青塑性材料的外防腐的球墨铸铁管道，在使用过程中受到周围土壤所施加的应力作用以及温差变化的影响，容易产生穿透防腐层的不规则裂纹，造成防腐失效。在创伤处由于缺乏锌层独特的自我愈合作用，管道基本失去了应有的保护，造成腐蚀。假如球管的外防腐失效，由于其管壁簿，埋设在土壤中受蚀穿孔的速度比灰铸铁管还要快，几乎在年内就将发生腐蚀穿孔，而管材的腐蚀性土壤中的受腐蚀速度达0.51.5mm/a，在腐蚀性较强的土壤（导电率1000m）中尤其值得注意。因此球管的外腐蚀一定要按要求做好，而这点在生产、施工、安装中不易保证，成为日后事故的极大隐患。按国家有关标准要求，球管外表面必须要进行热喷锌处理，锌层厚度（即锌层重量）要达到130g/m2（欧共体新标准要求锌层重量200g/ m2 ）。国家标准还要求在锌层外面再涂复沥青，沥青层厚度要过到0.8mm，在这样完好的外防腐层的保护下，球管的使用寿命才可能达到铭牌规定的年限。然而，实际使用效果跟铭牌值还是有一定的距离；据圣戈班穆松桥与Suez Lyonnaise des eaux公司合作，对极端腐蚀性土壤中49条管线的调查结果显示：锌层防腐管道：服务期1619年；只有两根管道，0.5mm0.7mm铸铁管壁厚度被腐蚀。无锌层防腐管道：85%管道被腐蚀。由此可见，球管的防腐问题依然必须引起足够重视，否则有可以在十几年后影响到离心球墨铸铁管在用户（特别是自来水公司）中的声誉。、内防腐方面：球管内衬一般为水泥砂浆涂敷。由于水泥与铸铁性能差异较大、在外冲击、内压、温度变化等条件下，水泥砂浆衬里容易产生裂纹，导致水分渗入，时间长了可能导致剥落。一旦出现这种情况，球管将面临如同铸铁管类似的腐蚀模式，铁锈、锈瘤、结垢等等，不仅造成水阻增大，而且影响水质。水泥砂浆衬里在某些情况下，比如砂浆受到能溶解石灰的水侵蚀会导致砂浆流失、砂浆受损、水被碱化、PH值升高、增加氯耗、水消素的效果受到影响等。所以，内衬水泥砂浆并不是理想的内防腐结构。3、关于承插接品问题：虽然开发了柔性接口技术，应用的效果也不错，但毕竟还是承插接口。使用过程中，由于地基处理不到位、管道基础施工不到位、地基变动等原因发生不均匀沉降，每一个接口都难免出现背影渗漏、暗漏，这将导致增大管网的漏损，进而增加供水成本。此外，球管管件和胶圈质量也影响球墨铸铁管道的使用寿命。管件的内、外防腐问题与前面的所述的球管防腐问题一样；胶圈（一般采用三元乙丙及丁腈橡胶）能否达到跟球管一样的寿命？没有把握；对于胶圈的质量，当前产品标准中还规定的不细。从SPE管的性能来看，上述球管的内外防腐问题完全不存在。目前，塑料管道行业将钢骨架聚乙烯塑料复合管称为SPE管，其中的S代表钢（Ssteel）、PE代表聚乙烯塑料；也可以解释为：SPE管是性能价格比优越的（Super）钢骨架聚乙烯塑料复合管的简称。SPE管是一种新型的双面防腐压力管道，它很好地解决了金属管道耐压不耐腐蚀、非金属管道耐腐蚀不耐压力、老形式的钢塑复合管易脱层、玻璃钢管对敷设环境要求高而且抗冲击力差等不同缺陷的问题。它类同铝塑复合管，只是以经纬交叉钢丝焊接形成的钢骨架替代薄铝带焊接卷管，作为主要的承压构件（承受70%的内外力）；它是以高密度聚乙烯塑料为基体，上述的钢骨架为增强体，经挤出成型连续复合而成，内外壁与水、外界接触的均是聚乙烯塑料。这种管材具有三维结构，塑料与金属在没有连续的有规则的界面中相互包容，可避免塑料与金属骨架的分离与剥落。管道连接采用电熔套管热熔连接，可以做到全系数零泄漏，被国内外专家誉为21世纪绿色环保管材。我国首创的SPE管的制造工艺技术与成套装置，已经获得两项美国发明专利、一项中国发明专利和三项中国实用新型专利。该管道已正式列入建设部标准，正在全国各地的燃气、采油、给水、化工等行业推广使用。