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国内给水管材现状及发展

文字:[大][中][小] 手机页面二维码 2017/11/10    浏览次数:    

目前我国经济高速发展,各种产品比较丰富,人民生活水平不断提高。但是,人类最基本的日常生活用水问题还时不时困扰我们,尤其是影响室内外给水水质重要因 素之一的管材问题。一方面是给水管材品种非常繁多,需要通过试用验证产品的性能,确定统一的使用、选用和施工要求等;另一方面设计技术人员如何选择适合施 工单位有效施工,并切合建设单位经济与发展实际水平的给水管材,这都需要我们系统地熟悉掌握其特性与适用要求,作出科学合理地选择。截止现在,我们尚难于 找到一个完整的、系统归类的模式。本文试图在这些方面进行一些有益地探索。

一、给水管材的过去

经被视作提高建筑标准档次象征之一的镀锌钢管,现在已经被多数省份部分(冷镀锌钢管)淘汰;为节省钢材,五十年代推广使用的钢筋混凝土管(又分为钢筋混凝 土管、预应力钢筋混凝土管和自应力钢筋混凝土管),可承受较高的工作压力(0.40-1.20MPa)、耐腐蚀、价格低廉(和金属管材相比)、经久耐用, 不会减少水管的输水能力,但自重大,质地硬而脆,怕碰撞,接口易渗漏,管沟沟底平整坚实要求高,配件缺乏给日后维修增加难度,现在用量正逐渐减少;……; 塑料管具有较好的防腐与抗震能力,有一定的抗拉抗弯曲的弹性,表面光滑水力条件好,耐冻性能比金属管强,重量轻等优点。由于管材承压力不够高,质脆易老 化,而且价格昂贵,仅用于室内的*********管道上。
二、给水管材的现状

目前给水材料品种非常繁多,我们的重点就是对新型室内、室外给水管材给予介绍,并对过去使用目前又有一些新的性能提高的应用点给予介绍。下面从管材主要使用场所上分两大类归纳介绍:

(一)室外给水管材

室外给水管材可分为金属管和非金属管两大类。
1、金属管

现在推广应用较多的室外金属给水管材主要有钢管、给水球墨铸铁管。

1.1钢管

钢管有焊接钢管和无缝钢管之分;以防腐蚀性能来说可分为保护层型、无保护层型与质地型;按壁厚又有普通钢管和加厚钢管之分。

焊接钢管分为螺旋缝焊和直焊钢管,螺旋缝焊钢管分为自动埋弧焊接钢管和高频焊接钢管,直焊钢管又分为普通直焊钢管和不锈焊接钢管。无缝钢管按制造方法分为 热轧管和冷轧(拔)管,其精度分为普通和高级两种。冷轧(拔)管的最大公称直径为200mm,热轧管最大公称直径为600mm。无缝钢管还有不锈钢无缝钢 管,不锈钢无缝钢管分为热轧、热挤压不锈钢无缝钢管和冷轧(拔)不锈钢无缝钢管两种。

无保护层型有无保护层钢管,过去通常叫不镀锌钢管(黑铁管)。质地型钢管主要是指不锈钢无缝钢管和不锈钢焊接钢管,在室外大中管道给水上,由于造价、连接等原因未曾推广应用过。
保护层型(主要指的是管道内壁)现在有金属保护层型与非金属保护层型,金属保护层型常用的有表面镀层保护层型、表面压合保护层型。表面镀层保护层型中常见 的是镀锌管,镀锌管也有冷镀锌管和热镀锌管,热镀锌管因为保护层致密均匀、附着力强、稳定性比较好,目前仍大量应用。而冷镀锌管由于保护层不够致密均匀、 稳定性差,一般使用寿命不到5年就锈蚀,出现“红水”、“黑水”,铁腥味严重,各种有害细菌超过国家生活饮用水水质标准,各地已在生活给水管道禁止使用。 表面压合保护层型按生产工艺不同也分为物理覆盖型复合钢管和化学爆破法覆盖型复合钢管,其中物理覆盖型复合钢管目前已生产的有钢复不锈钢复合钢管、铜钢双 金属复合钢管,都是利用物理的方法将受热软化薄壁不锈钢管或冷薄壁铜管通过一定工艺压合在钢基管内壁上。这两种管材的规格分别为DNl5-DN300和 DNl5-DNl50。物理覆盖型复合钢管管道连接多采用专用配件连接。化学爆破法覆盖型复合钢管有双金属复合管。

