（环境工程专业论文）市政排水管道新型管材应用比较研究.pdf

学位论文独创性声明： 本人所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同事对本研究所 做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。如不实，本人负 全部责任。 论文作者( 签名) ：鍪堡垒堡圣沙r 年i 月弓。i t ( 注：手写亲笔签名) 学位论文使用授权说明 河海大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊( 光 盘版) 电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件或电子文档，可以 采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文 的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅。论文 全部或部分内容的公布( 包括刊登) 授权河海大学研究生院办理。 论文作者( 签名) ：装塑：盎加扩年1 1 月；。e t 刖舌 水是宝贵的自然资源，是人类生活、动植物生长和工农业生产不可缺少的物质。我 国6 6 8 个城市中有4 0 0 多个供水不足。造成水危机的重要原因是水资源被没有控制、没 有处理的污、废水所污染。而且随着人们生活水平的提高，城市污水排放量逐年增长。 为保护水环境，现代城市需要建设一整套的排水工程设施来收集、输送、处理和处 置污水，这些排水工程包括一个庞大的、遍布城乡的排水排污管道系统，不仅生活排水、 工业排水要进入这个管系，体量更大的雨水也需要通过这个排水系统收集处理和输送。 但是，我国城市排水管网普及率低，与发达国家相比差距很大，多数城市排水管道不成 系统，有的利用街道、河道排水，影响环境卫生；有的排水能力低，致使有的城市雨后 长时间积水，对生活、生产影响很大，所以，加快城市污水处理工程建设是排水工作者 的重要任务，其中排水管网系统的建设尤为重要，它制约着污水处理工程是否能正常运 行。 目前，我国城市排水管道的现状是一方面是随着城市化进程的加快，对排水管道的 需求增大，另一方面是传统混凝土排水管道应用的弊端日益突出。而塑料埋地排水管道 是种新型化学建材，具有重量轻、耐腐蚀、管壁光滑、过流能力大、密封性能好、使 用寿命长、运输安装方便及施工速度快等优点，在国外，塑料排水管道替代传统的铸铁 管、钢筋混凝土排水管已是作为一种趋势。 论文通过对市政排水管道新型管材应用比较研究，探讨市政工程中塑料埋地排水管 道替代传统管材的可能性，从而为设计人员和施工单位及广大用户选择排水管道提供参 考。 市政排水管道新型管材应用比较研究 工程硕士生姓名：是晓春指导教师：操家顺( 副教授) 吴华明( 教授级高工) 工程领域：环境r ：程 摘要：不管足在国外还是国内，塑料埋地排水管道作为一种新型排水管村己被市场所接受，且发展十 分迅速。本论文通过对塑料埋地排水管道与传统钢筋混凝土管道的比较研究，探讨了新型埋地塑料排 水管道替代传统管道的技术和经济优势。 论文通过生产成本的比较，发现对于大口径城市排水管，使用实壁管不及使用结构壁管经济，同 样的材质达到同样的环刚度可以比实避管节约材料5 0 7 0 。同时提出d n 3 0 0 以f 城市排水塑料管道 可优先选用聚氯乙烯实壁管；中小直径，双壁波纹管比较经济；如需大口径的，可选用缠绕管或玻璃 钢夹砂管。 论文从技术性能、经济分析等方面将塑料埋地排水管与传统管材进行了全面比较，发现塑料埋地 排水管道较传统管材有六点优越性能从而阐述了其替代传统管材的优越性。并通过塑料埋地排水管 是柔性管的理论，提出市政排水管网选用新型埋地塑料排水管道可满足使用要求。 论文还特别提出环刚度是塑料埋地排水管抗外压负载能力的综合参数，为了保证塑料埋地排水管 在外压负载下安全工作，环刚度的选择是设计中的关键之一。论文又以管道的竖向变形量公式为依据， 论述了如果铺设情况比较好，对于环刚度的要求就可以减低的观点，并着重阐述了铺设的重要性。 论文以多个实际市政工程为例，经比较研究发现：同一工程，如选用新型埋地排水管道代替传统 的钢筋混凝土排水管，不仅降低了施工强度，减少了施工工序，缩短了工期，而且使用寿命长，可使 用5 0 年以上，工程综合造价可降低3 0 以上。因而城市新型塑料埋地排水管道有广泛的应用价值，可 完全替代传统管材。 关键词：市政排水管道、新型管材、传统管材、技术、经济 作者简介：吴晓春，女，19 6 8 年1 月生，1 9 8 9 年7 月毕业于浙江大学化学系高分子化学 专业，并获理学学士学位。目前在江苏省建设厅新技术推广站从事化学建材推广和管理工 作。 s t u d yo nu s i n gn e w i yp i p em a t e r i a i nc i t yp i a n n i n gd r a i n d i p eb yg o m p a r i n g c a n d i d a t e ：x i a o c h u nw u m e n g 。