鋼塑復(fù)合管在三峽工程供水系統(tǒng)中的應(yīng)用

謝武法 陳小俠

摘 要：本文結(jié)合三峽工程供水管網(wǎng)對(duì)鋼塑復(fù)合管應(yīng)用實(shí)例，總結(jié)出了鋼塑復(fù)合管的施工方法，對(duì)鋼塑復(fù)合管在安裝和運(yùn)行過程中容易出現(xiàn)的問題的原因進(jìn)行了分析，提出了改進(jìn)鋼塑復(fù)合管的加工制造工藝的方法。

關(guān)鍵詞：鋼塑復(fù)合管；制造工藝；改進(jìn)

隨著長(zhǎng)江三峽水利樞紐工程蓄水、通航和發(fā)電三大目標(biāo)已全面實(shí)現(xiàn)，整個(gè)工程的建設(shè)逐漸接近尾聲，三峽工程即將進(jìn)入后期的景觀規(guī)劃、環(huán)境美化和各項(xiàng)配套設(shè)施的完善與實(shí)施階段，作為三峽工程配套設(shè)施之一的供水管網(wǎng)已經(jīng)基本更新改造完成，在管網(wǎng)改造建設(shè)中采用了大量的鋼塑復(fù)合管，管道口徑從DN200-DN700不等，總長(zhǎng)近20公里。

鋼塑復(fù)合管同時(shí)具有鋼管及HDPE管所有的優(yōu)點(diǎn)，與傳統(tǒng)內(nèi)水泥砂漿內(nèi)防腐鋼管相比，雖然造價(jià)略高，但防腐性能得到了顯著加強(qiáng)，有效減少現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)防腐作業(yè)的強(qiáng)度和施工時(shí)間，縮短施工工期，還可減小鋼管內(nèi)壁的糙率值，使管道的水力性能大幅提高。

三峽工程供水管網(wǎng)改造使用的鋼塑復(fù)合管的管道內(nèi)襯采用了PE100級(jí)高密度聚乙烯為原料生產(chǎn)的塑襯管材，該管材的優(yōu)點(diǎn)是塑料管壁厚可達(dá)10mm以上，具有極高的機(jī)械強(qiáng)度交聯(lián)度，由原來線性分子結(jié)構(gòu)改性成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，同時(shí)內(nèi)壁光滑、不積垢，輸送流體阻力小，可以增加流量；同時(shí)具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性，衛(wèi)生，無毒，適用于-30℃～95℃的工作環(huán)境，是新一代綠色環(huán)保管材。

1 鋼塑復(fù)合管的安裝

由于鋼塑復(fù)合管在施工現(xiàn)場(chǎng)不能切割、不能焊接的特殊性，三峽工程中在鋼塑復(fù)合管道安裝過程中全部采用了法蘭連接的連接方式。特殊地形的彎頭、三通等連接件尺寸的確定及安裝是鋼塑復(fù)合管安裝的難點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)可以采取兩種方式進(jìn)行解決：（1）一次安裝法：以訂單生產(chǎn)方式為主，通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，繪制管道單線加工圖，送廠家進(jìn)行管段及配件加工并加裝內(nèi)襯，再運(yùn)付現(xiàn)場(chǎng)安裝。（2）二次安裝法：以通過現(xiàn)場(chǎng)初裝，形成半成品，返廠制作成品，運(yùn)回現(xiàn)場(chǎng)組裝，即現(xiàn)場(chǎng)用非襯鋼管和管件，通過切割、焊接、法蘭連接，將管線初裝到位后，然后拆下送廠進(jìn)行襯塑加工，再運(yùn)回現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝。二次安裝法較一次安裝法管道及管件尺寸更加準(zhǔn)確，但增加了安裝成本和了運(yùn)輸成本，也延長(zhǎng)了施工工期。

