主流给水管材及其防腐.doc

展望十五年内供水管网中将会常用的几种管材摘要：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。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5070，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200250300350400450500600700800900100012002000公称外径系列1219.1273323.9355.6406.4457508610711813914101612202020公称外径系列2219273325377426480530630720820920102012202020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60080010001200140016001800200022002400参考壁厚6106108101012101212141416161816201620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D6002.0D6000.0035d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影响着管道的腐蚀速度，水中的溶解氧及二氧化碳的存在，是管道腐蚀的重要因素。 因电化学反应，对于偏碱性水，且无侵蚀性二氧化碳时，首先生成的是氢氧化亚铁，然后被水中溶解氧氧化，生成氢氧化铁，形成钝化保护膜，使管壁的腐蚀速度减慢。否则，在生成氢氧化亚铁后，与二氧化碳作用生成重碳酸亚铁，它具有可溶性而流失于水中，被水中溶解氧氧化，生成氢氧化铁，出现红水，其中部分脱水形成铁锈Fe2O3nH2O。它质地疏松，不能起保护作用，以上反应继续进行，铁锈不断沉积于管内表面形成锈垢。在与水接触的管内表面，有一层似乎不流动的薄水层，流速增大，该水层减薄，通过该水层水流中的氧的扩散、补给容易，故促进锈蚀；当管内流速再加快，氧的补给量增多，铁管表面由于氧过剩，趋于钝态化，反使腐蚀减小；若流速继续增大，剧烈紊流将导致发生气蚀，因机械作用使铁管表面产生空隙腐蚀。配水管网末端的小口径管道，管内流速较小，甚至有时不流动，水中的氧气难以补充，锈蚀较严重。相反，输水干管通常流速大，氧不断由水带入，管内壁趋于钝态，腐蚀速度放慢。就是发生腐蚀，也往往因过大速度使锈垢剥离，故发生锈瘤的机会减少。由于腐蚀的生成物能溶于酸性介质中，而不易溶解于碱性介质中。因此pH偏低的酸性水能促进腐蚀作用，而pH偏高能阻止或完全停止腐蚀作用。 B.水中碳酸钙（镁）沉淀形成的水垢 在所有的天然水中几乎都含有钙镁离子，并且水中的重碳酸根离子分解出二氧化碳和碳酸根离子，这些钙镁离子和碳酸根离子化合成碳酸钙（镁），难溶于水而变为沉渣。 C.水中含铁量过高所引起的问题 作为给水的水源一般含有铁盐，当铁的含量过大时容易在管网中形成大量沉淀。水中的铁常以重碳酸铁、碳酸铁等形式存在，以重碳酸铁的形式存在时最不稳定，分解出二氧化碳，而生成的碳酸铁经水解成氢氧化亚铁。这种氢氧化亚铁经水中溶解氧的作用，转为絮状沉淀的氢氧化铁。它主要沉淀在管内底部，当管内水流速度较大时，上述沉淀就难以形成；反之，当管内水流速度较小时，就促进管内沉淀物的形成。 D.管道内的生物性堵塞 铁细菌是一种特殊化的营养菌类，它依靠铁盐的氧化，以及在有机物含量极少的清洁水中，利用细菌本身生存过程中所产生的能而生存。