f i e l d ：e n v i r o n m e n te n g i n e e r i n g a d v i s o r ：p r oj i a s h u nc a n p r oh u a m i n gw u a b s t r a e t ：t h ep l a s t i cu n d e r g r o u n dd r a i n p i p e ，an e w l yd r a i n a g ep i p i n gm a t e r i a l ，g r o w sv e r yf a s t a n dh a sa l r e a d yb e e na c c e p t e di nt h em a r k e t a b r o a do rd o m e s t i c a l l y b yc o m p a r i n ga n d r e s e a r c h i n gb e t w e e nt h ep l a s t i cu n d e r g r o u n dd r a i n p i p ea n dt h e t r o d i t i o n a lr e i n f o r c e d c o n c r e t ep i p e ，t h et h e msd i s c u s s e st e c h n i c a la n de c o n o m i c a la d v a n t a g e so ft h en e w l yp l a s t i c u n d e r g r o u n dd r a i n p i p es u b s t i t u t i n gt h et r a d i t i o n a lp i p i n gm a t e r i a l o nc o m p a r i n gt h ep r o d u c tc o s t ，t h ep a p e rp u t sf o r w a r di np r a c t i c i n gt h el a r g ed i a m e t e r c i t y d r a i n p i p e t h es o i i dw a l lp i p ei sl e s se c o n o m i c a lt h a nt h es t r u c t u r ew a l lp i p ew h i c h c a ns a v e5 0 “7 0 m a t e r i a lo ft h es a b l eq u a l i t ya n da c h i e v i n gt h es a m er i n gs t i f f n e s s a tt h e s a m et i m e ，i ts u g g e s t e dt h a tu s i n gp v c - up r e f e r e n t i a li np r a t t i c i n gc i t yp l a s t i cd r a i n p i p e u n d e rd n 3 0 0 i np r a c t i c i n gt h em i d s m a l ld i a m e t e r ，t h ed o u b l ew a l lr i p p l ep i p eism u c h e c o n o m i c a la n dt ot h el a r g ed i a m e t e r ，t h et w i s tp i p eo rt h eg l a s sf i b e rr e i n f o r c e dp l a s t i c m o r t a rp i p es h o u l db eu s e d 0 na 1 1 - r o u n dc o m p a r i n gt h et e c h n i e a le a p a b i l i t ya n de c o n o m ya n a l y s i se t c b e t w e e nt h e p l a s t i cu n d e r g r o u n dd r a i n p i p ea n dt h et r a d i t i o n a lp i p em a t e r i a l ，t h ep a p e rs h o w s6a d v a n t a g e s o fp l a s t i cu n d e r g r o u n dd r a i n p i d ea n di t ss u p e r i o r i t yo fs u b s t i t u t i n gt r a d i t i o n a lp i p i n g m a t e r i a l a i l do np u t t i n gf o r w a r dt h et h e o r yt h a tt h ep l a s t i cu n d e r g r o u n dd r a i n p i p ei sf l e x i b l e p i p e ，i tp o i n t so u tt h a tt