大口径内外涂塑钢管在城镇供水管网中应用指南 0页

'大口径内外涂塑钢管在城镇供水管网中的选择与应用中国城镇供水排水协会设备材料工作委员会管道部（北京）主编二〇一三年八月 前言为了防止居民饮用的自来水中流黄水，多数国家都是从建筑物中给水管的防腐开始的，所以管材的管径都比较小，例如1982年日本水道协会制定的JWWA-K132《聚乙烯粉末涂敷衬里钢管》标准中规定的涂塑钢管的规格是DN15~100.1995年，香港政府也曾下文，禁止在所有新建屋宇内及在所有现有楼宇进行翻新水管系统之时采用无衬层的镀锌钢管，这当中所用防腐钢管的规格也在DN100和ND100以下。但是随着进年来供水系统的交层化和城市的扩大化，人们对中大口径防腐管道的需求也越来越多，所以日本水道钢管协会在2000年4月制定了《带法兰的聚乙烯粉末涂敷钢管》标准，把涂敷钢管的规格扩大到DN1200。1996年美国自来水厂联合会也对《钢质自来水管内外壁涂敷熔融环氧粉末的AWWWA标准》进行了修订，规定涂层钢管的最小口径是24英寸（约合600mm），而对最大口径没有限定。2008年，根据世界各国的发展状况和我国对涂塑钢管的需求情况，国内有关专家也对CJ/T120《给水涂塑复合钢管》标准中涂塑管的口径扩大到了1200mm。近年来，在新修订标准的指导下，大口径涂塑钢管在供水工程中的应用越来越广泛。从2006年大连自来水公司的长兴岛供水工程第一家应用大口径涂塑钢管开始，到现在已发展到全国大多数省市的供水企业开始使用，每年应用量超已超过了1000KM。钢塑管行业内的一些骨干企业不仅在大口径涂塑钢管的制造质量上不断严谨，而且在大口径涂塑钢管的安装工艺上也逐渐完善，本专题资料在总结他们经验的基础上，对城镇供水管网用大口径内外涂塑钢管的性能指标、制造与选择依据、安装与验收程序等都进行了规范。 本专题资料主要起草单位：中国建筑金属结构协会给水排水设备分会、中国城镇供水排水协会设备材料工作委员会管道部、天津昊航复合管有限公司、新疆石河子开发区天浩管业有限公司、潍坊东方钢管有限公司、青岛豪德博尔实业有限公司、山东巨力管业有限公司。本专题资料主要起草人：白迪祺，王显功，刘建兴，蔡文军，陈健，李庆刚，宋书燕，曹捩。 目录一、城镇供水管网中大口径管材选用的原则………………………1二、大口径内外涂塑钢管所具有的优点……………………………1三、大口径内外涂塑钢管的规格和要求……………………………2四、生产大口径内外涂塑钢管应具备的条件与质量控制要点…………3五、管道配件…………………………………………………………5六、大口径内外涂塑钢管的安装……………………………………5七、大口径涂塑钢管管道工程的检验与验收………………………14附件1：大口径内外涂塑钢管的水力学计算………………………16附件2：大口径内外涂塑钢管与球墨铸铁管的水头损失与运行费用比较。……………………………………………………………………17 大口径内外涂塑钢管在城镇供水管网中的选择与应用一、城镇供水管网中大口径管材选用的原则：在城镇供水管道工程中，管材费用占工程总费用的三分之二以上，管道材料即是决定管网系统安全可靠性的主要因素，又是影响管道系统经济合理性的主要因素，通常大口径管材选用的原则是：1、可靠性：城镇供水管道口径大，一旦发生爆管或漏水事故，不仅水资源浪费大，而且给城镇居民造成的影响大，城镇供水管道投入使用后一般要连续使用30年以上，所以管材选择第一位考虑的是可靠，不仅要考虑管材本身的质量及承压能力，而且更要考虑在使用环境下连接部位的可靠性。2、安全性：进入21世纪，国家对自来水水质的标准已靠近国际标准，居民对供水水质的要求也越来越高，正因为如此，在城镇供水管网中已淘汰了灰铁管和镀锌管，今后要大力推广带有内涂层的管道，以防止自来水在管网中发生二次污染。3、节能性：供水管网投入使用后，其运行费用主要是耗电能的费用，由于管网中管道线路长，如何降低管道的水流阻力系数，这是降低管网运行耗能的重要因素，所以在选择管材时，在其他条件（如口径，压力等）都相同的情况下，我们要优先选用管道粗糙系数小的管材。4、经济性：对于管道的造价要综合考虑，不仅要考虑管材本身一次性投入的费用，还要考虑其后的运行费用。