硬质聚氯乙烯管材在给水管网中的应用

刘裕新 陈天祥 李建勇 刘汉昌 董明才
（济南市自来水工程公司）

　　城市给水工程的一个重要环节就管网的建设，而城市供水管网的固定资产要与整个给水企业固定资产的70——80%左右。因此，供水管网的合理布置、管材的选用、安装技术的改进和提高都是十分重要的。具有很大的经济和社会效益。
　　多年来我国给水行业一直沿用传统的铸铁管及钢管做为供水管道。近年来，逐渐采用了球墨铸铁管及（预应力）自应力钢筋混凝土管。济南地区基本也和全国一样，铸铁管大约占整个城市管网的90%，70年代以后部分地使用了钢筋混凝土管及球墨铁管。硬制裁聚氯乙烯（UPVC）管是近几年来在国内刚刚引进和发展起来的化学建材，随着它的推广和应用逐渐被人们所认识和接受，在供水行业，经过几年的探索总结，其应用范围和数量已越来越广泛。1989年4月中国水协在青岛召开的专业会议上，充分肯定了UPVC管在给水工程中的应用价值，并于1993年列其为今后我国供水工程优选管材。
　　我公司1985年承担了西萨摩亚王国的供水建设工程的设计，经考察后决定选用沈阳久利塑料有限公司的管径为DN225mm的管材约26km。随着我们不断的应用，认识到了这种管材的优越性，于1989年即正式在济南市推广应用，并正式行文规定：在城市用户管道工程中，凡施工在DN100mm长度100m以上工程，均需采用UPVC管，对UPVC管在济南地区的应用推广起了决定性的作用。
　　UPVC管材重量轻、搬运装管方便、劳动强度低、施工进度快，节省了工时、车辆、机械，从而降低了工程成本，自1989年我们首次用了江阴化工塑料厂生产的UPVC管材及管件用于城市给水管道工程后，随着应用的范围的不断扩展，先后选用了沈阳久利塑料管材有限公司、常州增强塑料厂、保定塑料有限公司等厂家的产品，选用口径由DN15mm到DN560mm达200余km，使用介质范围除自来水的输配水管及用户进户管外，还承接了莱州市输盐卤管道DN560mm30km，常州金坛DN300mm和DN225mm18km输盐管道。
　　UPVC管材重量轻、搬运装管方便、劳动强度低、施工进度快，节省了工时、车辆、机械，从而降低了工程成本，自1989年我们首次用了江阴化工塑料厂生产的UPVC管材及管件用于城市给水管道工程后，随着应用的范围不断扩展，先后选用了沈阳久利塑料管材有限公司、常州增强塑料厂、保定塑料有限公司等厂家的产品，选用口径由DN15mm到DN560mm达200余km，使用介质范围除自来水的输配水管及用户进户管外，还承接了莱州市输盐卤管道DN560mm30km，常州金坛DN300mm和DN225mm18km输盐卤管道。
　　在推广应用的范围上，也已从城市供水管网的输水干管道到配水管、到进户管；从高新技术开发区到居民住宅小区；从最小管径DN15mm到最大管径DN560mm输送介质已从供水管道发展到输盐卤管道，从地理范围上已从济南市普及到山东省内，并逐渐向国内其他省市推广。现就实际感受，变一下对UPVC管的评价。

一、几种管材比较

　　表1为对我国目前普遍采用的几种管材的特性比较，可以看出UPVC管的优越性比较明显。

二、UPVC管的优越性

　　1、普通铸造铁管理设地下，一般情况下大约运行10年左右，就因管内壁结垢而大大影响输水能力。目前解决结垢的措施有两种。一种是施工前管内壁做水泥沙浆衬里，此办法缺点是增加管道重，缩小 了管内径，降低了输水设计能力，因而增加了工程投资；二是对敷设的管线进行清洗，我国有些城市的自来水公司已自制或引进了清垢机械，其缺点是清垢时需城市管网局部停水，且费用高。而UPVC管具有不怕碱、酸腐蚀的特性，克服了铸铁管所无法解决的内结垢 及钢管外防腐等问题。现把同管径的UPVC管和铸造铁管的流量、流速做一比较，看其在输水能力和节约能源方面的优点。计算公式为：
　　管道头损失=沿程水头损失H
　　H=iL
　　式中：i----水力坡降；L----管线长度。
　　i=λ(l/d)·(v²/2g)
　　λ---水力摩阴系数，dj--管道内径。

　　由谢才系数 c=(8g/λ)^0.5 ,可得λ＝8g/C²

　　根据曼宁公式 c=(R^1/6)/n
　　式中：n----粗糙系数；R---水力半径，且R=ω/χ
　　　　　ω----过水断面面积； χ------湿周

　　根据以上两式可做以下比较。
　　（1）公称直径相同，长度相同的UPVC管和铸管，当水头损失相同时（水力坡度相同时）即：
i_UPVC·L=i_铸·L，管道的流量见表2

　　由此可见，UPVC管输水量从理论上讲至少比使用铸铁管增加20%
　　（2）当管径相同，长度相同，要求输送的流量也相同时，水力坡度的变化及用电量见表3
由上表可见，UPVC管和铸铁管在输送同一流量时，其水力坡降从理论上讲，降低30%以上，从而节约电能的效果也是显而易见。