h en e w l yp l a s t i cu n d e r g r o u n dd r a i n p i p ec o u l dm e e tu s i n gr e q u i r e m e n t nt h ep r a c t i c eo fc i t yp l a r m i n gd r a i n p i p ew e b t h ep a p e re s p e c i a l l yp o i n t e dt h a tr i n gs t i f f n e s si si n t e g r a t e dp a r a m e t e ro fp l a s t i c u n d e r g r o u n dd r a i n p i p ea n t ie x t r a - p r e s s u r ec a p a b i l i t y i no r d e rt o e n s u r es a f e t yu s eo f p l a s t i cu n d e r g r o u n dd r a i n p i p eu n d e re x t r a - p r e s s u r e ，t h ec h o i c eo fr i n gs t j f f n e s si so n eo f t h ek e y si np l a n n i n g a c c o r d i n gt op i p i n gv e r t i c a lt r a n s m o g r i f i c a t i o nf o r m u l a ， i ts h o w e d t h a tr e q u i r e m e n to fr i n gs t i f f n e s sc o u l d b er e d u c e di fw e l ll a y i n g ，a n de m p h a s i z e dt h e i m p o r t a n c eo fp i p el a y i n g t h r o u g hc o m p a r i n ga n dr e s e a r c h i n ge x a m p l e so fm a n ya c t u a lci t yp l a n n i n gp r o j e c t s ，t h e p a p e rs h o w st h a ti nt h es a m ee n g i n e e r i n gp r o j e c t ，u s i n gn e w l yu n d e r g r o u n dd r a i n p t p el n s t e a d o ft r a d i t i o n a lr e i n f o r c e dc o n c r e t ep i p en o to n l yc a nr e d u c ec o n s t r u c t i o ni n t e n s i t y ，d e c r e a s e w o r k i n gp r o c e d u r e s ，s h o r t e nt i m e 1 i m i tf o rap r o j e c t ，b u ta l s oc a np r o l o n gu s i n gl i f et o m o r et h a n5 0y e a r s ，t h u sc a nr e d u c em o r et h a n3 0 c o s to fw h o l ep r o j e c t h e r e b yn e w l yc i t y p l a s t i cu n d e r g r o u n dd r a i n p i p e h a sf a r r a n g i n ga p p l i c a t i o nv a l u e a n dc a nc o m p l e t e y s u h s t i t u t et r a d i t i o n a lp i p i n gm a t e r i a l k e yw o r d s ：e i t yp i a n n in gd r a i n p i p e n e w i yp i p i n gm a t e r i a i ，t r a d i t i o r l a ip i p i n gl e a t e r ia t e c h n oio g y e c o n o m y i n t r o d u c t i o no f t h e a u t h o r ：w ux i a o c h u a w a sb o r no aj a n u a r y ，19 6 8 s h eg r a d u a t e df r o mc b e m is tr y d e p ar t m e n to fz h e j i a n gu n i v e rs i t yo nj u n e ，19 8 9 a n ds h ew a sa w a r d e dt