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承插式钢管与球墨铸铁管的技术对比

一、 钢管国内外市场实际应用的情况

1. 中国

我国住建部下属的中国城镇供水排水协会编制的《城市供水统计年鉴》提供了历年来我国大多数城市供水管材的使用情况，节选如下：

我国城市供水管材情况表现出了以下特点：

n 球管迅速发展，使用比例由1993年0.001%提高到2015年29.4%,经过24年的发展管材使用比例最高；与之相反，灰口铸铁管迅速萎缩，使用比例由1993年64%下降到2015年14%，使用比例由最高下落到排名第四。基本表现为球管代替灰口铸铁管的过程。

n 钢管在我国供水管材中的比例一直不高，国内客户习惯于过桥、过河以及穿越公路使用钢管，随着球管自锚式接口的发展，客户将缓慢转变使用球管。

n ≤DN300口径段，PE管增长较快，其主要原因是该口径段价格有一定的优势,值得我公司重视。近些年，因原材料参入二次回收料，即“白加黑”，导致PE管信誉受损。

2. 欧洲

2004年欧洲供水管材使用比例情况如下：

圣戈班从上世纪60年开始推广使用球管，2004年欧洲（主要指西欧发达国家）球管使用比例为28%，推广的效果不如中国市场；塑料管（PE管+PVC管）使用比例最高，为62%，集中在DN300及以下口径段；钢管使用比例很低，只有5%；另外，欧洲市场几乎没有灰口铸铁管，说明球管替代灰口铸铁管的工作做得很好。

3. 美国

美国也是从上世纪60年底推广使用球管，2004年球管使用比例为45%，推广力度最好；塑料管（PE管+PVC管）使用比例最高，主要是小口径段；钢管使用比例更低，只有3%；另外，美国市场也几乎没有灰口铸铁管。

参阅2005年住建部出版的《城市供水行业二Ο一О年技术进步发展规划和二Ο二О年远景目标》，美国供水管材使用比例如下：

国内给出的美国供水管材使用情况与圣戈班的资料有所差异，但可以相互印证，即球管的使用比例最高，塑料管其次，钢管的比例很少。

4. 日本

通过一些资料来看：目前，日本＞DN100，基本使用球管；≤DN100，基本使用不锈钢薄壁管；其他管材极少。

二、 管道承压能力

钢管与球管均属于柔性管材，承压能力的计算方法基本一样。两种管材的机械性能的比较：

从上表可以看出，球管的机械性能要比焊接钢管（Q235）略高；另外，球管的壁厚一般情况下比钢管要大许多（球管的DN400，K9级的壁厚为8.1mm，钢管的壁厚为3~6mm）,所以，球管承压能力比焊接钢管高出许多，安全性比焊接钢管高出许多。

三、 接口性能

1. 钢管的滚入式柔性接口

由于焊接接口在埋地管线敷设中的缺点，钢管厂家也在推动刚性接口向柔性接口的发展，如滚入式柔性接口，采用O型胶圈，一般适用于≤DN300：

与球管的T型接口相比，滚入式柔性接口无法达到相应的密封效果：

n O型胶圈要比T型胶圈的宽度都要窄，高度都要短，密封效果打折；

n O型胶圈没有软硬胶之分，安放的空间较大，胶圈易扭动、翻转，胶圈的压缩比T型胶圈要小许多；T型胶圈分软硬胶，硬胶为卡槽式设计，软胶起密封作用。

n 钢管的滚入式接口的承口采用设备碾压加工成型，壁厚减薄，承口承压能力下降；球管的T型接口采用铁水浇注模具成型，各种尺寸精确控制，而且为保证承口的更大的承压能力，壁厚有意增加。

n 钢管的滚入式接口一般只用于≤DN300的口径范围。如果应用于更大口径，密封的风险会大幅增加。

一些钢管厂家为了更好的密封效果，对O型胶圈进行了改进，见下图。增加了胶圈的厚度，胶圈中部采用楔形设计，增加胶圈贴附承口的效果。

上海原水股份有限公司原总工沈之基在《西南给排水》杂志（Vol No.12012）发表文章《中国输水钢管柔性接口技术必须尽快给以规范——DN2400输水钢管线大事故的教训》，对扩胀成型的滚入式柔性接口提出了批评。

扩胀成型柔性接口

在上海供水系统中长江三期DN2400输水管线上使用扩胀成型柔性接口，结果令人遗憾，该管线带病临时运行近二年，问题工程段的150来个接口中，已有60 来个用钢板补焊或用特制配件给以修补，成为供水业中少有的大事故。事故结果分析，扩胀成型柔性接口与球管T型接口相比，胶圈压缩比、管道偏转的指标无法达到。