这样，铁细菌附着在管内壁上后，在生存过程中能吸收亚铁盐和排出氢氧化铁，因而形成凸起物。由于铁细菌在生存期间能排出超过其本身体积499倍的氢氧化铁，所以有时能使水管过水截面严重的堵塞，并且这些凸起物是沿着管内壁四周生成的，不仅是管底面而已。大量的亚铁离子储存在铁细菌，而在细菌表面生成了氧化后的产物（三价铁的氢氧化合物），为棕色粘泥。 硫酸盐还原菌是一种腐蚀性很强的厌气细菌，它常存在于管内壁上，在没有氧的条件下，在金属管道电化学腐蚀过程中主要在阴极起极化剂的作用，能把硫酸盐还原成硫化合物，这样就加快了管道的腐蚀结垢速度。据报道，在铁硫菌参与下的腐蚀速度会增大300500倍。 任何一种细菌对pH都有一定的适应性，通常细菌在中性和偏碱性介质中生长最好。铁细菌和硫酸盐还原菌亦是如此，当pH在8.0时，它们的生长就受到抑制，pH在8.4以上时基本不生长，试验表明pH在5.967.89范围内铁细菌生长；pH在5.968.35范围内硫酸盐还原菌生长。 E.水中悬浮物的沉淀 水中悬浮物的沉淀是形成沉渣的最简单过程，尽管多数给水管道所输送的水中悬浮物含量很少，可仍然有沉淀物形成。当深夜用水极少时，配水管道水流速度极小，乃至停流，为水中微粒自然沉降创造了条件。特别是直接向管网输送的井水，往往把井周围粉砂、细砂随水流带入管内，由于生物的集聚粘附性能，使这些悬浮无机物很容易在管道内沉淀。然而当出厂水浊度长期保持在0.5NTU时，这样的沉淀应该是微弱的。 以上五种情况引起的管内沉淀与结垢，因形成的条件和时间的差异，可分为坚硬性结垢和松软性沉淀。形成坚硬性结垢主要是因为金属管道自身的腐蚀和生物性结垢，它为金属管道所独有。松软性沉淀主要是水中的悬浮铁质及碳酸盐的沉淀，它在金属管道或非金属管道内都可能存在。 (4.2)管道内衬材料的要求 要求管道内衬材料不会对水质造成坏的影响，有优越的防腐蚀性能，附着力强，长时间通水也不会使附着力下降，内衬层不易受到损伤，即使局部受损，也不会因此引起周围内衬层的劣化。 (4.3)钢管内衬材料 钢管内衬材料有水泥砂浆或环氧树脂等。 A.水泥砂浆内衬的质量要求 水泥砂浆衬层应该符合GB/T17457-1998(等效采用ISO4179：1985)标准的要求。 (A)具体衬层厚度要求见表4。 表4 序号公称通径(mm) DN(mm)内衬厚度(mm)备注公称厚度最小平均厚度某一点最小厚度1403003.02.51.523506005.04.52.5370012006.05.53.04140020009.08.04.052200260012.010.05.0(B)衬层用的水泥应符合GB/T 175。 (C)衬层选用的砂子，按GB/T 14684取样筛分应满足以下要求： a.细砂(通过尺寸为0.125mm的筛孔)的质量分数10； b.含有最大直径等于衬层厚度1/3的砂粒的质量分数应50； c.最粗砂(衬层厚度1/2的砂粒)的质量分数应5； d.砂中有机杂质及含泥土的质量分数应2。 (D)砂浆中，水泥与砂子的质量比为3.5；砂浆中可掺用对衬层及输水水质无害的添加剂。 (E)衬层的金属表面应先除掉浮锈及附着物，无需抛丸除锈，表面金属凸瘤应50。 (F)衬层采用离心法澆注，衬层表面应无空穴或明显的气泡，离心的时间及转速调控应使砂子的粒度从管壁至表面按由粗至细的规律分布。 (G)衬层可采用蒸养、常温养护或相结合的方式养护，养护期间应采取措施确保砂浆中水分缓慢蒸发，水泥砂浆内衬在养生28天后的抗压强度50MPa。 (H)衬层表面的局部缺陷可以修补，为了与未损伤部位的粘着良好，砂浆可加添加剂；衬层的结构与离心工艺有关，衬层表面形成的细砂与水泥薄层宜占衬层厚度的1/4，衬层表面的干缩裂缝是常见的问题，裂缝允许宽度0.8mm。 (I)为了衬层表面的光洁度，带水离心砂磨的措施应慎重，不要导致衬层中的砂子离析事故。 (J)衬层的砂浆强度达标后，亦可在预热的条件下喷涂一层不饱和聚酯树脂或卫生级环氧涂层，厚度0.2mm，从而提高衬层的抗渗性及表面光洁度。但应通过检验，确保涂层长期附着的可靠性。 B.环氧树脂内喷衬的质量要求 内喷衬用环氧树脂的材质及作业要求，由于目前国家还没有相应标准，而是参考石油天燃气行业标准SY/T4057-93以及实践的体会，提出以下要求： (A)钢管内壁喷砂等方式除锈达到GB/T8923的Sa2.5级标准的要求，使管壁呈现金属本色； (B)作内喷涂的液体环氧树脂应具有卫生部的卫生许可证，且施工过程中对人体无害； (C)衬层总厚度400m（通常喷涂五道，第一道底漆在喷砂除锈后一小时内完成，待表干后喷下一道）；(D)涂层附着力达12级（试验方法GB1720）； (E)表面硬度，用2H铅笔试划无划痕（试验方法GB6739）； (F)柔韧性1.0mm（试验方法GB1731）； (G)耐冲击性能4.9（试验方法GB1732）； (H)粘度0.2Pa.s（试验方法GB1723）； (I)细度80m（试验方法GB1724）； (J)表干时间4h，实干时间24h（试验方法GB1728）； (K)甲组份固体含量70，乙组份固体含量80（试验方法GB1725）； (L)分别在10NaOH、30H2SO4、10NaCl中耐化学试剂性180d合格（试验方法GB1763）； (M)耐盐雾性500h试验达一级（试验方法GB1771）； (N)耐污水性100C 90d 合格（试验方法GB1733乙法）； (O)涂衬后应抽检涂层厚度、孔隙、气泡 ，机械损伤等，对发现的缺陷及时修补。 （5）钢管外防腐的质量要求 (5.1)土壤对管材的腐蚀 金属是以氧化物或硫化物等矿石的稳定状态存在于自然界，从矿石里用人为的还原方式提炼出的金属，在有水和空气的环境中，就会氧化而失去金属的特性，这是一种腐蚀现象。 引起金属腐蚀的主要原因是化学腐蚀和电化学腐蚀。化学腐蚀是由于金属和周围介质接触发生化学作用而引起金属被溶解的过程，化学腐蚀对钢管壁厚度是均匀地减薄，因此它的危险性较小；电化学腐蚀是指金属和电解质组成原电池所发生的氧化还原过程，埋于土壤中的金属管道腐蚀是土壤腐蚀，土壤腐蚀基本上属于电化学腐蚀，因为土壤含有水分，少量的酸、碱或其它盐类，是一种复杂的电解质，使金属管道与土壤之间构成各种类型的腐蚀电池。地下杂散电流对管道的腐蚀作用，是一种由外因引起的电化学腐蚀之特殊情况。土壤中某些细菌的活动和金属管道的腐蚀有一定关系，它主要是通过某些细菌的侵蚀活动引起或加速电化学腐蚀的过程。 钢管受到电化学腐蚀时，通常发生穿孔；球铁管、灰口铸铁管受到腐蚀后，最终管壁成分只剩下石墨、硅酸盐和氧化物，铁管虽保持着外形，只需较小外力就可击散，这种现象称为“石墨化现象”；对于钢筋混凝土管只要土壤电阻率小于30m及土壤pH7时，砂浆或混凝土会受酸性地下水的侵蚀，砂浆或混凝土中的碱性消失，钢筋腐蚀，最终导致管道爆破，它的腐蚀机理仍属于电化学腐蚀的概念。 由于金属的腐蚀属于电化学反应，腐蚀的速度与其周围环境的电阻系数关系非常密切。土壤的电阻与腐蚀性的关系见表5。 表5 腐蚀性程度强中弱非土壤电阻率m100(5.2)防止管道腐蚀的措施 防止管道腐蚀的措施除选用耐腐蚀的管材外，管道外壁的防腐方法归纳为覆盖式防腐蚀法及电化学防腐蚀法。 A.覆盖式防腐蚀法 覆盖式防腐蚀法是在金属管道外表面采用防腐绝缘层，使埋地金属管道与土壤间的过渡电阻增大，阻止电流流入或流出管道，就可防止电化学腐蚀的发生。