h eb a c h e l o r 7 s d e gr e e o rs c jc n c ea tt h es a m et i m e n o ws h eu n d e r t a k e st h ej o bo fc h e m ic a lb u i l d i n gm a t o r ia ls g e n er a l iz i n ga n dm a n a g i n g i ot h e n e wt e e h n o l o g ys p r e a d i n gs t a t i o no fj ia n g s up r o v ir i c e c o n s tr u c t0 f f ic c 7 第一荜绪论 1 绪论 1 1 概述 地球表面l 水的覆盖面积约占四分之三。水是宝贵的自然资源，是人类生活、动植 物生长和工农业生产不可缺少的物质。水是人体( 以及各种生物体) 中含量最多的一种 物质，约占体重的三分之二，每人每天约需5 l 水，没有水就没有生命。 生产和生活用水，基本上都要求淡水。地球上全部地面和地下的淡水量总和仅占总 水量的0 6 3 。随着社会发展和人们生活水平的提高，生产和生活用水量在不断上升。人 类年用水量近4 x 1 0 ”m 3 ，全球有6 0 陆地面积淡水供应不足，近2 0 亿人饮用水出 现短缺【1 羽。 我国水资源总量为2 8 x1 0 4 m 3 ，居世界第6 位，但人均占有量只有2 3 0 0m 3 ，约为世 界人均水平的i 4 ，排在世界第1 2 1 位，是全球1 3 个贫水国家之一。在我国的许多城市 和地区能否保证居民的供水已经成为面临的首要难题，全国6 6 8 个城市中有4 0 0 多个供 水不足。造成水危机的重要原因是资源被没有控制、没有处理的污、废水所污染，例如， 中国七大河流流经的1 5 个主要大城市河段中，有1 3 个河段水质污染严重，流经4 2 个大 中城市的4 4 条河流中有9 3 被污染。水资源的污染已经严重危害到经济、生活和人民健 康的各方面。大量未经处理的生活污水和生产废水，直接排入自然水体，使我国的缺水 状况雪上加霜。 2 0 0 1 年，全国工业和城镇生活废水排放总量为4 2 8 4 x1 0 m 3 ，比上年增加3 2 。其 中工业疲水排放量2 0 0 7 1 0 1 w ，比2 0 0 0 年增加3 5 ；城镇生活污水排放量2 2 t y x 1 0 一，比2 0 0 0 年增加3 o 【4 扪。 我国城市污水排放总量与城市供水总量的变化相关。生活水准越高，用水量也越大。 一般来说，发达国家则达到2 ( j o 3 0 0 l ( 人d ) 。目前，随着居民生活质量的提高，我国 城市家庭已基本普及了洗浴设施和洗衣机，热水系统普及率也在逐步提高，人均家庭生 活用水量由1 9 9 6 年的1 3 5 4 l ( 人d ) 增加到2 0 0 3 年的1 5 0 6 l ( 人d ) 。1 9 9 1 年城市 污水排放总量2 9 9 7 1 0 m m 。，2 0 0 3 年达到3 4 9 】6 x1 0 ”m 3 。【1 4 2 】 为保护水环境，现代城f 矗需要建设一整套的排水工程设施来收集、输送、处理和处 簧污水，这些排水工程包括一个庞大的、遍布城乡的排水排污管道系统，不仅生活排水、 1 第一章绪论 工业排水要进入这个管系，体量更大的雨水也需要通过这个排水系统收集处理和输送。 但是，我国城市排水管网普及率低，与发达国家相比差距很大，多数城市排水管道不成 系统有的利用街道、河道排水，影响环境卫生；有的排水能力低，致使有的城市雨后 长时间积水，对生活、生产影响很大，所以，加快城市污水处理工程建设是排水i 。作者 的重要任务，其中排水管网系统的建设尤为重要，它制约着污水处理工程是否能j f 常运 行。 1 2 研究的背景 城市排水工程指城市生活污水、工业废水、大气降水( 含雨、雪水) 径流和其他弃 水的收集、输送、净化、利用和排放。城市排水设施包括：收集、输送城市排水的管网、 泵站以及污水处理厂和污泥最终处置及相关设施。近年来，在全国上下保护水资源、治 理水污染的形势下，排水设施工程已经成为各地基础建设的热点。 城市排水工程是现代化城市不可缺少的重要基础设施，是对城市经济发展具有全局 性、先导性影响的基础产业，是城市水污染防治和城市排渍、排涝、防洪的骨干工程。 城市排水设施是衡量现代化城市水平的重要标志，是改善城市投资环境的重要环节，对 城市和社会经济发展起着重要的基础保障和先导作用。在排水工程中排水管道是其重要 组成部分。目前我国市政用排水管道的现状如下： 、市政用排水管道的需求不断增长。 需求一：我国城市化的快速发展，导致城市污水量增大，从而增加了城市对排水管 道的需求。自1 9 9 0 年到2 0 0 3 年我国城市数目由4 6 7 座增加到6 6 0 座；城镇( 城市和镇) 人口也由3 0 2 亿猛增到5 2 4 亿；城市化的比例由2 6 4 增加到了4 0 5 3 ；城市用水人 n 增j n t1 3 6 亿人【4 9 】。