非金属保护层型有非金属涂层型与非金属衬里型两大类,《建筑给水钢塑复合管管道工程技术规程》(CECSl25:2001)(简称《钢塑技术规程》)把这 两类钢管统称为钢塑复合管,并将钢塑复合管所依附的钢管基本材料不同又分为涂(衬)塑焊接钢管和涂(衬)塑无缝钢管。根据所涂(衬)的非金属材料不同,现 行行业标准《给水涂塑复合钢管》(CJ/T120-2000)把给水涂塑复合管分为聚乙烯(PE)钢塑复合管与环氧树脂(EP)钢塑复合管,有的厂家还生 产乙烯-丙烯酸共聚物(EAA)钢塑复合管,《给水衬塑复合钢管》(CJ/T136-2001)把给水衬塑复合管分为聚乙烯(PE)、硬聚氯乙烯 (PVC-U)、交联聚乙烯(PEX)、氯化聚氯乙烯(CPVC)和聚丙烯(PP)钢塑复合管。生产厂家从管道连接方式和配件的不同将钢塑复合管分为法兰 式、沟槽式和螺纹式三种,按涂(衬)层耐热性分为热水用钢塑复合管与普通性或冷水用钢塑复合管。另外,依据涂层的方式不同有外镀锌与内涂层相结合型(沟槽 式给水钢塑复合管、螺纹式给水钢塑复合管等)与内外全涂层型钢塑复合管(法兰式给水钢塑复合管)的区别。依据外涂层的金属材料不同衬塑复合钢管又分为外镀 锌型、外涂塑型和外镀锌铝合金型衬塑复合钢管(厂家又叫合金钢塑复合管)。此外,还有一大类是注塑钢管,目前知道的有聚丙烯(PP)和聚氯乙烯(PVC) 给水钢管,但在《钢塑技术规程》中未予确认。钢塑复合管是一种比较好的防腐管材,钢塑复合管目前较大的管径有DNl25-DN300,在室外大中管道给水 上使用受到一定的局限。
低压流体输送用焊接钢管与镀锌焊接钢管也有普通钢管和加厚钢管之区别。对焊接钢管来说,管壁加厚其承压能力随之适当提高,而相对无缝钢管类型管材来说,造价仍属低廉型钢管之列。无缝钢管主要体现在管壁厚度随多种档次和材质之分而承压不同。

我们知道,钢管的机械强度最好,可以承受高的内外压力,管身的可焊性方便制造各种管件、特别能适应地形复杂及要求较高的管线使用。易腐蚀是其最大缺点。但钢管内外防护处理得当,使用年限也很长。据介绍,上海杨树浦水厂一根1m直径的出厂管已使用60年,至今仍然很好。

目前国外已普遍使用承插式焊接接口的钢管,是传统钢管的第二代产品,它把传统钢管的对接焊缝接口改为搭接焊缝接口,提高了接口焊缝的质量,使环向焊缝减少 应力集中,避免管道发生爆漏。1999年广州市的刘屋洲120万m3/d的输水工程,在国内首次安装了DN2000-DN2400的该种承插式焊接接口钢 管近10km,其中有近3km是过河管段,至今使用情况良好。

2000年获得中国专利[1]的“扩胀成型的承插式柔性接口钢管”已在广州自来水公司首先应用,它的性能及优点比第二代钢管更好,填补了“低成本生产钢制 柔性接口管”的国内外空白。该管是采用先进的扩胀成型工艺,将钢管两端分别扩胀成具承插口的新管型,经扩胀后的钢管强度及刚性都得到提高,同时该工艺又达 到用最低的加工成本获得成型尺寸精度高的承插式柔性接口新管型。扩胀成型柔性承插式接口钢管是继“承插式刚性接口钢管”后发展的第三代新型高级钢管。具有 安装方便、施工时间缩短、安全,其推广可有效提高管线的质量水平。

在过河管、架空管等需要刚性连接的管道,可通过对承插口套入的搭接面进行角焊焊接,就可以得到高质量的刚性接口连接。

1.2给水铸铁管

给水铸铁管能承受较大工作压力(0.45~1.00MPa)、耐腐蚀、价格便宜,管内壁涂沥青后较光滑,因而被大量用于外部给水管上。但是它的缺点是质硬而脆、重量大、施工困难。公称直径从DN75~DNl500,工作压力有0.45、0.75、1.00MPa等几种。

铸铁管的接头通常有承插式、法兰式和柔性接口三种。给水铸铁管按制造材质不同分为给水灰口铸铁管和给水球墨铸铁管两种。由于同给水灰口铸铁管比较起来给水 球墨铸铁管具有强度高、韧性大、密闭性能佳、抗腐蚀能力强、安装施工方便等优点,给水球墨铸铁管已经成为给水灰口铸铁管的替代产品。

给水灰口铸铁管过去通常称为给水铸铁管,给水灰口铸铁管按铸造方式不同分为砂型离心铸铁直管和连续铸铁立管,砂型离心铸铁直管按壁厚分为P和G两级,连续 铸铁立管按壁厚分为LA、A和B三级。这些在已经出版使用的各种设计手册上均有较详细完善的技术资料。给水球墨铸铁管按接口方式不同分为K型机械式柔性接 口管和T型承插式柔性接口管。这种管材由于受配件品种数量少而影响推广应用的局面,现已基本缓解,有专门从事配件生产的大型厂家,供国内建设选用。据已有 的资料[3]可知,综合比较给水球墨铸铁管承压、耐腐等功能以及管材造价、开挖施工、维护等各种费用,实际建设选用管径在DN200-DN800其优势比 较突出。