二、大口径内外涂塑钢管所具有的优点：1、具有钢管及钢制管件所具备的特点，能承受管网所要求的内压（可以到10.0MPa以上）和外部载荷。19 2、具有良好的耐腐蚀性能，防腐年限可达50年以上，由于钢管内表面涂有环氧涂层，不会对输水的水质造成二次污染。3、具有良好的水力条件：经中国水利水电科学院检测，在水温20℃、管道平均流速V为0.800m/s~3.979m/s的条件下，内外涂塑钢管曼宁相糙系数n的变化范围为0.0081~0.0091，中间值为0.0086。这在各种供水管道中是粗糙系数最小的一种管材。因而管材的水力条件好，在管网运行中，大大降低了水头损失，节省了运行费用（见附件1、附件2）。4、根据涂塑钢管的连接方式，可以在较恶劣的地形及地质环境下使用，当使用环境出现爬坡、穿越或沉降不均时仍可保证管路系统的安全。三、大口径内外涂塑钢管的规格和要求：1、规格和涂层厚度：大口径内外涂塑钢管的规格和涂层厚度如表一表一涂塑钢管的涂层厚度单位：毫米公称通径DN内面塑料涂层外面塑料涂层环氧树脂聚乙烯环氧树脂2PE、3PE普通级加强级普通级加强级普通级加强级300>0.35>0.8>1.2>0.35>0.4>2.2>2.9350>0.35>0.8>1.3>0.35>0.4400450500550>0.4>1.0>1.5>0.4>0.45600650700750800>0.45>1.2>1.8>0.45>0.58509001100120019 2、大口径内外涂塑钢管的涂层性能如表二：表二涂层性能内涂层外涂层涂层材料环氧树脂环氧树脂聚乙烯2PE3PE附着力1~2级1~2级≥30N/cm≥70N/cm≥100N/cm电火花试验试验电压1.5KV试验电压1.5KV涂层厚度0.8~1.0mm时试验电压4KV；涂层厚度>1.0mm时,试验电压5KV试验电压25KV试验方法CJ/T120CJ/T120CJ/T120GB/T23257GB/T23257卫生性能符合GB/T17219，并具有省级及省以上涉及饮用水卫生安全产品卫生许可批件3.聚乙烯粉末性能如表三：表三聚乙烯粉末的性能项目指标检验方法密度，g/cm3＞0.91GB/T1033拉伸强度，MPa＞9.80GB/T1040断裂伸长率，%＞300GB/T1040维卡软化点，℃＞85GB/T1633不挥发物含量，%＞99.5GB/T2914卫生性能符合GB/T17219的要求4环氧树脂粉末性能如表四：表四环氧树脂粉末的性能项目指标检验方法密度，g/cm31.3～1.5GB/T1033粒度分布，%筛上150μm≤3；筛上250μm≤0.2GB/T6554不挥发物含量，%≥99.5GB/T6554水平流动性，mm22～28GB/T6554胶化时间，s≤120（200℃）GB/T6554冲击强度，kg·cm≥50GB/T1732弯曲试验（Φ2mm）通过GB/T674219 卫生性能符合GB/T17219的要求四、生产大口径内外涂塑钢管应具备的条件及质量控制要点：1、生产大口径内外涂塑钢管企业应具备的条件：1）先进的钢管抛丸设备，满足实现对钢管前处理的要求；2）内外一次涂装完成的喷（浸）涂设备，生产现场环保达到要求；3）有正规完善的试验室，满足产品投产前原料、工艺试验和产成品性能检测的试验；4）有专业的安装技术指导人员，满足实现管道安装时质量保证的需要；5）管道产品通过了给水排水设备分会的“CBW”行业标识认证，企业建立并健全了质量保证体系。2、大口径内外涂塑钢管生产中的质量控制要点：1）粉末的控制：粉末的供货必须是正规粉末生产厂家生产的产品，并提供粉末相关的批件、检测报告及涂敷时的工艺参数要求。工厂在产品正式生产前粉末应进行产前试验，可以用小样验证其工艺参数，并检查涂层的附着力等情况。粉末的使用必须控制在有效期内，超过有效期的粉末不得便用。2）钢管表面预处理的控制：用抛丸的方法对钢管内外表面进行除锈。钢管表面的预处理质量达到GB/T8923中规定的SA2½级的要求，锚纹深度达到50~90μm。19 表面预处理过的钢管应在4h内进行涂敷，超过4h或钢管表面返锈时，应重新进行预处理。