1 9 9 1 年城市污水排放总量2 9 9 7 亿m 3 ， 2 0 0 3 年达到3 4 9 1 6 亿 m 3 ；而城市污水年处理总量则从1 9 9 1 年的4 4 5 亿时持续增加到2 0 0 3 年的1 4 7 9 亿m 3 ， 增加了2 3 倍；城市污水处理率也由1 4 9 增加到4 2 1 ；城市污水处理厂由8 0 座增加 到6 1 2 座：城市排水管道长度增加了2 2 倍 3 2 4 1 1 。 城市化的迅速发展为城市排水产业带来了巨大的压力，同时也给城市排水管道带来 r 发展机遇。自1 9 9 0 年至2 0 0 0 年城市平均每年新建排水管道8 4 0 0k m ，进入新世纪后建 设速度更快，全国城市平均每年新建排水管道1 8 9 6 2 k m 。城市排水管道由】9 9 0 年的5 7 8 力k m 增加到2 0 0 3 年1 9 9 万k m j 。据专家预测：近年塑料管道在城镇化、城市新建住 第一章绪论 宅、旧房改造等建筑燃气、供暖、城乡供水、排污、农用等方面都会有非常大的需求， 将会以大1 二1 0 的速度增长。 需求：f l = 政排水管的更新改造。目前这项更新改造已进入高峰期，全圉城市市政 公用设施普查结果表明，我国在运行的城市排污管刚总长度约为1 8 万k m 左右，其中有 6 0 咀上是上世纪8 0 年代以前敷设的，材质主要为混凝土、铸铁管、陶制管以及暗渠等， 大部分年久失修，管道腐烂、接头渗漏严重，管道破损、塌陷、堵塞时有发生，造成城 市地下水不符合饮用水水源标准，据统计，我国9 0 以上的城市水环境恶化，9 5 以上的 城市地下水不符合饮水水源标准，排污管道的渗漏是最大的污染源之一。另一方面，由 于过去城市排水管道设计的口径普遍较小，相对于臼益增多的城市人口，显然不能满足 其排水要求【4 郾。各地政府已经高度重视，要求对落后的城市排水、排污管道进行更新改 造。 需求三：雨水收集管网的建设，对排水管需求将不断增加。实践表明，对雨水收集 处理利用是一种经济的取水途径。我国是一个水资源严重缺乏的国家，北方尤其西北缺 水最为严重，对雨水进行收集处理利用，将会缓解其严重的缺水问题。由于对雨水处理 比污水和海水处理更为经济，可更好解决沿海城市的缺水问题，国家政府己将措施列入 未来l o 年节水措施中。国内许多专家建议，在进行排水管道的规划时，要把雨水、污水 的收集、处理和综合利用结合起来，逐步转变目前的雨、污水合流制或不完全分流制系 统为完全的分流制系统。雨、污水的分流有利于对不同性质的水采用不同方法处理和控 制，有利于雨水的收集、贮存、处理和利用，避免洪涝灾害，增加城市可用水资源，同 时也有利于减轻城市面源污染1 2 2 2 3 , 2 4 1 。这个规划的实施，对市政管道将带来很大需求 量。 二、市政用传统排水管道的缺陷曰益突出，有必要选用性能优异的新型管道。 排水管道的质量好坏直接影响城镇排水质量、安全和能耗。国家投入巨资对城市污 水进行综合治理，如果排水、排污管道使用寿命短，渗漏严重，造成二次污染，不但是 对国家资源的浪费，而且将祸及子孙后代。 众所周知，我国过去在埋地水管领域几乎全部采用混凝土管和钢筋混凝土管( 俗称 水泥管) 。这些管道在我国的经济建设中起到了积极有效的作用。但是，随着技术的发展， 新材料的出现，水泥管道的缺陷也目益暴露出来。最为突出的就是因泄漏而造成地下水 资源的污染，或大量地下水涌入排水管道。同时，因水泥管重量大，造成1 ：程旌工速度 第一章绪论 慢，埋地管体占地大，话加上水泥本身就是污染严重的高能产品，所以在市政排污领域， 传统的水泥管道正逐步被新型管道所取代。 根据近几年对国内7 6 个城市进行的漏水调查结果看，城市供水管网渗漏现象非常严 重。调查管线7 6 7 1 8 2 k m ，漏点1 8 2 8 个，总漏水量为1 0 5 7 7 6 4 m 3 h ，漏水量占总供水量 的2 5 3 0 。至于排水管网，由于过去国家不够重视，所采用的管9 5 以上是用传统材料 制作( 如混凝土管等) ，管道质量和施工质量比供水管差很多，管道破损和接头渗漏情况 尤为严重。例如，苏州工业园区使用顶管法施工混凝土管，由于接口渗漏，使污水处理 厂进水有机物含量大大降低，造成活性污泥无法形成，目前采用补救措施费用已接近当 初施工造价，教训深刻，杭卅也见到类似报道。国家正加快加速城市排水工程建设，收 集和处理城市污废水，因而开发和优先使用无渗漏、使用寿命长的排水管已成当务之急。 三、新型塑料埋地排水管性能优异，可替代传统的混凝土排水管道。 化学建材是继钢材、木材、水泥三大材之后第四大类新型建筑材料，主要包括：塑 料管道、塑料门窗、防水密封材料、建筑涂料、建筑胶粘剂、混凝土外加剂和建筑节能 保温隔热材料等。大力促进化学建材的生产和应用是国家产业政策，符合新型工业化的 发展方向。近几年化学建材在我国发展很快，已形成了一个新型产业，其应用范围也在 不断扩大d s 。 塑料排水管道是一种新型化学建材具有重量轻、耐腐蚀、管壁光滑、过流能力大、 密封性能好、使用寿命长、运输安装方便及施工速度快等特点。按管壁构造可分为玻璃 钢夹砂管、实壁管、加筋管、双壁波纹管、螺旋缠绕管等。 因为塑料管材是伴随着现代石油化工的发展应运而生的新型材料，所以塑料管材管 件通常是指以有机合成高分子材料如聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯等为主要材料， 加：r 而成的管材制品。