管道的防腐层通常应满足以下要求： 防腐层与金属管道粘结性好，保持连续完整； 防腐层的电绝缘性能好，对击穿电压有足够的耐压强度和有足够的电阻值； 防腐层具有良好的防水性和化学稳定性； 防腐层能防止微生物的侵蚀，有足够的机械强度、韧性及塑性； 材料来源充足，价格合适、便于机械化施工，若防腐层破损易于修补。 在钢管的外防腐方法上，过去常用的石油沥青法，虽造价较低，但操作较繁，熔化沥青容易引起火情，且土中微生物要破坏石油沥青层；聚乙烯粘胶带虽产品质量不断改进，完成外防腐的钢管日晒雨淋数月，常存在分层问题。以下介绍两种目前较常用的方法： (A)环氧沥青防腐 参考石油部部标准SYT28及实践体会，提出以下要求： a.钢管表面除锈应达到GB8923的Sa2.5级标准，呈现金属本色，无可见的油脂、污垢、铁锈等附着物； b.防腐材料应耐酸、耐碱、耐微生物侵蚀，涂有防腐材料的钢板在10盐酸及10苛性钠溶液中，分别浸泡90d；在30硫酸溶液中浸泡7d，防腐层外观无变化； c.剪切粘结强度4MPa；抗冲击强度1.2J；工频击穿强度20kv/mm2；体积电阻率11012.cm；阴极剥离3级；吸水率0.4%；耐好气性微生物侵蚀2级； d.防腐层应在24h内固化，厚度均匀、密实、不翘、不皱、不空鼓、不漏色，不粘手，外观完整； e.防腐层固化后，用小刀划开舌形切口，无法使涂层分层剥落，底漆与金属表面粘结良好； f.防腐层表面硬度好，耐磨性好，钢丝绳悬吊不产生0.1mm的痕迹； g.防腐涂层固化后及三个月后，绝缘性能均良好，要求电火花仪检测的击穿电压达10000v，最低不小于6000v，且每m2面积上只允许二处6000v以上针孔击穿，击穿方位亦应修补； h.操作方便，对人体及环境无害； i.采用环氧煤沥青防腐蚀涂料时，底漆应在喷砂除锈后一小时内完成，以五油二布、总厚度600m，可符合以上要求。曾经将采用该法作dn2438mm钢管防腐处理后，放在露天近一年，防腐层仍完好，电火花检测符合上述要求。 (B)三层聚乙烯防腐 近几年推出的三层聚乙烯防腐工厂化作业法，在防腐质量上有了较大的改善，且造价提高仅2030%，是当前值得关注的防腐工艺，它的工艺流程如图1。 图1 (C)钢管管节的防腐层在两端应预留200mm不作，以便现场组焊需要，但为了提高现场组焊后的防腐质量，工厂作防腐的同时端口刷涂可焊漆是必要的。 B.电化学防腐蚀法 金属管道作覆盖式防腐处理是必要的，但在强腐蚀性土壤中埋设金属管道，上述处理又是不完备的，通常还需采取电化学防腐措施。 电化学防腐措施包括排流法和阴极保护法，在大型变电站或整流站附迎有采取排流法的措施保护管道，但在多个变电站综合影响的管网，使这种措施复杂化，在国内还不清楚有无应用。 阴极保护法是从外部给一部分直流电源，由于阴极电流的作用，将金属管道表面不均匀的电位消除，从而不再产生腐蚀电流，达到保护金属管道不受腐蚀的目的。从金属管道流入土壤的电流为腐蚀电流，从外部流向金属管道的电流为防腐蚀电流，阴极保护法包括牺牲阳极法和外加电流法。 牺牲阳极法是用被保护金属电位更低的金属材料做阳极，和被保护的金属管道连在一起，利用多种金属之间固有的电位差，产生防腐蚀电流的一种防腐蚀法，阳极随着流出的电流而逐渐消耗，故为牺牲阳极法。当土壤电阻率高的地区釆用锌合金阳极，否则用镁合金阳极。 外加电流法是通过外部的直流电源装置，把必要的防腐电流通过地下水或埋设在水中的电极，流入金属管道的一种方法。 阴极保护措施有牺牲阳极法及外加电流法，应根据具体情况选用与设计计算。(略)通常，外加电流法增大管道综合造价仅1，但存在长期运行管理费用；牺牲阳极法增大管道综合造价达2。