2、非金属管材

非金属管材有混凝土管、钢筋混凝土管、石棉水泥管、玻璃钢管、塑料管和(钢骨架增强)塑料复合管几大类。其中混凝土管由于承压小、管壁较厚现在在压力给水方面应用较少,其技术资料在一般手册也有,这里就不做介绍。

2.1钢筋混凝土管

钢筋混凝土管有普通的钢筋混凝土管(RCP)、自应力钢筋混凝土管(SPCP、预应力钢筋混凝土管(PCP)和预应力钢筒钢筋混凝土管(PCCP)。它们 共同的特点是:节省钢材,价格低廉(和金属管材相比),防腐性能好,不会减少水管的输水能力,能够承受比较高的压力(从0.4-1.2MPa不等),具有 较好的抗渗性、耐久性,能就地取材,节省钢材。资金不足的情况下,应用价值大些。目前大多生产的钢筋混凝土管管径从100-1500mm规格。预应力钢筒 钢筋混凝土管我国80年代后期开始试制应用,最大管径可达9m,承压达4.0MPa。但钢筋混凝土管重量大而质地较脆,装卸和搬运困难。管配件缺乏,日后 维修难度大。这些都制约了该类管道的应用。

2.2石棉水泥管

石棉水泥管的优点是:重量轻,内壁光滑,通水能力较铸铁管大,抗腐蚀性能好,容易锯断,加工方便,价格低廉等。但是,它质脆,抗冲击能力与抗动荷性能差。目前应用较少。

2.3玻璃钢管

玻璃钢管按制造工艺不同分为:离心浇铸型玻璃钢管和纤维缠绕型玻璃钢管。给水上常用的是属于纤维缠绕型的玻璃钢夹砂给水管。玻璃钢夹砂给水管具有管轻、强度好、耐腐蚀、水头损失小等优点,并且运输、吊装、连接方便。

但管价较其他管材高,以及由于刚性较低,易损坏,管坑的开挖回填的要求高,专业性安装要求高,增加了安装费用。这制约了该类管的普及使用。玻璃钢夹砂给水 管规格有DN25-3000mm的30多种,一般小于或等于DN400的玻璃钢管道不夹砂。使用压力范围为0.1-1MPa,而大于0.6MPa的产量较 少。据已有的资料可知,综合比较给水玻璃钢管性能及各种费用,实际建设选用管径在DN500以上其优势更突出。

2.4塑料管

近些年,陆续出现了品种繁多的室外给水塑料管材。主要有:聚乙烯(PE)管、硬聚氯乙烯(PVC-U)管、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)管等。

2.4.1PE管

PE管根据生产管道的聚乙烯原材料不同[3],分为PE63级(第一代)、PE80级(第二代)、PE100级(第三代)及PE112级(第四代)聚乙烯 管材,目前给水中应用的主要是PE80级、PE100级,PE112级是今后我们应用原材料的发展方向,由于PE63级承压较低较少用于给水材料。也分为 高密度HDPE型管和中密度MDPE型管,高密度HDPE型管要比中密度MDPE型管刚性增强、拉伸强度提高、剥离强度提高、软化温度提高,但脆性增加、 柔韧性下降、抗应力开裂性下降。由于高密度HDPE型管应用较多,通常用高密度HDPE型管代表PE管。

其优异的性能特点:(1)卫生条件好。PE管无毒,不含重金属添加剂,不结垢,不滋生细菌。(2)柔韧性好,抗冲击强度高,耐强震、扭曲。(3)独特的电熔焊接和热熔对接技术使接口强度高于管材本体,保征了接口的安全可*。

据已有的资料[4]可知,HDPE给水管道国内产品分PE80及PEl00两级,又各分SDR11、13.6、17.6、26和33系列,工作压力有0.4、0.60、0.80、1.00、1.25、1.60MPa档次。公称外径dn有16-1000mm。

连接方式主要有电热熔、热熔对接焊和热熔承插连接。管道敷设既可采用通常使用的直埋方式施工,也可采取插入管敷设(主要用于旧管道改造中的插入新管,省去大开挖)。

2.4.2PVC-U管

PVC-U管是由硬聚氯乙烯塑料通过一定工艺制成的管道。目前积累了较多的使用经验,技术也比较成熟。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,质量和经济效果达到最佳。

国内产品PVC-U给水管材主要规格有公称通径DNl5-DN700十多种。管材最高许可压力为O.6MPa、0.9MPa和1.6MPa三种规格。管道主要连接方法有承插式连接、粘结剂粘结。

2.4.3ABS管

ABS工程塑料是丙烯腈、丁二烯、苯乙烯三种化学材料的聚合物。

其主要优点(1)耐腐蚀性极强。(2)耐撞击性极好。ABS管道能在强大外力撞击下,材质不破裂。(3)韧性强。

主要规格有公称通径DNl5-DN400十多种。管材最高许可压力为0.6MPa、0.9MPa和1.6MPa三种规格。应用于高标准水质的管道输送,质量和经济效果达到最佳。ABS管连接方式主要为冷胶溶接法。