三峽工程供水管網(wǎng)鋼塑復(fù)合管安裝過程中，為減少二次安裝的比例，在管溝管廊開挖和澆筑時(shí)，對(duì)管溝和管廊進(jìn)行了取直，管溝和管廊轉(zhuǎn)彎時(shí)盡量使用15°、30°、45°度等標(biāo)準(zhǔn)彎，通過加強(qiáng)土建工程測(cè)量控制，盡量避免軸線調(diào)整，減少非標(biāo)件的使用；另外通過間隔一定距離使用波紋補(bǔ)償器的方法，消除部分軸向誤差，同時(shí)借轉(zhuǎn)一定的角度。

2 鋼塑復(fù)合管安裝和運(yùn)行過程中容易出現(xiàn)的問題

鋼塑復(fù)合管在安裝和運(yùn)行過程中容易出現(xiàn)的問題主要有以下兩個(gè)方面：

（1）內(nèi)襯塑料軸向位移、塑料法蘭翻邊轉(zhuǎn)角處開裂。由于內(nèi)襯塑料材料與鋼管的熱膨脹系數(shù)相差較大，鋼塑復(fù)合管在外界溫度發(fā)生變化時(shí)易產(chǎn)生內(nèi)襯層相對(duì)鋼管軸向位移的現(xiàn)象，在軸向位移受到內(nèi)襯法蘭轉(zhuǎn)角及加強(qiáng)筋處的阻力時(shí)，造成內(nèi)襯塑料法蘭轉(zhuǎn)角的破裂。在三峽工程供水系統(tǒng)使用鋼塑復(fù)合管的前期實(shí)踐中，由于鋼塑復(fù)合管內(nèi)襯加工都是在工廠室內(nèi)進(jìn)行，運(yùn)送到現(xiàn)場(chǎng)后，未及時(shí)安裝入溝，亦未采取必要的保溫措施，且適逢高溫季節(jié)，大量產(chǎn)品運(yùn)送到現(xiàn)場(chǎng)不久后就出現(xiàn)了內(nèi)襯塑料軸向位移、塑料法蘭翻邊轉(zhuǎn)角處開裂的現(xiàn)象。

（2）內(nèi)防腐層脫離。在三峽工程供水系統(tǒng)前期對(duì)鋼塑復(fù)合管的應(yīng)用實(shí)踐中，曾經(jīng)發(fā)生過鋼塑復(fù)合管內(nèi)襯材料脫離的現(xiàn)象，內(nèi)層材料脫離后，翻卷、阻塞在管道中，引起管道過流能力減少。通過對(duì)脫離內(nèi)村、暴露的鋼管內(nèi)壁進(jìn)行了分析，我們認(rèn)為造成內(nèi)防腐層脫離的主要有以下幾個(gè)原因：鋼管內(nèi)表面的粗糙度不足，影響了塑料防腐層在鋼管上的附著力；粘合劑粘結(jié)效果不佳；內(nèi)防腐層厚度較??；內(nèi)防腐層尺寸與鋼管內(nèi)壁尺寸誤差較大、契合度不高；氣溫變化引起熱脹冷縮的影響等。

3 鋼塑復(fù)合管加工制造工藝的改進(jìn)

通過對(duì)上述問題的分析，我們提出了以下方法改進(jìn)鋼塑復(fù)合管的加工制造工藝。

（1）增加內(nèi)襯層厚度。將內(nèi)襯高密度聚乙烯層厚度由原來的3mm增加至6-10mm ，防止內(nèi)襯脫離鋼管內(nèi)壁時(shí)出現(xiàn)內(nèi)襯材料翻卷現(xiàn)象，避免管道堵塞。

（2）使用新型粘合劑、改進(jìn)粘合劑工藝。后期采用JHJ-4428新型高效粘合劑，再加入特種交聯(lián)劑混合，用離心機(jī)將其均勻地涂覆在處理后的鋼管內(nèi)表面，粘合劑與鋼管基體緊密結(jié)合，在空氣中進(jìn)行交聯(lián)固化，形成第一道粘接層；第一遍粘合劑凝固后，按同樣的工藝涂第二遍粘合劑，涂層控制在0.3～1mm，再?gòu)?fù)合入塑料內(nèi)襯管。通過第一層粘合劑的過渡，把鋼基體與聚乙烯以化學(xué)鍵的形式緊密的粘合到一起，很好的解決了鋼基體與聚乙烯之間的粘接難題。