在城市供水管网中，防止对其它管线的影响，一般采用牺牲阳极的阴极保护法。 3.2薄壁不锈钢管 (1)薄壁不锈钢水管简介 不锈钢是在碳钢中加入一定量(不小于12.5)的铬而形成的一类铁合金，当不锈钢接触空气或水时，其表面会立即形成一层薄而粘着的保护性铬氧化物钝化膜，它使不锈钢具有优异的耐腐蚀性，这层膜如果被划伤可自行修复，饮用水中有足夠的氧气来促进这一修复和保护过程。不锈钢的主要合金元素除了铬，还有镍。镍使材料具有良好的延展性和韧性，容易成形和焊接。还可添加钼，进一步提高耐局部腐蚀性。通过改变合金成分的含量和比例，可以得到铁素体、奥氏体、双相等各种不锈钢，它们有各不相同的耐蚀性和机械性能。 不锈钢自20世纪60年代中期以来，开始应用于国外的饮用水工业，如今在经济发达国家，不锈钢在建筑给水、水处理系统的应用非常普遍。英国、德国、美国、日本、新加坡和马来西亚都有不锈钢水管的标准，还有ISO标准。甚至在美国、瑞典、新加坡、英国，在近期城市管网改造中将不锈钢管替换其它管材，包括球墨铸铁管。1982年日本开发了不锈钢波纹水管，管道用手就可容易地弯曲成任意角度，减少管接头数量，节约了安装时间和成本。 国内薄壁不锈钢水管是20世纪90年代末才问世的新型管材，我国于2000年制定了流体输送不锈钢焊接钢管国家标准(GB/T12771-2000)，建设部于2001年12月发布了薄壁不锈钢水管行业标准(CJT151-2001)。相关的管道工程技术规程即将出台，建筑冷热水用的不锈钢管道安装标准图集已经完成编制。目前江苏、浙江、四川、北京、上海、广东等省市都有了专业厂家生产薄壁不锈钢水管，分别自主开发了各种连接技术和管件，产品已日趋成熟。在城市供水行业中推广应用的时机亦已到来。 (2)薄壁不锈钢水管的特性 (2.1)薄壁不锈钢水管的耐腐蚀性强 A.薄壁不锈钢水管的耐腐蚀性强，从而不需要留腐蚀余量，推用薄壁管材，减轻重量，节省材料和能耗； B.能够适应各种质量水的输配，如直饮水、自来水、海水、污水； C.无腐蚀和渗出物，无异味或浑浊问题，易保持输送水的水质不出现“红水”、“绿水”的困扰； D.能承受高达30m/s的高水流速的冲蚀，用于高水头电站的导流管道上，管口末端流速达60m/s以上，仍有100年以上的使用寿命； E.光滑的不锈钢管的水力曲线近似于直线关系，在流速10m/s以下时，可忽略紊流关系，低流速时水头损失仅为碳钢管的2/5，从而节省输配水的能耗； F.明管敷设，外表美观，一般不必要涂层保护，埋地管往往罩上一层交联聚乙烯松套或使用牺牲阳极的涂层。 (2.2)薄壁不锈钢管优良的力学和物理性能 不锈钢管强度高，有良好的延展性和韧性，低温不变脆；对冲撞能有很强的吸收能力，抗震和抗冲击性能强；优良的耐磨损和耐疲劳特性；优良的防火和防热辐射性能，有较好的高温强度；热传导率低，热胀冷缩缓慢。因此不锈钢管具有： A.安全可靠，能很好地经受振动冲击、水锤、热胀冷缩，不易漏水与爆裂； B.管材加工容易，易切割、成形和焊接，有多种连接方式可供选择； C保温性能较好，适应热水输送。 (2.3)综合优势 A.使用寿命长，在周期性震动条件下，实测腐蚀试验数据表明，不锈钢管使用寿命达100年； B.寿命周期成本低，几乎不需要维护，减少管材更换费用，运行费用低，经济性显著； C.综合使用成本低； D.显著降低水的渗漏，使水资源得到有效的保护和利用。(2.4)不锈钢管是绿色环保管材 不锈钢管是绿色环保管材，安全无毒(倘若不锈钢材质达不到牌号的要求，重金属会游离到水中的，影响水质)，可100的回收再利用，且有很大经济价值，有利于可持续发展。 (3)薄壁不锈钢水管行业标准的主要规定 按照建设部发布的薄壁不锈钢水管行业标准(CJT151-2001)，规定了最大工作压力为1.6MPa；规定了公称通径范围在DN10mmDN150mm之间；规定了管材外径的允许偏差类同于ISO1127-1992标准；工艺性能按GB/T122771-2000国家标准，作扩口试验、压扁试验、弯曲试验的要求；规定了相关的卫生要求。 (3.1)管材的化学成分 按照行业标准，对于供水管材，实际上选用三类主要钢种牌号304、316和316L奥氏体不锈钢。其主要成分含量比例如表6： 表6 钢种牌号碳(C)铬(Cr)镍(Ni)钼(Mo)0Cr18Ni9(304)0.0717.0-19.08.0-11.00Cr17Ni12Mo2(316)0.0816.0-18.010.0-14.02.0-3.000Cr17Ni14Mo2(316L)0.0316.0-18.012.0-15.02.0-3.0另外，Si1.00、Mn2.0、P0.035、S0.03。 (3.2)管材的力学性能 钢种牌号304、316和316L奥氏体不锈钢，其主要力学性能如表7。 表7 钢种牌号抗拉强度(MPa)伸长率()0Cr18Ni9(304)520350Cr17Ni12Mo2(316)5203500Cr17Ni14Mo2(316L)48035(3.3)管材的物理性能 钢种牌号304、316和316L奥氏体不锈钢，其主要物理性能如表8。 表8 比重 (g/cm)平均热膨胀系数(106/C) (0-100C)热导率(W/mC) (100C)比热容 (J/kgC) (0-100C)电阻率 (mm/m)杨氏模量(KN/mm)磁性7.9-8.016155000.72200无(3.4)管材的几何尺寸 薄壁不锈钢水管的基本尺寸，如表9规定。 表9 公称通径(DN)管材外径(Dw)外径允许偏差管材壁厚(S)卡压式管件壁厚 (S)10100.10 0.6 0.8 1215141620201.0222525.40.82832350.12 1.0 1.2 384040420.155050.8540.181.2 65670.201.5708076.10.231.5 2.0 88.90.251001020.4%Dw1081251332.01501593.0注：1.单位-mm； 2.壁厚允许偏差为规定壁厚的10。 (3.5)原材料及制造方法 A.水管的原材料为不锈钢冷(热)轧钢带，其要求应符合GB/T4239和YB/T5059的规定； B.在制管设备上，不锈钢带用自动氩弧焊接或等离子焊接制成，焊后不进行热处理。 (3.6)管材的工艺性能要作以下检验 A.压扁性能 水管压扁至外径的1/3时，不存在裂纹和破损。 B.扩口性能 当DN50mm时，用60的园锥扩口达25，扩口的管壁不出现裂纹和破损。 C.弯曲性能 当DN25mm时，弯曲半径为管外径的4倍，弯曲角度达90时管壁不出现裂纹和皱纹。 D.水压检验 在承受2.45MPa试验水压下，持续10s，水管无渗漏和永久变形为合格。 E.卫生要求 管材浸泡水后的卫生检测应符合GB/T 17219的规定。 (3.7)水管检验规则 A.水管出厂前，应逐根进行外观检验、尺寸检验、水压检验； B.每批(DN25mm为400根；DN25mm为200根)任抽2根作抗拉强度和延伸率检验，若不合格抽2倍试样复验，若再不合格，则该批水管不得出厂； C.水管型式检验时，应作化学成分、力学性能、外观检验、尺寸检验、压扁性能、扩口性能、弯曲性能、水压检验、卫生检验等项。型式检验通常在工厂首次制造或产品转产时的定型鉴定；产品原料、制造工艺等重大改变时；产品停产半年后，恢复生产时；出厂检验结果与上次型式检验有较大差异时进行。 