2.5(钢骨架增强)塑料复合管

钢骨架增强塑料复合管[5]是以钢骨架为增强体,以热塑性塑料为连续基材,在自动控制生产线上将两者均匀复合在一起的一种新型双面防腐压力管道。基体原料 为高密度聚乙烯、聚丙烯、交联聚乙烯,还可加入必要的添加剂、抗氧剂、紫外线稳定剂和着色剂等。增强体原料为优质低碳钢钢板网和低碳素结构钢丝网。按骨架 形式可分为:钢板网骨架增强塑料复合管、钢丝网骨架增强塑料复合管。按基体原料

分为:钢骨架增强高密度聚乙烯管、钢骨架增强聚丙烯管、钢骨架增强交联聚乙烯。

该管的特点有:(1)较强的承压能力,钢板网骨架增强塑料复合管其管径de50-200,其承受压力1.00-2.50MPa;钢丝网骨架增强塑料复合管 其管径de80-300,其承受压力1.00-3.50MPa。(2)既有柔韧性,又有较高的强度和刚性。管道连接有电熔连接和法兰连接两种。管道连接工 艺要求高,并且管材、管件等造价也比较高,这些也制约其大量推广应用。

PVC-U管、ABS管在专业设计手册中有详细资料。PE类管的室内管道工程技术规程今年上旬已通过审查。在价格上,PVC-U管比HDPE管有优势。但是它刚性差,硬度高不易煨弯加工。

从1996年进行的全国城市市政公共设施普查结果可以看出:在城市供水管网中,DN500以下管道占87.18%(按长度计算);……。其二,塑料管管径 在一定范围,与金属管相比具有经济优势,随着管径增大,经济性下降;其三,大口径塑料管管件,由于生产投资大,生产企业很少,容易造成管件与管材不配套, 给工程施工带来不便。因此,发展城市供水塑料管应以DN500以下为主,……。

国家化学建材产业“十五”计划和2010年发展规划纲要[6]明确提出:到2005年,塑料管道在全国各类管道中市场占有率达到50%以上。其中,城市供 水管道(DN400以下)50%采用塑料管,村镇供水管道60%采用塑料管,……。到2010年,城市供水管道(DN400以下)70%采用塑料管,村镇 供水管道70%采用塑料管,……。

同时,我国在制定国家“十五”化学建材及塑料管发展计划时明确提出:“十五”期间塑料管的推广应用主要以PVC-U管和PE管为主。PE管在我国应用起步 较晚,发展空间较大。并推崇“十五”期间市政塑料管的发展应以PE管为重点。这样室外给水塑料管的应用发展就显而易见了。
(二)室内给水管材

同室外给水管材一样,室内给水管材也主要分为金属管和非金属管两大类。

1、金属管

现在应用较多的室内金属给水管材主要有钢管、给水铝合金衬塑管、给水铜管。

1.1钢管

钢管有焊接钢管和无缝钢管之分;以防腐蚀性能来说可分为保护层型、无保护层型与质地型;按壁厚又有普通钢管和加厚钢管之分。保护层型分为金属保护层型与非 金属保护层型。非金属保护层型有钢塑复合钢管,金属保护层型有表面镀层保护层型表面压合保护层型。表面镀层保护层型有冷、热镀锌钢管,表面压合保护层型。

普通焊接钢管、普通无缝钢管、不锈钢管和镀锌钢管常用规格在各种设计手册中都有详细的资料,其应用技术已经比较成熟,因此我们就不再多介绍。这里分别按不锈钢管、钢复不锈钢管、金属表面压合保护层型钢管、铜管等几大类介绍。1.1.1不锈钢管

不锈钢管按制造方式有不锈焊接钢管和不锈无缝钢管两种。按管壁厚度不同又有不锈钢管与薄壁不锈钢管。90年代末才在国内出现的薄壁不锈钢管的推广应用正逐步为大家所认同和接受。

1.1.1.1薄壁不锈钢管

由特殊焊接工艺处理的薄壁不锈钢管,因其强度高,管壁较薄,造价降低,从而有效地推动了不锈钢管的应用和发展。薄壁不锈钢管的优越性能还有:

(1)经久耐用,卫生可*,防腐蚀性好,环保性好。

(2)抗冲击强。具有较好连接形式(如插接压封式连接技术)的管路强度是镀锌管和普通钢管的2-3倍。

(3)韧性好。比一般金属易弯曲、易扭转,不易裂缝,不易折断。

(4)采用成熟、可*的专用连接技术,大大提高了工程进度和效率。

不锈钢管连接方式[7]:常见的管件类型有压缩式、压紧式、推进式、焊接式及焊接与传统连接相结合的派生系列的连接方式。

薄壁不锈钢管由于管价相对较高,用于沿建筑外墙安装的直饮水管或高标准建筑室内给水管路。

1.1.1.2超薄壁不锈钢塑料复合管

超薄壁不锈钢塑料复合管是一种外层超薄壁不锈钢管,内层塑料管和中间粘接剂复合而成的新型管材。

其性能特点:

(1)外层不锈钢管管壁更薄,内衬塑料管壁厚也减少,主材价格进一步降低。

(2)表面不锈钢把塑料管与外界隔绝,克服塑料易氧化老化之缺点,又提高了塑料管阻燃性能与承压强度。

(3)中间粘接剂约束了内衬塑料管膨胀,管材线膨胀系数很小。

既可使用不锈钢粘结管件,又可采用的不锈钢、铜等卡套式管件,连接方式多样,安装方便。可以沿用已经有的塑料管技术标准规范设计、施工。 该管道的目前常用规格有外径16-110mm十多种。

1.1.2钢塑复合钢管

钢塑复合钢管主要是给水涂塑复合钢管与给水衬塑复合钢管两大类。

1.1.2.1给水涂塑复合钢管

给水涂塑复合钢管的优异性能有:

(1)安全卫生,价格低廉。

(2)良好的防腐性能,且耐酸、耐碱、耐高温,强度高,使用寿命长。优越的耐冲击机械性能。

(3)介质流动阻力低于钢管40%。

常用规格有公称通径DN15-DN150十多种。涂塑复合钢管的连接方式有管螺纹、法兰和沟槽式三种。

1.1.2.2给水衬塑复合钢管

给水钢衬塑复合管主要性能与给水钢涂塑复合管比较类似,对衬塑复合钢管来说,导热系数低,节省了保温与防结露的材料厚度。另外同外管径条件下,过水断面小,水流损失与流速均增大。常用规格有公称通径DN15-DN150十多种。

1.1.3金属表面压合保护层型钢管

表面压合保护层型按生产工艺不同也分为物理覆盖型复合钢管和化学爆破法覆盖型复合钢管。

1.1.3.1物理覆盖型复合钢管

物理覆盖型复合钢管目前已生产的有钢复不锈钢复合钢管、铜钢双金属复合钢管,都是利用物理的方法将受热软化薄壁不锈钢管或冷薄壁铜管通过一定工艺压合在钢基管内壁上。

其共同的性能特点:

一方面发扬了镀锌钢管耐高承压力(2.5MPa)、耐高撞击力、适用温度范围较广(-40-150℃)、强度较高等优点,另一方面与镀锌钢管相比具有输水保护壁面厚、结合较牢*,因而抗腐蚀能力强、水力条件好等突出特点。

这两种管材的规格分别为DN15-DN300和DN15-DN150。管道连接多采用专用配件连接。

1.1.3.2化学爆破法覆盖型复合钢管

化学爆破法覆盖型复合钢管有双金属复合管。它由航天科技集团四院四十一所采用专利技术-“金属管道燃爆加衬技术”生产的新型内衬防腐管道。据介绍[8], 该产品仍以碳钢管为基材,充分发挥碳钢管优良的机械力学性能和廉价特征;以耐腐蚀合金材料为防腐覆盖层,充分发挥耐腐蚀合金优异的耐腐蚀性能,从而使双金 属复合管具有优异的耐腐蚀性能和优良的机械力学性能。

该管与物理覆盖型复合钢管相比突出的性能特点:

(1)制造和生产过程中无废气产生,管材卫生无毒。

(2)两种金属材料的壁面结合更加牢*。

(3)依输送介质的要求标准不同,可根据相应的标准选用不同的内衬合金管,有普通不锈钢、双相不锈钢、钛合金、铝合金、锆合金、铜合金及其它耐蚀合金。品种多。

现有管道直径范围为DN25—DNl200。由于这种管道连接方式及管件的特殊处理方式(较多采用翻边环焊技术以防止出现电位差腐蚀等)、专用性,管道系统的成本比一般的金属管道系统要高,但作为不锈钢管道的替代品性能及价格均有优势。

1.2给水铝合金衬塑管

给水铝合金衬塑管外层为无缝铝合金,内衬聚丙烯(PP),二者通过特殊工艺复合。

其特性:(1)管外层是刚性好、强度高、耐腐蚀的铝合金无缝管。机械性能好,耐压能力高。(2)热水管道热稳定性好,线性膨胀低。(3)外层有铝合金保 护,抗老化能力强,防火性能好,减少了消防系统投资的费用。(4)两种主材及加工工艺无有害物质遗漏于过水面,有较好的环保持性。

该管材规格有公称通径DN10-DN150mm十多种。公称工作压力为1.OMPa。

管道连接有卡套式快装管接头、专利法兰盘等。但由于管件为外接头,不利于暗装,又对碱性有一定的腐蚀性,有时也限制了它的使用。

1.3铜管

铜管按材质不同分为:紫铜管、青铜管和黄铜管三大类。紫铜管依其是否覆塑又分为紫铜光管、紫铜覆塑冷水管及紫铜覆塑热水管。建筑给水中采用紫铜管。国标 GB/T18033-2000按壁厚不同分为:A,B,C三种型号的铜管,其中A型管为厚壁型,适用于较高压力用途;B型管适用于一般用途;C型管为薄壁 铜管。由制作工艺不同又有拉制成型的薄壁硬态铜管与半硬态铜管。