SPE管与PE管（纯聚乙烯塑料管），有许多共同的特点。它们都是以聚乙烯塑料为基材的管道，都具有双面防腐的特点，聚乙烯塑料具有极好的化学稳定性，可以耐所有的酸、碱、盐、海水以及绝大部分的有机、无机溶剂，不会向所输送的饮用水释放任何有害离子，也不存在电化学腐蚀问题；内壁光滑，长期使用仍可以达到不结垢、不滋生海藻及微生物，流体阻力小，流通管截面保持不变；具有较好的力学性能，工作压力可达1.6Mpa（小管可达2.5pa），管道有一定的柔性，堪称刚柔并济；管壁材料的导热系数小，有一定的保温作用；重量较轻，每米管道重量只是球管的45%，因此运输、安装都比较方便；SPE管还经过国际上公认的权威机构模拟测验确认其使用寿命长可达50年。综合以上两种管材在水力学性能和防腐蚀性能方面的技术经济比较，不难看出SPE管确实是一种理想的输水管材，不仅具有优越的水力学特性，既减少设备投资，又节省电耗进而大幅度节省运转费用；而且具有卓越的管道内外防腐蚀性能，可做到管线全系数零泄漏，绿色环保，十分适合输送饮用水，尤其是输送直饮水。表面上看采用球管一次投资较少，似乎便宜；但从中长远期利益考虑，不论是运转费用、施工安装，还是检查维修，还是卫生要求，留有输送直饮水的功能，均可以认定采用SPE管其实是合算的。附表两种管道的沿程阻力系数比较管道规格规格沿程阻力系数球墨铸铁管Dn5000.01794SPE管Dn5000.01191球墨铸铁管安装中常见的问题常用的滑入式（T型）球墨铸铁管在安装过程中的一些常见问题进行分析探讨，以供参考：1. 安装不易到位安装时管子受力不匀或管子吊装不正，致使摩擦阻力增大，从而发生管子不易到位。因为采用绳子滑轮进行安装时，管子两侧的滑轮不易处于管子中心线上，即使管子两侧用力一样也不能保证管子受力均匀。针对这种情况，我们制作了一只钢马鞍（其内径略大于管外径）、在其下口处于管子中心线的位置焊吊钩。安装时将马鞍置于承口端，然后按图2所示进行安装。这样就保证了安装时管子两侧受力均匀。因常用润滑剂为肥皂水，其在积水沟槽或气温较高的情况下几乎不起润滑作用，在这种情况下我们一般选用粘度较高的食用油作为润滑剂。橡胶密封圈安装不正确，在管子进行安装时由于较大的摩擦力致使胶圈脱离原来的位置。因在运输、吊装过程中的不规范操作，致使插口失圆，从而导致安装困难。这种情况较为少见，对于失圆的管子，需用专用工具来进行校圆。2.与钢管的接口转换以往球墨铸铁管与钢管的连接有两种方法：（1）DN300以下的采用机械接口配件进行连接；（2）采用钢制双套进行连接、接口形式为油麻膨胀水泥接口（一般在DN300以上使用，DN300以下较少用）。在施工过程中我们发现：如采用机械接口形式，在压力较高的区域经常会出现配件被水冲跑而漏水；如采用油麻膨胀水泥接口，一方面劳动强度比较大，同时水泥接口为刚性接口，在沟槽基础较差、回填质量稍差及外加荷载较大的的情况下经常会出现接口损坏的情况，而且采用水泥接口也相应延长了工期。3.曲线铺管在管道安装中经常有曲线铺管但弧度不大的情况，此时应先进行直线拉管等管子安装到位后再进行弯转，在安装过程中须在弧的外侧用小木将已铺好的管子撑稳，以免位移。4.其他需注意的问题在施工中有时会发生接口滴漏，为避免此现象，在安装时需严格按“规范”进行安装、需保证给根管子都安装到位，对于大口径的管道需检查每个接口胶圈的情况。管道基础处理的一般情况、在地质条件良好、土质均匀并且为未经扰动的原状土、地下水位较低的地段敷设管道，可以仅进行地基处理而不做管道基础。地基处理的具体内容是将原状土夯实，使其密度不小于95%，承载力不小于10t/m2，再敷设100mm厚砂砾石（粒径不大于 10mm）找平。、在地质条件较差、土质松