　　通过上述两种对比，尽管从理论上，而且在仅考虑水力坡降的情况下得出的（和实际情况有一定的出入），但UPVC管的节电效果是不容置凝的。
　　2、在实际施工操作中，由于质轻，采用柔性接口等特点，其优越性也很突出。
　　（1）首先在土方开挖上，由于PUVC管采用了胶圈柔性接口，所使用的工具及操作人员在沟槽内活动范围小，沟槽的底宽只要管径加0.5m即可满足施工要求。减少了开槽土方量，而铸造铁管的接口采用传统的油麻、石棉、水泥接口，每个接口均需需挖工作坑，从而增加土方的开挖及施工序。
　　（2）UPVC管的比重在1.35至1.46之间。以铺装1条DN300mm管为例，全部人工操作，每根铸造铁管6m自重为531kg，需使用机械抬管，而UPVC管仅为73kg，两人即可操作。所造成的劳动强度和节省机械班，降低工程成本的差别是显而易见的。
　　（3）在操作上由于采用了柔性接口，免除了普通铸铁管安装时接口传统的4填8打的工作方法从下管到对口安装，UPVC管所投入的人力比之铸造铁管可节省30——160%左右（见表4）。

　　上表所映的DN400mm的管道全部人工下管对口，不借助机械，而DN400mm以上其反差更大，更有体现出这一优越性。
　　（4）UPVC管由于其纵向具有一定的韧性，在施工中可以利用其连接后管道的柔性下管的方法。如在1993的我们承接的莱州输盐卤管道施工中，由于段沟槽位置正在海滩边，沟槽开挖后海水浸漫特别严重，施工正值严冬，无法在沟内下管连接，施工人员采用了在沟槽上进行牵扯引对品，同时装完20余根DN560mmPVC管，再沿管线沟槽的自然弯曲状，慢慢入槽，在敷设完毕，经最后现场试压证明，完全符合质量要求。
　　（5）关于UPVC管承受内压的问题，在GB10002.1国际中有明确规定，设计允许公称内压为0.63和1.0MPa两种规格。一般厂家对管材出厂试验内压要超过设计还很多。如沈阳久和和江阴化工塑料厂分别对ND560mm和DN110mmPVC管进行5MPa破坏性压力试验，他们还可根据客户的不同要求，生产不同压力级别的UPVC管道2000余公里，根据供水试验压力要求，全部都能达到验磅标准，在进入正常供水运行中，截止目前尚未发现一例因管材质量和安装质量造成的爆管现象。所以我们的感受是：UPVC管比铸铁管及其它材质的管道工程质量更易保证。
　　在莱州施工输盐卤管道工程中，建设单位所要求的试压标准是1.2MPa，且两小时不准落磅，对我们来说尚属首次，在3kmDN560mm管道施工中，按施工程规程严格要求，完工后30km管线分17段磅验，一次成功，达到了标准标准，证明了施工质量和UPVC管的优越可靠性。

三、综合经济比较

　　UPVC管的经济造价，是同行业普遍关注的焦点，通过几年来的应用，可以从以下几个方面进行工程经济造价的比较。
　　1、管材价格比较
　　表5为济南地区铸造铁管市场价格和沈阳久利价格选择同口径等压力（0.6MPa）级别的管材比较。

　　2、工程综合价格比较
　　UPVC管与铸铁管工程费用相比有以下特点为。
　　（1）人工费低，由于当前安装UPVC管还没有统一定额，根据我们的实践经验，安装UPVC管耗用工时，约为铸铁管1/5至1/2。
　　（2）辅助材料消耗少，仅为铸铁管的1/10左右。
　　（3）机械费用相对降低。
　　综合造价对比见表6

　　从表6中可以看出UPVC管与铸铁管安装的综合造价，除主材费在DN500以上高于铸铁管外，其他几项费用均低于铸铁管费用，它的综合造价率见表7。

　　如前述，在相同管径的情况下，UPVC管较铸铁管输水能力提高20以上，如采用低一档规格的UPVC管来替代相同输水能力的铸铁管其工程综合造价还应有相应的降低。
　　UPVC管在城市给水工程中所独有的优越性是明显的，进一步推广、使用必须会促进给水事业的发展，但是在现有城市给水管网中，历史所形成的管网材质是以金属材料为主体，尤其是铸铁管占了相当比例，如何解决UPVC管与原有管道的连接过渡是摆在供水行业的现实问题。我们感到在实际应用中，投入了大量人力物力，不断改进、完善、逐步研制成了我们的自己的UPVC管的专用系列管件，效果较好，做到了技术上过关、结构简单、经济合理。由于使用方便，尤其在抢修管道中发挥了极大作用，提高了社会效益，如1992年我们在济南市经七路拓宽工程中，新敷设DN315UPVC管被市政公司挖掘机挖断，造成该地区大面积停水，在现场组织抢修时采用我们研制的UPVC管专用管件进行连接，前后只用半个小时即恢复送水。目前我们正在进一步研制改进，使其更规范化、标准化、系列化。
　　在应用这种新型化学建材的过程中，我们不断总结经验，密切与生产厂家建立信息网络，提高出建议，提供反馈意见，形成产销工程联合体，现已与沈阳、常州、江阴、保定等厂家建立了密切的合作，共同联手，为化学管材的推广应用而努力。