（3）采用冷塑復(fù)合工藝安裝內(nèi)襯材料，加強(qiáng)內(nèi)襯材料和鋼管內(nèi)壁的附著力。以DN600管道為例，常溫下，DN600鋼塑管的聚乙烯材料溫度下降5℃，直徑可收縮1mm左右，國(guó)標(biāo)ФD630鋼管內(nèi)徑為609mm，將外徑為Ф611的塑料管置于電腦調(diào)控溫度變化的冷縮機(jī)中進(jìn)行冷縮，調(diào)控溫度低于常溫25℃保溫半小時(shí)，可使塑料管的外徑收縮至Ф606mm左右，此時(shí)PE管外徑小于鋼管內(nèi)徑，通過復(fù)合機(jī)將塑料管與鋼管復(fù)合到一起，然后向PE內(nèi)襯通入熱風(fēng)進(jìn)行膨脹，使塑料管緊緊貼在鋼管內(nèi)壁。

（4）在鋼管內(nèi)壁兩端加工出螺紋倒鉤，增強(qiáng)鋼管與PE管之間摩擦力。

（5）加工制造特殊法蘭。通過實(shí)踐，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種特殊法蘭結(jié)構(gòu)，法蘭端面加工45°的燕尾形倒角，倒角深度為3～7mm，法蘭內(nèi)孔加工R3過渡圓角。在內(nèi)襯塑料法蘭加熱翻邊成型時(shí)，經(jīng)過加熱的塑料被擠壓入45°的燕尾形倒角和肓孔中，法蘭內(nèi)孔加工的圓角能有效地避免鋼件對(duì)塑料層的破壞，該處的塑料層也得到了加厚。

（6）改進(jìn)內(nèi)襯法蘭翻邊工藝。傳統(tǒng)的加溫翻邊操作采用噴燈加溫制作，噴燈加溫溫度高達(dá)500℃～700℃，它使塑料端面加溫過熱，破壞了高密度聚乙烯的分子結(jié)構(gòu)，成型后的鋼塑管的塑料端面表面脆化，易造成塑料密封面開裂，影響鋼塑復(fù)合管的使用壽命。改進(jìn)后的翻邊工藝將復(fù)合好的鋼塑復(fù)合管通過加熱裝置和模具對(duì)管道的端面進(jìn)行翻邊操作，溫度始終控制在160℃～180℃之間，加溫時(shí)間在20分鐘左右，使塑料端面整體塑化，而后運(yùn)用模具將塑化后的塑料進(jìn)行翻邊成型，使管體內(nèi)部形成整體塑管密封。使用該工藝的優(yōu)點(diǎn)是不破壞高密度聚乙烯分子結(jié)構(gòu)，成型后的鋼塑管具有表面光滑，塑料密封面不易老化。

（7）產(chǎn)品運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)后盡快安裝入溝，對(duì)不能及時(shí)安裝的產(chǎn)品采取遮蓋保護(hù)措施，避免溫差過大對(duì)產(chǎn)品內(nèi)襯層造成破壞。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過對(duì)鋼塑復(fù)合管加工制造工藝的改進(jìn)，以及現(xiàn)場(chǎng)安裝技術(shù)和安裝工藝水平的提高，后期運(yùn)送到施工現(xiàn)場(chǎng)的產(chǎn)品基本沒出現(xiàn)過內(nèi)襯層軸向位移和內(nèi)襯法蘭翻邊轉(zhuǎn)角破裂的現(xiàn)象，三峽工程供水系統(tǒng)中的鋼塑復(fù)合管運(yùn)行幾年以來，總體狀況良好，未出現(xiàn)管道破裂、接口漏水、內(nèi)防腐層脫落翻卷堵塞管道的情況。