铜管的主要优点[9]:

(1)经久耐用。铜的化学性能稳定,耐腐蚀,耐热,可在不同的环境中长期使用,使用寿命约为镀锌钢管的3-4倍。

(2)机械性能好,耐压强度高,同时韧性好,延展性也高,具有优良的抗振、抗冲击性能。

(3)使用卫生性能好。它对某些细菌的生长有抑制作用,同时铜还是人体所需的微量元素之一。

薄壁紫铜管的常用规格有公称直径DN15-250(mm)十五种。建筑给水的铜管,公称压力推荐

1.0MPa和1.6MPa。正在制定的《建筑给水铜管管道工程技术规程》推荐采用TP2牌号的铜管。

目前*********铜管的连接方式有3种基本类型:螺纹连接、钎焊承插连接和卡箍式机械挤压连接,也可延伸为法兰式、沟槽式、承插式、插接式、压接式。

通过不同地区的实际测算比较认为[10][11]:铜管安全卫生性能好、总造价适中、使用年限长、可用于冷热水供应系统及饮用净水系统,随着我国经济的发展和人民生活水平的提高,随着铜管实用技术的进步,会较快地进入逐渐普及的小康家庭。
2、非金属管材

非金属管材有玻璃钢管、塑料管和塑料复合管三大类。在较多资料中[12][13]将铝塑复合管划归建筑给水塑料管之列,在本文中为了便于细化分类介绍,将塑料复合管单列出来。
由于玻璃钢管在室内应用中管料和管件造价高等原因,除特殊需要,一般较少采用,这里不再介绍。

2.1塑料管

塑料管主要有:交联聚乙烯(PEX管,有的也叫PE-X管)管、改性聚丙烯(PP-R,PP-C)管、氯化聚氯乙烯(PVC-C)管、硬聚氯乙烯 (PVC-U)管、聚乙烯(PE管,也分为高密度HDPE型管和中密度MDPE型管,通常代表高密度HDPE型管)管、聚丁烯(PB)管、丙烯腈-丁二烯 -苯二烯(ABS)管、PPPE管(PP-R或PP-C与HDPE合成材料)、纳米聚丙烯管(NPP-R)等。其中PVC-U管、HDPE管和ABS管在 室外给水管中介绍较详细,在此就不再单列介绍了。

2.1.1PE-X管

PE-X管采用世界上先进的一步法技术制造,采用普通聚乙烯原料加入硅烷接枝料,在聚合物大分子链间形成化学共价键以取代原有的范德华力,从而形成三维交联网状结构的交联聚乙烯,其交联度可达到60%-90%。

其特性:(1)优良的耐温性能,使用的温度为-70-100℃。(2)优良的隔热性能和耐压力。PE-X管导热系数低,热量损失小,节约能源。(3)较长 的使用寿命。可安全使用50年以上。(4)抗振动,耐冲击。(5)无污染环境的绿色环保管材,不含任何毒素,也不释放有害物质,焚烧后只产生水和二氧化 碳。

管外径规格为16-63mm。管道连接有卡箍式、卡套式、专用配件式。生产企业常规产品压力等级为1.25MPa(SDR11)。

2.1.2改性聚丙烯(PP-R,PP-C)管

改性聚丙烯管有PP-R管、PP-C管两种大的类型。

2.1.2.1PP-R管

PP-R管[14]也叫Ⅲ型聚丙烯即无规共聚聚丙烯,其经历了三个产品更新换代发展的阶段:

第一代(PP-H),采用均聚聚丙烯加入一定量的增韧助剂共混造粒而成;第二代(PP-B)采用PP与PE嵌段共聚工艺聚合而成;第三代(PP-R),采 用先进的气相共聚工艺将PE在PP的分子链中随机、均匀地进行聚合而制成的无规共聚聚丙烯(PE约占3%)基料,从而获得更加优良的性能。

其突出特点:

(1)无毒、卫生。(2)耐热、保温性能好。PP-R管的最高耐热可达131.3℃,最高使用温度为95℃,长期(50年)使用温度为70℃,完全可以满 足常用的工业和民用生活热水和空调供回水系统。同时,PP-R管的导热系数只有钢管的1/200,具有良好的保温和节能性能,还可节省保温管材的厚度。 (3)安装方便且是永久性的连接。(4)原料可回收,不会造成环境的污染。

从PP-R管的特点可知,PP-R管不仅可用于建筑物内的冷热水系统,而且可用于建筑物内的采暖系统、直饮用水供水系统、中央空调供回水系统、输送化学介质等。在进行设计时宜根据各产品的企业标准或技术规程选定合适的规格。

