论文部分内容阅读
【摘要】介绍了常用市政工程大口径长距离输水管道，对聚乙烯（PE）管和球墨铸铁管在性、技术、经济等方面进行综合分析对比。
【关键词】市政工程；输水管道 聚乙烯（PE）管；球墨铸铁管；综合比较
随着材料技术的不断发展，市政工程大口径、长距离输水工程中可供选择的输水管材种类也日益丰富，其中常见的包括：聚乙烯（PE）管、钢管、铸铁管、预应力混凝土（PCP）管、预应力钢筒混凝土（PCCP）管、玻璃钢（FRP）管等。管材的选型需要根据工程的规模、重要性、工程地质、地形、外荷载状况、工程的工期要求、资金的控制，以及对管材口径及工作压力的设计要求等多方面进行综合分析比较后确定。
结合上述对输水管材的要求，对比不同材料的大口径管道，下面通过具体分析说明和数据计算，从管材的性能、技术、经济等方面对综合性能相对突出，在市政大口径长距离输水工程中最为常用的聚乙烯（PE）管和球墨铸铁管两种管材进行综合对比。
计算依据：
1. 聚乙烯（PE）管和球墨铸铁管的性能比较
1.1重量比较：
聚乙烯（PE）管密度小，质量轻，不需要大吨位吊装设备，如PE100，PN0.6MPa的dn1200×45.9mm管材，每米仅170公斤。而DN1200的球墨铸铁管的米重远远大于聚乙烯（PE）管材， 聚乙烯（PE）管施工费用与钢管相比可降低30～50%（两种管材的密度和米重比较见表1）。
1.2卫生性能比较：
聚乙烯（PE）管材不结垢，使用过程中不滋生藻类和其它微生物，在输水过程中不会对水质产生二次污染。球墨铸铁管采用水泥沙浆做内防腐层，易渗入水中造成水质污染，内防腐质量也决定了它的卫生性能的优劣。
1.3连接密封性能比较：
聚乙烯（PE）管道主要采用热熔对接方式连接，本质上保证接口材质、结构与管体本身的同一性，实现了接头与管材的一体化。试验证实，其接口的抗拉强度及爆破强度均高于管材本体，可有效地抵抗内压力产生的环向应力及轴向的拉伸应力。因此接口强度高，密封性好。球墨铸铁管采用承插连接方式，安装简便，但相对于焊接连接来讲，密封性相对较差。
1.4耐腐蚀性能比较：
（1）腐蚀是生物、物理和化学过程相互作用的结果，严重的管道腐蚀不仅使管网水的浊度、色度、细菌种类和数量、有毒重金属含量等水质指标恶化，而且引起管壁变薄穿孔，增加水头损失和输水能耗等。聚乙烯（PE）管材具有良好的耐腐蚀性能。而球墨铸铁管在酸碱盐地区，管材内、外均需做防腐处理。
（2）聚乙烯（PE）管道的耐腐蚀性能好，可耐多种化学介质的腐蚀，不受潮湿水分和土壤酸碱盐的影响。其本身还是电的绝缘材料及热的不良导体，不会发生电化学腐蚀，且内外壁光滑，在使用过程中不腐蚀、不结垢、不滋生藻类和其它微生物，不会对输送介质造成二次污染，对提高水质有着重要的意義。
1.5使用寿命比较：
聚乙烯（PE）管材理论寿命可达100年，在取较保守的安全系数后设计寿命为50年；球墨铸铁管的理论寿命50年，实际使用寿命为20～30年。
1.6运输费用比较：
聚乙烯（PE）管材重量最轻，运输较为方便。球墨铸铁管重量大，运输不便，费用高。若采用工程现场生产聚乙烯（PE）管材，则可免去运输费用。
1.7安装费用比较：
聚乙烯（PE）管材采用焊接连接，聚乙烯（PE）管材焊接较为方便，对于dn1200mm的聚乙烯（PE）管材每个接口的焊接时间约为1.5小时，而且聚乙烯（PE）管材如果现场加工可生产每根50～500m，能够大大减少接口数量，提高安装效率；球墨铸铁管材采用承插连接，安装需大型的焊接工具，比PE焊接费时费力。
1.8维修维护费用比较：
聚乙烯（PE）管材一般采用焊机焊接，和其它管材连接时多采用法兰连接。在使用过程中，如果法兰连接处螺栓连接牢固，管道不发生人为破坏，一般不需要维修，即使发生偶然人为损坏后维修也简单易行。而球墨铸铁管不仅维修费需要复杂工具和昂贵费用，而且常年维护费用也很高。
1.9输水能力比较：