可广泛用于城市供水、城市排水、建筑给水、建筑排水、热水供 应、供热采暖、建筑雨水排水、城市燃气、农业排灌、电线、电缆套管等领域叫j 。 塑料管道具有较好的柔性、冲击强度、拉伸强度和耐磨性。弹性模量较小，在外荷 载作用下产生定的变形而不致使管材破裂，也有利于抵抗压力冲击，减少水锤冲击破 坏。不受各种酸、碱、盐所引起的化学反应的影响，防腐性能极强，无需做任何防腐处 理。正常使用条件下材料寿命可达5 0 年之久。 塑料管内壁光滑( 摩擦系数u = o 0 0 9 ) ，与金属管、水泥管相比输送流体的水头损失 小3 0 。在同样输送能力状况下，管径可减少2 0 左右。由于管壁光滑，小易在管壁上结 第一章绪论 垢，因此不会出现随使用年限增加而使压力损失增大的现象。塑料管单管长度长( 柔性 管每盘可达数1 0 m ，硬管直管可存4 m 以上) ，管道敷设安装时，可减少连接接头的数量， 且连接方法简便可靠。质量一般仅为同类金属管质量的1 6 l 1 0 ，使安装工作量大大降 低，又可提高管道运行的可靠性1 15 1 。 近年来，在国家宏观经济快速增长的拉动下，在国内各级政府、机构、协会、生产 企业和相关企业等多方面的共同努力下，我国塑料管道行业得到了极大的发展，各种排 水管道品种不断丰富，产量不断增加，质量不断提高，从极其简单的作坊式加工，发展 到现在的拥有近百家规模较大的现代化塑料管材生产企业，已形成了颇具规模的行业大 军，已经成为国际e 塑料管道生产和应用的大国之一，产品深入到各行各业、千家万户， 行业的发展速度处于世界领先水平。 据行业估算，2 0 0 3 年各种塑料管道生产量达3 0 0 万t ( 1 9 9 0 年只有2 0 万t ) ，应用量 约在1 5 0 万t 以上，比上年增长1 5 左右。行业的生产能力初步估计达到3 5 0 万t ，其中 万t 级产能的生产企业超过7 0 家，5 万t 级以上生产企业超过2 0 家，l o 万t 级的企业 也有1 0 家左右。塑料管材出口仍保持快速增长的势头，2 0 0 3 年出口8 7 万t ，创汇1 4 5 亿美元，分别比上年同期增长2 8 2 和4 3 7 。另一方面，我国政府不断加大对市政基础 设施建设的投入，市政工程管网建设得到了前所未有的重视。塑料管道应用领域进一步 拓宽，除市政及建筑给、排水管道，农用( 给水、灌排) 管道继续增长外，市政排污、 通讯、电力、燃气、供暖、医用等行业的应用比例大量增加。现塑料管道己普及应用到 建筑给、排水，建筑供暖，城市燃气输送，城市自来水、市政排水、排污，农村人畜饮 水改造，农业灌、排，电力，通讯，工业等许多领域。西部大开发、南水北调、北京奥 运会、振兴东北、上海世博会、我国不断加速的城市现代化建设、农村的饮水改造和安 全供水项目、城市采暖的管网改造、城市污水处理场的建设、建筑物内增加排水管网设 计等许多机会都会促进塑料管道应用市场不断的加大。 由于塑料管材有很多优点，加之用户对此类材料认识的深入，塑料管材管件的应用 越来越广。在国外，塑料排水管道替代传统的铸铁管、钢筋混凝土排水管已是作为一种 趋势。 近几年来，国家和地方建设部门多次发文，要求市政工程优先选用塑料排水管道，促 进了塑料管道的推广应用1 2 9 3 3 t4 3 , 4 4 1 。 针对以上几点现状，如何选用埋地排水管道是一个值得探究的课题。本论文试图通 第一章绪论 过市政排水管道新型管材应用比较研究，探讨市政工程中新型管材的适用性，为设计和 施工单位及广大用户选择排水管道提供参考。 1 3 研究意义 据专家统计，“ 五”期间，我国城市排水管网平均每年新增管道长度约1 万k m ，其 中塑料管道应用量约为2 0 0 0 k m ( 约合5 万t ) 。 近年来，我国大口径塑料管发展迅速，各地出现了投资生产大口径塑料管的热潮。 在埋地排水管领域，各种塑料结构壁管都在发展。聚氯乙烯双壁波纹管和环状肋管( 加 筋管) 已经得到广泛应用，最大直径达到6 0 0 r n z n 。聚乙烯双壁波纹管和缠绕熔接管的增长 更快，目前聚乙烯双壁波纹管的最大直径已经达到1 6 0 0 m m ，聚乙烯缠绕熔接管的最大直 径达到3 0 0 0 m m 。同时，大口径埋地排水用的玻璃钢夹砂管( 热固性塑料) 的应用也在增 长。根据国外实践经验，正确设计和施工的塑料埋地排水管有很大的优越性，这些新型 管材与传统材料制作的管道相比，具有寿命长、无渗漏、无污染、旌工费用低等特点， 为设计和施工使用提供了更多的选择j 。 本论文研究意义主要是： ( 1 ) 通过分析新型塑料埋地排水管道的特点，说明新型排水管道替代传统排水管道 的可能性。 ( 2 ) 通过与传统排水管道的技术经济比较，说明新型排水管道替代传统排水管道的 可行性，为广大用户合理选用管材提供依据。 1 4 主要研究内容 本论文的主要研究内容： ( 1 ) 对市政用塑料埋地排水管性能作理论分析，并将塑料埋地排水管与传统管材作 比较，从而提出市政排水管网选用新型塑料埋地排水管可满足使用要求。 ( 2 ) 以实际工程应用为案例，比较新型埋地排水管道与传统管道的技术经济性。 第一章绪论 1 5 主要技术路线 本文研究技术路线框图见图1 1 。 