2. 钢管的柔性接口——仿T型接口

2015年，天津市XX公司通过工艺研发，将球管的T型接口移植到了钢管上，并将该接口编入到城镇建设行业标准CJ/T120-2016《给水涂塑复合钢管》。

钢管的仿T型接口

无论如何，所谓的钢管仿T型接口与球管的T型接口还是不一样的：

n 钢管的T型接口的承口采用设备碾压加工成型，壁厚减薄，承口承压能力下降；球管的T型接口是加厚的，承口的承压能力比管道本身还要高；

n 钢管的T型接口只是复制了球管的T型接口部分尺寸，如DE、T1和D2等，其他的并没有复制，密封效果不能等同；

n 钢管的T型接口上一些结构上的变化，偏转角不如球管大；

n 钢管的T型接口没有做型式试验，按照球管的产品标准GB/T 13295，型式试验是科学的验证试验，如果没有，其接口型式是无效的。

目前，国内一些钢管厂家正在推广仿T型接口，也出现了一些漏水事故，这说明钢管的仿T型接口只是模仿球管的T型接口，而不是等同。之所以如此，是由于生产工艺的不同得到的结果，球管的承口是通过铁水浇注模具获得的，钢管的仿T型接口是机械压制成型的，一些关键尺寸无法在工艺实现江南体育。

3. 球管的T型接口

球管的T型接口江南体育官网

球管的T型接口是不断科研与长期的工程实践中改进的典型的接口型式，任何的接口型式的开发也应当遵循这一科学过程。现今钢管的接口正处于研发过程，并没有得到长期的工程检验，这是工程人员应当值得注意的问题。即使是接口研发也应当是各类试验进行验证，而不是简单的模仿，然后就工程应用。江南体育

这里以球管的型式试验来说明这个问题。型式试验是一个设计验证试验，一般只做一次，除非设计改变时，需要做重新验证。例如T型接口的型式试验，在设计结构完成后，需要模拟工程最极端的条件来进行试验，并由权威的第三方机构进行现场认证。其极端条件包括：

采用接口内部和外部水压和来考验接口的密封性。其中内部水压采用比管道正常允许工作压力高出许多的试验压力。

n 偏转角。采用最大允许偏转角。

n 垂直合力。模仿管道实际运行时承受的外界荷载以及作用力所产生的变形。

n 持续时间。要求持续的高压下至少2小时。

在GB/T13295中，有对接口密封性的型式试验详细的规定，一般来说，只有生产厂家的生产工艺和质量控制达到了GB/T13295的所有规定，并且产品通过了型式试验，才能说生产厂家的产品符合GB/T13295。根据标准要求，在DN1000~2000口径段，选择DN1600作为代表进行型式试验。

1） 内部水压下的接口密封

型式试验内部水压采用的是最高级的试验压力（PEA），例如DN1600，允许工作压力（PFA）为2.7MPa，PEA=PFA×1.2 +0.5 =3.7MPa。最大偏转角1º，垂直合力为48000N。

压力时间在±0.5 kg/cm2浮动内至少保持2小时，并在此期间每15分钟进行一次全面的密封检查。

2） 外部水压下的接口密封

外部部水压≥2 kg/cm2。

其他条件与内部水压下接口密封相同。

3） 负内部水压下的接口密封

试验压力为0.9 kg/cm2，小于大气压约0.1 kg/cm2。

其他条件与内部水压下接口密封相同。

型式试验是国内外验证接口密封的科学做法，钢管的承插式接口也应该进行型式试验，并在第三方权威机构鉴证下出具试验报告，如果没有此类报告，从工程使用角度来看，接口的风险极大。新兴铸管已经通过权威机构法国BV公司认证的型式试验。