每批任抽2根作型式检验，若不合格抽2倍试样复验，若再不合格，则该批水管型式检验不合格。 (3.8)产品标记 产品标记由产品代号(SG)、管材外径壁厚、材料牌号和制造标准号组成。 (4)管材的连接方式 (4.1)焊接式连接 不锈钢管的配管之间及配管与管件之间的焊接式连接，通常采用自动氩弧焊接或等离子焊接，焊接分对接焊与承插搭接焊两类，对接焊方式适用于DN150200mm的范围；承插搭接焊方式适用于DN15100mm的范围。 (4.2)螺纹接口 薄壁不锈钢管的配管两端啮入螺纹后，使配管两端具有内、外螺纹，从而配管之间可直接扣接，节省过渡的连接配件。 三通、弯头的配件类同镀锌钢管的配件形式，可采用铸造不锈钢配件，也可用薄壁不锈钢管焊接、弯曲成型后啮入螺纹。 在安装现场裁截管段，用专用机具啮入螺纹，安装时只需在螺纹处缠绕上生料带，用手直接旋紧即可，安装简便、快捷、施工费用低。 (4.3)锥螺纹连接 螺套(外螺纹)与配管作环向焊接，用管件将配管以锥螺纹连接，完成配管间连接的方式。适用于DN65100mm的范围。 (4.4)环压式接口 环压式接口，是用专门工具，将特种密封圈连同管件与配管，圆周挤压为一体的一种柔性连接方式。 环压接操作要点： (A)配管下料的端面切斜度0.2mm；若端面失圆，应使用专用整形器将管段断面整形，至可插入管件承口底端为止。 (B)选择好与管件对应的液压工具，将钳口与压块组装好即可进行压接操作。 (C)将密封圈套在配管上，将配管插入管件承口底端，沿管件外缘在配管上划线。 (D)将密封圈推入配管、管件的间隙内，钳头压块在待压接部位就位且与配管垂直，即可环压操作。 (E)在施压时，当下压块与钳头刻度线齐平时，卸压，将配管与管件相对工具旋转30，再次加压直至上、下压块无间隙稳压3s后卸压，环压操作完毕。 (F)环压操作后，认真检查压接部位四周压痕均匀，管件与配管结合紧密无间隙。 (G)环压操作的空间尺寸不足时，应改用其它连接方式。如DN1550mm时，用活接头连接；如DN65mm时，可用法兰连接或卡箍连接。 (4.5)压缩式连接 先把螺母管件套在配管上，再用专用工具将配管胀成一山形台凸缘，将密封圈放入连接管件的内壁，用手拧螺母，使螺母与连接管件相接，后用扳手拧紧。此种连接方式有防滑脱的功能，亦便于装拆，适用于DN1550mm的范围。 (4.6)法兰式连接 法兰式连接分快接法兰与活接法兰两类。 A.快接法兰式连接 快接法兰式连接是将法兰与配管作环向焊接，用快夹使法兰间的密封垫压缩后，起到密封作用，从而完成配管间连接的方式，适用于DN15100mm管道的常拆部位。B.活法兰连接榫槽型法兰与配管(或配件)作环向焊接，用紧固件通过活套法兰、榫槽法兰和密封圈起到密封作用，完成配管间连接的方式。适用于DN150200mm的范围。(5)管件材质薄壁不锈钢管的管件有铸造管件及焊接挤压管件。 若是管道埋于墙壁内，通常用对接焊连接，局部用法兰连接。输送热水的管道，外套保温胶管。薄壁不锈钢管的管件制造有铸造成型及焊接冲压成型等工艺，以后者的质量较稳定，且美观。 近几年国内已有一些企业可制造各种规格的管材、管件及阀门、水嘴等已形成“白钢系列”产品，它在小口径管材中将是竞争力很强的品种。 3.3球墨铸铁管 3.3.1发展动态 铸铁管是供水管网中使用量最多的一种管材，离心球墨铸铁管自20世纪40年代发明至今近60年历史。国外从二十世纪六十年代以来就得到迅速的发展，目前世界的铸管年产量约9001000万t，其中球墨铸铁管产量约800万t，并每年以3的速度递增。 （1）国外生产概况 国外工业发达国家从六十年代开始逐渐淘汰了普通灰口铸铁管，普遍采用了球墨铸铁管，法国莫松桥公司、日本久保田公司为世界上规模较大，技术先进的球管生产厂家。目前国外球墨铸铁管铸造技术发展方面，主要是采用的水冷金属型离心铸管技术；对大口径管用热膜法或树脂砂衬离心铸造技术。（2）国内生产概况 我国据不完全统计，原有铸铁管生产厂家达200多家，绝大多数厂家是用连续铸造工艺。1985年开始从德国、美国等引进了水冷金属型离心铸管技术及设备；国内也自行研制开发了水冷金属型、热模法及树脂砂衬离心球管工艺生产线。近10多年来，我国铸铁管厂家进行技术改造，在技改过程中将材质已由灰铸铁转向球墨铸铁，铸造方法由连续铸造转向离心铸造，也有不少连铸管厂趋向淘汰。生产球铁管的厂家已发展到20余家，110多台离心机，口径DN1003000mm，总生产能力已达300万t。年产量已由1990年的不足10万t迅速增加到2003年的近190.2万t，年增长率平均为3540%，占全部铸铁管产量的70%左右。2003年离心球墨铸铁管和球铁管件的出口量已达30万t，使我国球墨铸铁管铸造技术，已赶上及达到国际较好水平。 于1992年10月颁布实施了“离心铸造球墨铸铁管（GB/T13295-91）国家标准”；“球墨铸铁管件（GB/T13294-91）国家标准”；2003年国标进行了修订，于2003年8月1日开始实施“水及燃气管道用球墨铸铁管、管件和附件”(GB/T 13295-2003)，代替原管材、管件标准，相当于国际标准ISO2531：1998(E)。 标准按管的公称通径可分为DN40、50、60、65、80、100、125、150、200、250、300、350、400、450、500、600、700、800、900、1000、1100、1200、1400、1500、1600、1800、2000、2200、2400及2600共30种； 按管的接口型式可分为滑入式(T型)、机械式(K型、N型、S型)和法兰式三类接口形式； 管材的壁厚级别分K9、K10、K11、K12四个级别，不同级别管材，管壁厚度不一，承水压能力不一，凡购管合同中不注明要求的均按K9级供货(国标未阐明管件是否类同管材的级别，按1991年的原标准，管件均按K12级别供货，这么就存在管材、管件实际内径不一致的问题，实质上消失模工艺铸造的管件壁薄，无须按K12铸造)； 管材、管件的标准壁厚按公称通径DN的函数关系来计算，其计算式如下： e=K(0.5+0.001DN)(1) 式中： e-标准壁厚(mm)； DN公称通径(mm)； K壁厚级别系数，取9、10、11、12。 国标规定K12级别球铁管内径的标准值，含水泥砂浆公称衬层厚度后，相当于公称通径DN值；换言之，其他级别管材内径标准值应大于公称通径DN值。 各种级别、各种规格的管材及管件揷口端外径的正偏差均为+1mm，负偏差与规格、型式有关。 管材、管件插口不圆度为：DN40200mm，在插口外径公差范围内；DN250600mm，不超过插口标准外径的1；DN6002600mm，不超过插口标准外径的2。否则应组装前重新校圆。 管材、管件标准壁厚允许偏差如表10。 表10 铸造类型管壁厚(mm)允许偏差(mm)离心6-1.36-(1.3+0.001DN)非离心和管件7-2.37-(2.3+0.001DN)注：仅给出负偏差以保证对内压力的足够抗力。 3.3.2球墨铸铁管在管网中应用的角色 （1）球墨铸铁管是供水管网的主要管材 （1.1）城市供水管网的功能需要球墨铸铁管 A.城市供水管道是输送饮用水的，必须内衬材料符合卫生要求。球墨铸铁管内衬了水泥砂浆，管内输水符合卫生要求；若输送水的