困 图1 1研究技术路线框图 第二章国内外蛆料管道的笈展概况 2国内外塑料管道的发展概况 2 1 国外的发展情况 2 1 1 国外的发展概况 在国外，塑料管材正不断替代金属或其他传统材料的管材，发展卜分迅速。从1 9 8 0 1 9 9 0 年的十年中，除塑料管以外，其他各种材料的管材增长率总和不足2 ，而塑料管的 增长率是其他管材增长率总和的4 倍，达到8 ，进入2 0 世纪9 0 年代塑料管的需求量仍 以每年4 2 的速率增长，其产值大约以每年8 的速率递增。美国1 9 9 7 年塑料管材产量 为2 1 6 万t ，欧洲1 9 9 6 年为1 4 7 万t ，日本6 0 万t 。 1 9 9 5 年，硬质聚氯乙烯( u p v c ) 管材人均消费量，美国高达8 3 k g ，日本4 2 7 k g ， 西欧4 1 8 k g ，加拿大4 。0 7 k g ；聚烯烃管材的人均消费量西欧各国较高，平均高于4 k g 。 1 9 9 5 年美国高密度聚乙烯( h d p e ) 人均消费量已达1 3 8 k g ，美国a b s 管材人均消费量为 0 2 3 k e l l5 1 。 在2 0 世纪8 0 年代，发达国家除了继续在塑料管品种方面的研究开发工作外，把开 发重心逐步向提高塑料管的性能和节材方向努力，相继开发了异型塑料管、双壁波纹管、 发泡管、高抗冲击管以及塑料与金属的复合管，进一步提高了塑料管的刚性、耐压等级 和耐温等级，拓展了塑料管的应用面，提高了塑料管的市场竞争能力。目前塑料管的主 导应用市场是建筑和市政工程，在工业管道、油田集输送、农田灌溉、渔业养殖等方面 发展也非常快。塑料管在城市自来水管道中的应用量已接近世界自来水管道总长度的 4 0 ：在许多发达国家当年新敷设的城市自来水管道中，塑料管的用量在9 0 以上；城市 排水管道中约4 0 采用塑料管；建筑室内排污管道9 0 采用塑料管；建筑室内冷、热水管 道系统中也有采用塑料管取代冷镀镀锌钢管：在城市燃气输配、建筑采暖系统，塑料管 的用量也相当大。 纵观国外塑料管生产应用，总结有以下三个特点： ( 1 ) 原材料品种多。 分类较为详细，品种较多，为适应不同场合需要制成各种专用料，极大方便了塑料 管7 f ! 产岔世生产，有效地保证了产品质量。 ( 2 ) 塑料管品种齐全。 r 第二章国内外塑料管道的发展概况 塑料管品种、规格齐全，管材与管件配套性较好，加工设备自动化程度高，在线检 测设备较为完善，有效地提高了产品生产效率和成品率。其质量概念远远大于价格概念。 ( 3 ) 塑料管工程应用广。 塑料管在工程上应用较为普及，品种很多，并且可以根据工程特点选择需要的品种、 规格的塑料管。目前，国外塑料管仍以聚氯乙烯管( p v c ) 和聚乙烯管( p e ) 为主导产品。 目前，欧洲使用的管道还有4 0 采用的是传统材料。据b p s o l v a y 公司的资料显示， 塑料管材在欧洲管材市场上已经占有重要的位置。1 9 9 8 年全球塑料管材的用量仅占所有 管材用量的4 4 ，而如今塑料管材在全世界已经占有管材市场的5 4 。 在经历了2 0 0 3 年塑料管材市场的微量缩减之后，由于水管的使用寿命到期或管网出 现开裂等原因，欧洲市场上管材需要大量更换。在欧洲，2 0 0 3 年塑料管材总计用量为2 5 0 万t ，其中p v c 管材用量约占6 2 ，p e 占3 3 5 ，主要用于埋地排污或冷热水输送系统的 p p 管材约占4 5 。p e 约占塑料管中的压力管用量的5 7 ，占主导地位，主要是燃气和供 水管材：而p v c 和p p 主要在排水和排污领域形成市场的主导产品。但是由于决定塑料管 材的应用范围主要是性能而不是经济上的原因，所以塑料管材用于非压力管材的量更大， 这部分用量约占总用量的2 3 。 p e 双壁波纹管的应用在欧洲接近p e 管材用量的1 0 ，而在美国这一用量接近p e 管 材用量的4 0 。由于优良的性价比，其增长率预期每年将达到5 。在p e 管材当中，原料 p e l 0 0 以每年8 - - 1 0 的比例持续增长。由于p e l 0 0 的增长速度高于全球p e 市场的增长速 度，p e l 0 0 取代了部分p e 8 0 的市场份额，这表面管材的质量在提高。p v c 在非压力管材 领域的用量正在增加，而p p 管材在这个领域的应用则增长迅速。 纵观发达国家的塑料管的使用情况，塑料管应用量( 重量计) 最大的领域为排水排 污管，主要是室外的埋地排水排污管。表2 1 所示为1 9 9 7 年欧洲国家7 种塑料管的应用 状况，其数据表明，塑料埋地排水管的用量最大。图2 1 是1 9 9 7 年欧洲塑料管市场的应 用情况。表2 2 所示世界各国塑料结构壁管生产情况【8 3 0 1 。 