3）工艺控制：聚乙烯粉末涂敷钢管预热温度达到220℃以上环氧粉末涂敷钢管温度控制在（180℃±20℃）环氧涂层固化时间在180℃温度下不少于10分钟4）检验控制：附着力检测：聚乙烯涂层附着力不应小于30N/10mm；环氧树脂涂层附着力为1～3级（可用工艺试板检测）。涂层厚度检测：用涂层测厚仪对每一支钢管进行涂层厚度检测；电火花试验：用电火花检测仪按规定的电压对每一支钢管的涂层进行检测；针孔试验所用电压值涂层种类聚乙烯环氧树脂涂层厚度(mm)0.4～0.60.6～0.80.8～1.0＞1.00.3～0.4＞0.4检查电压(v)2000300040005000150020005）可追朔性控制：对大口径涂塑钢管制造所用的钢管材料、涂层材料等在制造过程中要保证做到可追朔性，记录完整，标记清楚。五、管道配件：管道配件主要指管道系统所用的弯头、三通等诸种管件，通常情况下管件按用户提供的设计图样和要求进行加工和预制（图1为部分管道配件图）。19 图1弯头图1三通管件的内外涂层必须和管道的内外19 涂层一致，在涂塑前应清理管件焊缝的飞溅和焊瘤，并去除油脂，按对管道的预处理要求进行喷丸。涂塑后，要对涂层进行厚度、电火花试验等检测。六、大口径内外涂塑钢管的安装：1、管道沟的要求大口径涂塑钢管管沟底部的最小宽度通常要大，以满足管道连接、夯实等的要求，管沟最小宽度不得小于管外径两侧加400mm。管沟侧墙若是自然稳定或人工支护稳定，其宽度不必过大，能保证方便安装、夯实管腋、管沟胸腔作业即可。在不稳定土层中开挖无支护管沟时，其宽度取决于管道口径大小、管道和管沟胸腔填土的刚度，开挖工作面土质以及回填土厚度等因素，同时还要考虑施工安全。管沟底部应平坦、不含尖锐物，如果没有任何尖锐石，且土壤是均匀和细颗粒的，管道可以直接在清整的管沟底部敷设，如果沟底埋有不易清除的块石等坚硬物体，或地基为岩石、半岩石或砾石时，应铲除至设计标高以下0.1~0.2m，然后铺上砂土整平夯实。2、管道的连接大口径内外涂塑钢管的连接方式有以下三种：承插式连接、法兰连接和焊接连接。2.1、承插式连接承插式连接适宜于工作压力≤1.6Mpa、管网所处的地势平坦、地质条件较好的情况。承插式连接的最大优点是安装方便，不仅提高了安装进度，而且降低了安装费用。19 另外承插连接中对涂塑钢管承口端和插口端的塑料涂层都没有损伤，所以安装后不需补口，（图2为承插式链接的结构，图3为承口端与插口端的实物）。图2承插式连接结构示意图19 图3，承插式连接的承口和插口采用承插式连接的涂塑钢管在涂塑前先将钢管加工出承口端和插口端，然后再进行涂塑。管道在连接施工时，应将管子先下到沟底，再进行安装。将插口顺水流方向，承口逆水流方向由下游向上游依次安装，先在承口端装好橡胶垫圈，涂上润滑剂，然后用起重设备吊动另一根管道，使其插口进入承口端内（安装时照片见图4），安装到位后进行单口打压，并对管口采取定位加固措施（如图5）图五19 图5承插式连接安装图2.2、法兰连接：法兰连接可以用于工作压力＞4.0Mpa的工况，尤其适宜于架空穿越、地形起伏、压力变化大、地质变化大的情况。图6为法兰连接的管道图6法兰链接的涂塑管道施工法兰连接可以保持涂塑钢管涂层的完整性，从钢管连接的安全性、可靠性讲，这种连接方式最为优越，不利的方面是制造成本和安装成本较高。法兰连接的涂塑钢管应在工厂先焊好法兰后再进行涂塑，法兰的压力等级应与管道的工作压力相匹配，法兰与钢管组对的相关位置、尺寸及钢管端面和法兰之间焊缝的园弧度要符合CJ/T120标准的要求。19 与管网中的管件、阀门等附件连接的非标准长度的涂塑钢管管段，可以通过现场测量、绘制管道单线加工图、在工厂进行管段的加工、焊接法兰并涂塑成成品后，再运抵现场安装。如不能预先制作确定尺寸的涂塑钢管段，需在现场安装中确定出管段的长度，利用现有的涂塑管锯断后再进行焊法兰，焊好后进行除锈达到St3级，用双组份液体环氧进行涂敷，涂层达到实干后方可进行安装。用于法兰连接的螺栓、螺母安装后需进行防腐处理。2.3、焊接连接焊接连接的管道工作压力可达到10.0Mpa，可用于埋地、架空、穿越、地势起伏、地质变化大的情况。焊接连接的关键在于焊后补口，补口有两种方式：一种方式为管端内衬不锈钢层（如图7）图7管端内衬不锈钢焊接后补口的涂层结构一种方式为管端内涂环氧层（如图8）图8管端内涂环氧层焊接后补口的涂层结构19 1）管端内衬不锈钢层：采取这种补口方式的管道在涂塑前先在钢管两端内壁衬上一段长≥120mm，厚度≥1.2mm的不锈钢层。