PP-R管道的连接方式主要有两种:热熔连接、电熔连接。也有专用丝扣连接或法兰连接。

PP-R管常用有公称外径dn20-160mm的十余种规格。按安全系数C值不同有C=1.25和C=1.5两大类。C=1.25有五种管系S5、S4、 S3.2、S2.5、S2分别与五种公称压力对应:PNl.25、1.6、2.O、2.5、3.2MPa;C=1.5有五种管系S5、S4、S3.2、 S2.5、S2分别与五种公称压力对应:PN1.0、1.25、1.6、2.0、2.5MPa。

2.1.2.2PP-C管

资料介绍,PP-C管是一种共聚聚丙烯管材。PP-C管一般采用单螺杆挤出机挤成管材,连接方式为热熔连接。

其主要性能:

(1)耐温性能好、长期高温和低温反复交替管材不变形,质量不降低。

(2)不含有害成分,化学性能稳定,无毒无味,输送饮用水安全性评价合乎卫生要求。

(3)抗拉强度和屈服应力大,延伸性能好,承受压力大,防渗漏,工作压力完全可以满足多层建筑供水的需要。

PP-C管管材的型号规格可达到DN100。PP-C管道采用热熔连接。

2.1.3PVC-C管

PVC-C管又叫CPVC管是一种氯化聚氯乙烯

(PVC-C)塑料管。其主要性能特点:

(1)防腐性能很强。PVC-C管道无论是在酸、碱、盐、氯化、氧化的环境中,暴露在空气中、埋于腐蚀性土壤里。甚至在95℃高温下,内外均不会被腐蚀。

(2)良好的阻燃性。PVC-C的着火温度482℃,所以PVC-C管道不自燃且不助燃,还具有限制烟雾的特性,不会产生有毒气体。

(3)保温性能佳,热膨胀小。PVC-C热传导率低,所以PVC-C管道夏天不易结露,冬天可节省大部分保温材料及施工费用,也不易扭曲变形。

(4)抗震性好。PVC-C管道具有较好的弹性模量,抗震并能大大降低水锤效应。(

(5)具有优异的耐老化性和抗紫外线性能。

常用规格有:公称通径DN15~DN300。

连接方式有承插粘接、塑料焊接,还有专用配件法兰连接、螺纹连接。

PVC-C管优点比较多,且在热水管道上应用较好,但因为材料价格比较昂贵,在给水方面推广应用受到较大局限。

2.1.4PB管

PB管是由聚丁烯树脂通过一定的制管工艺生产而成的管材及管件。聚丁烯树脂是由于丁烯-1单体合成的高分子量全同聚合物,是一种柔软的热塑性聚烯烃。

其主要特性有:

(1)良好的耐温性能。其长期使用温度(系指管道在此温度范围内使用寿命达30-50年)为≤90℃。

(2)耐压性能极佳和极强抗蠕变能力。同样条件下其管壁最薄。其工作压力:冷水时为1.6-2.5MPa;热水时为1.0MPa。

(3)极好的韧性和耐冲击力。

(4)极好的抗腐蚀能力。

(5)较好的隔热性能。材料的导热率较小。

(6)无毒、重塑性强。

常用的规格有公称通径:DNl5-DN63几种。

PB管主要采用热熔式或电熔式承插式接头连接,也采用胶圈密封连接。PB材料属于易燃材料,安装加工或使用的场所必要时需采取防火措施。由于这种管材的原 材料主要依赖于进口,价格昂贵,在国内应用的大多依赖进口成品管材及管件,包括施工连接的专用工具等,同时施工技术要求较高等原因,故在国内应用很有限。

2.1.5PPPE管

PPPE管是以PP-R或PP-C与HDPE为主要材料,加以一定量的化学助剂等合成材料,经挤压成型的塑料管材。据报道[16],该种管材适用温度范围 宽(-25-95℃),耐压高(公称压力为20MPa),不仅能象PE管、PB管、改性聚丙烯(PP-R,PP-C)管那样进行热熔连接(有专用的 PPPE管配套热熔管件),而且还能象热镀锌钢管那样在现场用普通套丝工具套丝,采用带内螺纹的管件进行螺纹连接。

在同等承压条件下,PPPE管的管材和管件的壁厚比PP-R管(Ⅲ型聚丙烯,即无规共聚聚丙烯)的壁厚要小,且口径越大小的越多,因此PPPE管的价格比PP-R管低。据测算PPPE管整体工程造价约比PP-R管的少80%左右。

目前可使用的规格为DN15-DN50(不含DN32)五种,其规格与热镀锌钢管相同(详见各管材厂家产品的技术资料)。厂家正在开发DN50以上规格的管材和管件。

2.1.6NPP-R管

NPP-R管材是以无机层状硅酸盐插层复合技术制备的含有纳米抗菌剂的纳米聚丙烯(NPP—R)抗菌塑料粒料制成的。NPP-R管材专用料研发成功,是我国纳米技术的重大突破,属国内首创,达到国际先进水平。