第二章国内外塑料管道的发展概况 表2 11 9 9 7 年东西欧2 4 个国家7 种塑料管的市场应状况( 单位：t ) i d p e 比例 领域 l d p ex l p ep bp pa b sp v c 合计 m d p e ( ) 燃气 1 0 6 5 3 0 000002 0 0 01 0 8 5 3 04 8 饮用水 2 4 9 9 0 01 0 3 1 500o01 6 2 5 0 04 2 2 7 1 51 8 7 工业 2 7 9 5 03 1 0 0003 0 3 4 03 2 3 01 4 6 6 07 9 2 8 03 5 农业 1 5 4 0 08 9 1 5 5000o5 4 6 6 01 5 9 2 1 57 0 护套管 5 0 2 7 09 7 3 0008 0 0 0o8 9 5 8 01 5 7 5 8 07 0 采暖室 4 9 0 002 6 0 0 55 6 9 02 4 9 9 5o1 5 0 06 3 0 9 02 8 内用管 污水排 1 6 5 0 9 05 7 0 00o4 6 9 6 06 8 0 51 0 4 8 3 5 01 2 7 3 9 0 55 6 2 水管 总计 6 2 1 0 4 01 1 8 0 0 02 6 0 0 55 6 9 01 1 0 2 9 51 0 0 3 51 3 7 3 2 5 02 2 6 4 3 1 51 0 0 比例( ) 2 7 4 5 21 10 34 90 46 0 6i 0 0 图2 11 9 9 7 年欧洲塑料管市场 第一章国内外塑利管道的发展概况 表2 2世界备国塑料结构壁管生产情况 而壁波纹管缠绕熔接金 国家环状肋管芯层发泡管缠绕熔接管 p ep p p v c 属加强 瑞典有有有有 挪威有有有 芬兰肓有有 丹麦有有 德国有有有有 法国有有 荷兰确有有 瑞士有有 意大利有有有 有有 卢森堡有 西班牙有有有 葡萄牙有 匈牙利有有 捷克有有 保加利亚有 波兰有有有 以色列有有有 伊朗有 英国有有有有有 希腊有有有有 美国有有有有有 波多里哥有有 加拿大有有有有有 哥伦比亚有 巴西有 印度有有 有有 韩国 有有有有 曰本有有有有有有有 墨西哥肯有 澳大利亚有有有有 中国 有有 有 有有有 小计 2 l62 21 11 81 l 2 由表2 2 可见，塑料结构壁管在世界各国生产很普遍，其中应用最普遍的是p 1 1 和p v c 的双壁波纹管。 第章国内外塑料管道的发展概况 2 1 2 国外的发展趋势 除了一些固定的应用领域，塑料管材在全球还面临很大的市场，特别是与水有关的 应用领域。据联合国预测：今后十年，在供应城市用水和清洁饮用水方面每年需要花费 9 0 0 亿美元。有关数据显示，资金已经投向了与水有关的领域。这将是塑料管村一个新的 应用机遇。 随着投资在非承压管材领域的增加，p v c 和p p 的用量也会增加。据专家预测，在今 后6 7 年内，全球p v c 的增加将达到3 5 0 万t ，p e 的增加将达到1 0 0 万t 。未来几年塑 料管材在欧洲将保持稳定增长态势。由于塑料管线所提供的优质服务和耐腐蚀性，提升 了管网作为资产的价值。比如，膜技术、水和能源技术的发展使得海水淡化的成本大大 降低，其成本接近使用地下水或井水的成本。这使得海水淡化这个产业依靠价格的导向 作用已经可以吸引巨额投资。过去，对于海湾的富国来说，海水淡化是不得已的选择。 现在对以色列、阿尔及利亚、突尼斯甚至意大利、西班牙以及地中海国家来说，海水淡 化是经济性合理的产业。海水淡化产业的发展预示着该产业需要大口径的塑料管材抽提 和排放海水，这将是塑料管材特别是h o p e 管材重要的发展契机。 2 2 我国的发展概况 塑料管是近二十几年来发展起来的新型管材，在国家产业政策支持下，我国塑料管 发展很快，品种和规格不断丰富，产量不断增加，质量不断提高。1 9 9 6 年，我国各种塑 料管材的总产量已达4 3 5 万t ，其中，u p v c 管材2 4 万t ，占5 5 ；p e 管材1 8 万t ，占 4 1 ；p p 管材1 5 万t ，占3 3 。尽管u p v c 管材年产量已达2 4 万t ，但人均消费量还不 到0 2 k g ，远低于美、日、欧的人均消费量【1 5 1 。 排水管道分建筑排水和市政工程用排水管道。我国自2 0 世纪8 0 年代初开始，系统 地研究在市政工程和建筑工程中塑料管的应用。二卜几年来，塑料管在工程应用中得到 了很大发展，不仅在数量上而且在品种和规格上得到很大发展。先后开发出了聚氯乙烯 ( p v c u ) 管、玻璃钢夹砂( r p m ) 管、聚乙烯( p e ) 管、铝塑复合( p a p ) 管、交联聚乙 烯( p e x ) 管、聚丙烯( p p r ) 管、氯化聚氯乙烯( c p v c ) 管、工程塑料( a b s ) 管、钢 塑复合( s p ) 管等塑料管。到2 0 0 1 年底，全国塑料管生产线有4 0 0 0 余条，牛产能力达 到2 0 0 多力t 【1 53 讲。 第一章国内外塑料管道的发展概况 2 1 2 1 建筑用排水管 近年来，随着我国基本建设f i 场的迅速发展，对建筑产品也提出了更多更高的要求。 建筑排水用管材在1 9 9 9 年前直采用传统的铸铁管。随着国家对推广应用化学建材和 限制淘汰落后技术与产品管理办法的实施，p v c u 排水管以其内壁光滑，质轻实用， 安装方便，可大大加快工程进度，降低施工费用，而被人们认可。但主要缺点是排水时 产生的噪音大。为了解决这个问题，随后推出了p v c u 芯层发泡管和螺旋管排水管。国 内已多年应用硬聚氯乙烯芯层发泡管做建筑内排水管。同样，由于螺旋管改善了水流条 件，使由横支管排出的水流沿切线方向进入立管并旋流而下，减少了立管与横管进入水 流的相互撞击，降低了垂直方向下落