聚乙烯（PE）管材的糙率n值为0.009，同等管径、同等压力下，输水能力大大高于球墨铸铁管材；同等管径、同等压力、同等输水流量下，可大大减少电费等日常运行费用。
1.10柔韧性比较：
聚乙烯（PE）管道断裂伸长率大于350％，良好的柔韧性使管道可以轻易的沿着管沟地势安放，容易避开敷设过程中的障碍物以适应沼泽地带和土质松软地区的管基沉降；球墨铸铁管材由于采用承插连接，当地基发生不均于沉降时接口处易拔出，造成安全隐患。
1.11抗冲击比较：
聚乙烯（PE）管道具有较低的弹性模量，Ep为900×106 N/m2，不仅有较高的抗外冲击性，使在安装及运输过程中不易断裂或损坏；而且还有极高的抗内冲击性能，抗水锤能力较强；以假设的工程为例，聚乙烯（PE）管产生的最大水锤为24.4米水柱，球墨铸铁管的最大水锤为106.37米水柱。
1.12适用范围比较：
聚乙烯（PE）管使用温度范围广，在-40℃-40℃均可使用，另外，聚乙烯（PE）管材分为不同的压力等级，如0.6MPa、0.8MPa、1.0MPa、1.25MPa、1.6MPa等，在实际工程中，可根据管线压力分布采用不同规格压力的管材，例如工程中初始段压力较大，可采用高压力的管材，随着压力的不断减小，可选择相应较低压力等级的管材，做到分段设计、管尽其材，从而达到节约管材成本的目的。而其他管材可选择范围小。
1.13运行安全性比较：
管道的运行安全可靠性是大口径长距离输水工程中最为重要的考虑要素，这是一个综合指标，要求管道的连接密封性要好，使用寿命较长，保证在长期使用中具备良好的输水能力，不易发生漏损，使用和维护简单易行，运行和维护费用较低。综合以上各点要求，很显然聚乙烯（PE）管道优势较为明显。
2. 聚乙烯（PE）管和球墨铸铁管的技术比较
聚乙烯（PE）管材内壁光滑，水阻系数小，在实际工程中，选用合适口径的塑料管材，可大幅降低常年运行费用。又塑料管材具有较小的弹性模量，可有效降低水锤对管材的负面影响，提高运行的安全性能。现从技术方面对聚乙烯（PE）管材与球墨铸铁管做一比较：
【关键词】市政工程；输水管道 聚乙烯（PE）管；球墨铸铁管；综合比较
随着材料技术的不断发展，市政工程大口径、长距离输水工程中可供选择的输水管材种类也日益丰富，其中常见的包括：聚乙烯（PE）管、钢管、铸铁管、预应力混凝土（PCP）管、预应力钢筒混凝土（PCCP）管、玻璃钢（FRP）管等。管材的选型需要根据工程的规模、重要性、工程地质、地形、外荷载状况、工程的工期要求、资金的控制，以及对管材口径及工作压力的设计要求等多方面进行综合分析比较后确定。
结合上述对输水管材的要求，对比不同材料的大口径管道，下面通过具体分析说明和数据计算，从管材的性能、技术、经济等方面对综合性能相对突出，在市政大口径长距离输水工程中最为常用的聚乙烯（PE）管和球墨铸铁管两种管材进行综合对比。
计算依据：
1. 聚乙烯（PE）管和球墨铸铁管的性能比较
1.1重量比较：
聚乙烯（PE）管密度小，质量轻，不需要大吨位吊装设备，如PE100，PN0.6MPa的dn1200×45.9mm管材，每米仅170公斤。而DN1200的球墨铸铁管的米重远远大于聚乙烯（PE）管材， 聚乙烯（PE）管施工费用与钢管相比可降低30～50%（两种管材的密度和米重比较见表1）。
1.2卫生性能比较：
聚乙烯（PE）管材不结垢，使用过程中不滋生藻类和其它微生物，在输水过程中不会对水质产生二次污染。球墨铸铁管采用水泥沙浆做内防腐层，易渗入水中造成水质污染，内防腐质量也决定了它的卫生性能的优劣。
1.3连接密封性能比较：
聚乙烯（PE）管道主要采用热熔对接方式连接，本质上保证接口材质、结构与管体本身的同一性，实现了接头与管材的一体化。试验证实，其接口的抗拉强度及爆破强度均高于管材本体，可有效地抵抗内压力产生的环向应力及轴向的拉伸应力。因此接口强度高，密封性好。球墨铸铁管采用承插连接方式，安装简便，但相对于焊接连接来讲，密封性相对较差。