正光纳米聚丙烯(NPP-R)管道集普通PP-R管道所有优点,质量轻、耐热性能好、耐腐蚀性好、导热性低、管道阻力小、管件连接牢固。其独具特性为:

(1)优异的力学性能。在安装和使用过程中不会因偶然的撞击、敲打或轧压而造成破坏。

(2)线性膨胀系数小。较进口PP-R料制成的管道小25-30%,不易因使用温度的变化而造成嵌件部分的松动渗漏。

(3)纵向收缩率低。较进口PP-R料制成的管道低30-40%,因温度变化引起的变形小,适合采用嵌墙和地坪面层内的直接暗敷设方式。

(4)100%的杀菌功能。特别适用于饮用水管网输水工程。(5)极好的绿色环保产品。

NPP-R管常用有公称外径DNl6-63mm的几种规格。按公称压力区分为:1.25、1.6、2.0MPa三种。主要连接方式为热熔式插接,部分使用在工厂内生产成型的丝扣进行连接。

严格按照厂家所提出的技术规程、技术规定执行。不允许在管材、管件上直接套丝。避免阳光直射。

2.2塑料复合管

塑料复合管按使用的骨架材料不同分为铝塑复合管(PEX-AL-PEX或PAP)、铜塑复合管和(钢骨架增强)塑料复合管。其中(钢骨架增强)塑料复合管在室外给水管中介绍较详细,在此就不再单列介绍了。

PAP管PAP[7]管是中间层采用焊接铝管,外层和内层采用中密度或高密度聚乙烯或交联高密度聚乙烯,经热熔胶粘合而复合成的一种管道。PAP管按中间骨料层铝层的焊接方式区分为超声波焊接的搭接焊型和氩弧焊焊接的对接焊型。

PAP管特性有:

(1)良好的耐腐蚀性能,管壁内外均不存在锈蚀的问题,且不含有害成分,化学性能稳定。

(2)优良的机械性能,防渗漏,耐压强度较高,工作压力完全可以满足多层建筑供水的需要。

(3)抗振动、耐冲击,能有效缓冲管路中的水锤作用,减少管内水流噪音。

4)不用套丝,弯曲操作简单,管线连接施工方便。

PAP管的规格公称外径De有12-75mm十种。管道连接方式宜采用卡套式连接。管道宜采用管材生产企业配套的管件及专用工具进行施工安装。

其水力计算及膨胀延伸量等的计算参见《建筑给水铝塑复合管管道工程技术规程》(CECS105:2000)。

铜塑复合管的性能基本上与铝塑复合管大多类似,铜的韧性比铝要好些,因此造价要高,这也是铜塑复合管比铝塑复合管推广应用要少的缘故。这里不做介绍。

为了便于我们对国内目前使用的给水管材有一个更宏观的了解,将收集整理的资料汇总为一份附表附在文章后边。

三、给水管材的发展展望

1.大力发展纳米技术在给水管道材料领域的开发创新和应用。纳米技术为我们提供了从分子、原于的微观程度去“人为干扰”(严格的说,是在尊重客观规律的前 提下)即促成物质的组合向有利于人类的方向发展的工具。正光纳米聚丙烯(NPP-R)管道,就是我们国家纳米技术产业发展战略在我国塑料给水管材领域发展 推广的一个显现。让我们积极发展与推广纳米技术在金属、非金属和金属与非金属交*的给水管材科研和制造领域应用,使我们尽快在世界给水管材技术及运用技术 领域占据一席之地,逐步改变我国多年来在这一领域落后与受制于外国建材开发和应用技术限制的窘迫局面。

2.立足实用,着眼发展,让改进与跨越均为我们服务。事物的发展也是有其客观规律的,因此,我们必须将借助于新技术的飞跃与立足现实的有序改进统一起来,创造可持续发展的新的给水管材与技术体系,为我国的持续发展打牢根基,为经济的腾飞奠定坚实的基础。

具体说就是:

(1)利用原有管材在管道接口上做文章,提高管材的利用效益和工作效率。我们在室外给水中说到的“扩胀成型承插式柔性接口钢管”技术就是例子。

(2)多种材料的有机融合,扬长避短,积优淘劣,形成低成本、高性能的新材料。我们说到的ABS管等,就是佐证。当然,在塑料这个行业来说,绿色环保的特 性会更加突出,既无毒性,不伤害人类,又可回收再利用或在一定条件下的降解。同时,应用高新技术使其增加新的功能,象杀菌消毒,减少或根除二次污染等功 效。在金属行业中,材料的合成或添加是出了一门的新专业技术科学,也产生了如今满足我们多种要求的新材料,象不锈钢、铝合金等等,保证了人类成功地跨出地 球,登上月球,在太空建立稳定的太空站等。可以说,新材料为人类作出了和正在履行着人类赋予它的多种巨大功能,也必将为人类跨出必然王国,从容地迈进自由 王国作出不朽的贡献。这种工作,我们过去做过,有突破,现在还在做,将来我们会做的更好。

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