将钢管端面打成坡口。内涂塑时，管端留100mm不涂以方便焊后清理，焊接时采用V型接口，执行CECS205《给水内衬不锈钢复合钢管管道工程技术规程》，先用不锈钢焊条进行焊接打底，然后采用填充焊和罩面焊接。焊接后对管道内表面的焊缝不需再进行处理，焊缝采用交联聚乙烯热收缩带补口，补口的操作执行《大口径供水环氧树脂涂层钢管现场补口技术导则》。2）管端内涂环氧层：采取这种补口方式的管道口径应≥DN600，涂塑时管子两端内外各留100mm不涂，以方便焊后焊缝两侧的清理（实物图片如图9）。管道焊口采用V型接口，焊接顺序如图10所示，按照根部焊接、填充焊接、罩面焊接的顺序进行（图11为管道焊接施工的现场）。图919 图10钢管焊接时焊口的焊接顺序图11管道焊接现场焊接后需对管道内外表面的焊缝清理并补口，管道内表面采取涂液态双组份环氧树脂补口，管道外表面采用交联聚乙烯热收缩带补口，补口的操作执行《大口径供水用环氧树脂涂层钢管现场补口技术导则》。图12、图13为管道内表面补口前后的照片，图14为管道外表面补口后的照片。19 图12管道内表面补口前的照片图13管道内表面补口后的照片19 图14管道外表面补口后的照片七、大口径涂塑钢管管道工程的检验与验收1、管道试压管道系统的管线较长、系统较复杂时，可分段或分系统进行水压试验，试压管段的长度应视情况而定，对于无节点连接的管道，长度不宜大于1Km，对有接点的管道可根据实际情况分段试压，其长度不宜大于500m。试验压力应取管道系统工作压力的1.5倍，但不得小于0.6MPa。水压试验前，对试压管段应采取安全有效的固定和保护措施，各配水口应临时封堵，试压接头应明露。2、管道清冼消毒管道试压合格后，应将管道系统内的存水放空，并进行管道清洗，输送生活饮用水的管道还应进行消毒，消毒后的管道通水水质应符合现行国家标准《生活饮用水卫生标准》GB5749的要求。19 3、工程验收大口径涂塑钢管管道工程的验收按现行国家标准《给水排水管道工程施工及验收规范》GB50268的规定执行，一般要实施中间验收和竣工验收。中间验收，竣工验收前施工单位应进行自检。竣工验收资料：1）、施工图、竣工图及设计变更文件；2）、管材、管件和主要管道附件等的出厂合格证、现场验收记录，3）、管道焊接连接时补口的检验记录。4）、隐蔽工程验收记录和中间验收记录。5）、水压试验和通水能力检验记录。6）、工程质量检验评定记录和工程质量事故处理记录。附件1大口径涂塑钢管的水力学计标用ND300的涂塑钢管作为实验管，测得曼宇粗糙率系数n的变化范围为0.0081~0.0091，中间值为0.0086，而球墨铸铁管的粗糙系数为n1=0.013,我们取涂塑钢管的粗糙系数n2=0.09通过水力学中的达西公式（1）与曼宁公式（2）的关系，可求得以下的比较公式：式中：Q——流量；A——管道的过水断面积对于圆管：；C——谢才阻力系数；19 i——水力坡度；n——管道的粗糙系数；r——水力半径，对于圆管R=D/4；将（1-2）式代入式（1-1）式得：；式中：D——管径：1.当管道输水流量，水头损失一致时，则：（1-5）2.当内径、水头损失一致时，则：（1-6）3.当内径、输水流量一致时，则：（1-7）从式（1-5）-（1-7）可知，当所选择管材不同时，水力条件存在着较大差异。因此，输水管材的选择过程中，要充分考虑该因素。19 附件2：大口径涂塑钢管与球墨铸铁管的水头损失与运行费用比较选择DN800、1000、1200、1400四种规格的涂塑钢管和球墨铸铁管，根据理论及标和世纪运行的经验数据，其水头损失和年运行费用如下表：管道道水头损失和运行费用比较表（单位：kpa/m，万元/公里）管径DN800DN1000DN1200DN1400设计流量m³/s0.630.731.132.03球墨铸铁管单位长度水头损失2.250.9690.8661.201年运行费用11.095.647.0719.63涂塑钢管单位长度水头损失1.080.460.4160.576年运行费用5.922.713.769.4219 19'