四、 管材防腐

球管本身耐腐蚀性能是碳钢钢管的2~3倍，国内外大量的腐蚀试验验证这一说法。

1. 管材的电阻

管材的电阻可以反映其耐腐蚀能力，电阻值越大，越不易产生电化学腐蚀。

2. ASTM（美国材料实验协会）试验数据

3. 管材耐腐蚀试验

久保田铁工株式会社编制的《球墨铸铁管手册》提供的资料，反映出球管耐腐蚀性能远远高于钢管：

n 各种管子的自来水水流腐蚀试验结果（用喷枪将自来水雾化，喷洒10小时，停止14小时，反复进行干湿试验）

注：来自久保田试验

n 浸入蒸馏水中试验结果

注：来自M.Paris & Bruniere “腐蚀”1957年五月

n 海水浸入试验结果（海水采用机械搅拌）

注：来自Michel Paris & http://B.de la Bruniere“腐蚀”1957年五月

n 海水、人工海水、蒸馏水浸入试验结果

注：来自Michel Paris & http://B.de la Bruniere“腐蚀”1957年五月

n 海水浸入试验结果（每次在海水中浸入20分钟后拉出反复作干湿试验）

注：来自Michel Paris & http://B.de la Bruniere“腐蚀”1957年五月

n 人工海水试验结果（吹入压缩空气，浸入380天）

注：来自Michel Paris & http://B.de la Bruniere“腐蚀”1957年五月

4. 管材使用中的事故对比

n 瑞典哥德堡公开发表了1977年~1981年之间供水管网事故：

上图表显示，球管事故率最低，约0.1次/10km，原因为管线塌落；钢管的事故率为2.20.1次/10km，主要原因是腐蚀、接口和管线塌落等。

5. 国内球管使用情况

九十年代，我国30个城市使用的各种管材发生事故的情况：

n 80年代未北京密云九水厂采用了日本久保田的DN2600球管，使用20年挖出完好，内衬打磨过的，使用20年不生长微生物，

n 新兴DN2000mm在西安西影路于2000年安装使用，2015年4月，该管段挖出，内外防腐层完好，胶圈完好。

6. 钢管涂塑

由于钢管的耐腐蚀能力比球管弱，现今钢管流行的做法是喷塑。一种是管道内外喷涂环氧，另一种更高级的做法是3PE,即管道内部采用环氧，管道外部采用环氧+粘接剂+PE。外部使用环氧在吊运、堆放及安装过程易碰撞造成损坏，不易修补，3PE耐碰撞的能力要好些。但在实际工程中也出现了损伤的问题，见下图。

目前，钢管喷塑没有国家标准，只有行业标准，如石油天然气的标准SY/T 0315《钢质管道单层熔结环氧粉末外涂层技术规范》 ，该标准对涂层的质量控制有严格的检测指标，如环氧涂料的质量、厚度、附着力、抗冲击、抗弯曲、化学腐蚀和耐磨性等均有定义，但国内大多数钢管厂家一般不遵从标准进行生产，或者没有这些指标的检测，这样涂层的质量很难得到保证，

涂层的厚度直接影响到成本，如普通级环氧涂层的厚度为300um，加强级环氧涂层的厚度为400um，如果不能达到相应的厚度，管道长期寿命是很难得到保证的。

7. 球管防腐

在一般腐蚀土壤环境条件下，球管外防腐宜选择常用标准外防腐涂层，即金属锌/富锌涂层与终饰层组成的双层涂层，涂层质量控制应符合《球墨铸铁管外表面锌涂层 第1部分——带终饰层的金属锌涂层》GB/T 17456.1和《球墨铸铁管外表面锌涂层 第2部分——带终饰层的富锌涂料涂层》GB/T 17456.2。在较强或强腐蚀土壤环境条件下，选择聚乙烯膜，聚乙烯膜质量控制应符合《现场安装聚乙烯套球墨铸铁管线》GB/T 36172；也可以选择聚氨酯涂层，其质量应符合《球墨铸铁管和管件——聚氨酯涂层》GB/T 24596；或者选择环氧涂层，其质量控制应符合《球墨铸铁管、管件及附件——环氧涂层（重防腐）》GB/T 34202。球管有着多种防腐型式， 且这样防腐均有国家标准，以供厂家生产质量控制和客户质量检测。

五、 总结

从全世界的供水管材市场来看，球管是主流产品，而且继续呈上升趋势；钢管的使用已走向没落，在发达国家中使用情况几乎微不足道。这也是市场长期检验的结果，不会以人的意志为转移。

国内在小口径的钢管上推出的承插式接口，也只是局部工程的使用，出现了一些密封问题，接口密封在工程的验证和改进也有个过程，远没有达到成熟工程应用的阶段。球管的各类接口都经过的产品研发、试验和长期工程应用，相当成熟，客户认可度高。

钢管涂塑质量值得重视。涂层的厚度是多少？直接关系到管材价格及长期使用寿命；采用哪个标准，采用哪家涂料？生产工艺如何控制？各项指标如何检测？指标检测记录是否完整？这些都是客户必须掌握的情况。这些问题也可以反问到球管厂家，新兴铸管不但供货国内，而且30%的产品供货到国外，我们可以拿出相应的标准、完整的生产记录、质量检测记录进行一一比照，保证我们的产品质量，并提供给客户优良的售前和售后服务。