1.4耐腐蚀性能比较：
（1）腐蚀是生物、物理和化学过程相互作用的结果，严重的管道腐蚀不仅使管网水的浊度、色度、细菌种类和数量、有毒重金属含量等水质指标恶化，而且引起管壁变薄穿孔，增加水头损失和输水能耗等。聚乙烯（PE）管材具有良好的耐腐蚀性能。而球墨铸铁管在酸碱盐地区，管材内、外均需做防腐处理。
（2）聚乙烯（PE）管道的耐腐蚀性能好，可耐多种化学介质的腐蚀，不受潮湿水分和土壤酸碱盐的影响。其本身还是电的绝缘材料及热的不良导体，不会发生电化学腐蚀，且内外壁光滑，在使用过程中不腐蚀、不结垢、不滋生藻类和其它微生物，不会对输送介质造成二次污染，对提高水质有着重要的意義。
1.5使用寿命比较：
聚乙烯（PE）管材理论寿命可达100年，在取较保守的安全系数后设计寿命为50年；球墨铸铁管的理论寿命50年，实际使用寿命为20～30年。
1.6运输费用比较：
聚乙烯（PE）管材重量最轻，运输较为方便。球墨铸铁管重量大，运输不便，费用高。若采用工程现场生产聚乙烯（PE）管材，则可免去运输费用。
1.7安装费用比较：
聚乙烯（PE）管材采用焊接连接，聚乙烯（PE）管材焊接较为方便，对于dn1200mm的聚乙烯（PE）管材每个接口的焊接时间约为1.5小时，而且聚乙烯（PE）管材如果现场加工可生产每根50～500m，能够大大减少接口数量，提高安装效率；球墨铸铁管材采用承插连接，安装需大型的焊接工具，比PE焊接费时费力。
1.8维修维护费用比较：
聚乙烯（PE）管材一般采用焊机焊接，和其它管材连接时多采用法兰连接。在使用过程中，如果法兰连接处螺栓连接牢固，管道不发生人为破坏，一般不需要维修，即使发生偶然人为损坏后维修也简单易行。而球墨铸铁管不仅维修费需要复杂工具和昂贵费用，而且常年维护费用也很高。
1.9输水能力比较：
聚乙烯（PE）管材的糙率n值为0.009，同等管径、同等压力下，输水能力大大高于球墨铸铁管材；同等管径、同等压力、同等输水流量下，可大大减少电费等日常运行费用。
1.10柔韧性比较：
聚乙烯（PE）管道断裂伸长率大于350％，良好的柔韧性使管道可以轻易的沿着管沟地势安放，容易避开敷设过程中的障碍物以适应沼泽地带和土质松软地区的管基沉降；球墨铸铁管材由于采用承插连接，当地基发生不均于沉降时接口处易拔出，造成安全隐患。
1.11抗冲击比较：
聚乙烯（PE）管道具有较低的弹性模量，Ep为900×106 N/m2，不仅有较高的抗外冲击性，使在安装及运输过程中不易断裂或损坏；而且还有极高的抗内冲击性能，抗水锤能力较强；以假设的工程为例，聚乙烯（PE）管产生的最大水锤为24.4米水柱，球墨铸铁管的最大水锤为106.37米水柱。
1.12适用范围比较：
聚乙烯（PE）管使用温度范围广，在-40℃-40℃均可使用，另外，聚乙烯（PE）管材分为不同的压力等级，如0.6MPa、0.8MPa、1.0MPa、1.25MPa、1.6MPa等，在实际工程中，可根据管线压力分布采用不同规格压力的管材，例如工程中初始段压力较大，可采用高压力的管材，随着压力的不断减小，可选择相应较低压力等级的管材，做到分段设计、管尽其材，从而达到节约管材成本的目的。而其他管材可选择范围小。
1.13运行安全性比较：
管道的运行安全可靠性是大口径长距离输水工程中最为重要的考虑要素，这是一个综合指标，要求管道的连接密封性要好，使用寿命较长，保证在长期使用中具备良好的输水能力，不易发生漏损，使用和维护简单易行，运行和维护费用较低。综合以上各点要求，很显然聚乙烯（PE）管道优势较为明显。
2. 聚乙烯（PE）管和球墨铸铁管的技术比较
聚乙烯（PE）管材内壁光滑，水阻系数小，在实际工程中，选用合适口径的塑料管材，可大幅降低常年运行费用。又塑料管材具有较小的弹性模量，可有效降低水锤对管材的负面影响，提高运行的安全性能。现从技术方面对聚乙烯（PE）管材与球墨铸铁管做一比较：