Y型接口的亮點(diǎn)及成品鋼管競爭力

沈之基
上海市原水股份有限公司 200085

　　摘要：柔性接口在輸水管線中的地位經(jīng)過曲折道路，得到了肯定；鋼管是柔性接口發(fā)展的新空間；鋼管用Y型接口是球鐵管T型接口的發(fā)展，改進(jìn)了膠圈定位機(jī)制，充分利用了鋼材的特性，使接口更簡潔而有效，達(dá)到了球鐵管無法達(dá)到的境界；以Y型接口為核心技術(shù)的成品鋼管，在DN1200～3000范圍內(nèi)，用鐵量是球鐵管的一半，單位長度重量同玻璃鋼管相當(dāng)，它將顯示出性能高、價(jià)格低、易得到、易采用的競爭力
　　關(guān)鍵詞：輸水管線，輸水管道，柔性接口，滑入式接口，成品鋼管、Y型接口。

1．前言

　　新頒國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)CJJ92-2002“城市供水管網(wǎng)漏損控制及評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)”，其中4.2.4條款規(guī)定：新敷管道的接口應(yīng)采用橡膠圈密封的柔性接口；國家標(biāo)準(zhǔn)GB50332-2002“給水排水工程管道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范”，其中5.0.1條款規(guī)定：對圓形管道的接口宜采用柔性連接。在條文說明中，又作了進(jìn)一步的說明：給水排水工程中，各種材質(zhì)的圓形管道廣泛應(yīng)用，這些管道可能出現(xiàn)的不均勻沉陷不可避免。┅┅這些圓形管道接口，宜采用柔性連接，以適應(yīng)各種不同因素產(chǎn)生的不均勻沉陷，并至少應(yīng)該在地基土質(zhì)變化處設(shè)計(jì)置柔口。以上事實(shí)表明，在我國，柔性接口在輸水管線中的地位經(jīng)過曲折道路^（1），終于得到認(rèn)可，并以最高的形式，即法規(guī)肯定下來了。這是我國水工業(yè)工作者近20年努力工作的成果。
　　球鐵管（DIP）、聚氯乙烯管（PVC管）、玻璃鋼管（GRP）、鋼管（SP）、預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCP）等管材是我國城市輸水管線中得到重視和應(yīng)用的管材；其中球鐵管、玻璃鋼管、PVC管、PCCP均已發(fā)展到以柔性接口為自己的代表性接口的成品管階段；柔性接口使埋設(shè)管線具有優(yōu)秀的強(qiáng)度特性和水密特性，成為這些管材得到應(yīng)用并取得長足發(fā)展的不可少的重要技術(shù)支持；目前唯有鋼管，其代表性連接方法采用的是現(xiàn)場溝槽中對接焊接。
　　鋼管采用溝槽中對接焊接是有其歷史原因和技術(shù)原因的；對接焊是鋼管的一種很有效的連接方法，在輸水鋼管線的建設(shè)中曾有很好的應(yīng)用；但隨著輸水管線的發(fā)展，口徑越來越大，距離越來越長，管線所經(jīng)過的場地地質(zhì)條件也就越來越復(fù)雜，這些發(fā)展給輸水鋼管送來巨大的發(fā)展空間的同時(shí),也帶來的一項(xiàng)很厲害的負(fù)面效應(yīng),就是使溝槽對接焊接的難度和工作量大大增加，以手工操作為主要手段的技術(shù)難以應(yīng)對，以至于陷入了不合格焊縫難以避免的困境；另一方面是近二十年來對柔性接口在埋設(shè)管線中所起的重要作用有了認(rèn)識(shí)，對柔性接口的設(shè)計(jì)、制作技術(shù)有了積累，為在鋼管上開發(fā)柔性接口提供了必要的技術(shù)支持；輸水鋼管線需要柔性接口、可以取得柔性接口的時(shí)機(jī)形成。鋼管已成為柔性接口發(fā)展的新空間，也是柔性接口尚未被開發(fā)的最大空間。

2．鋼管用Y型接口及其亮點(diǎn)

　　在各種類別的柔性接口中，以膠圈預(yù)置承口的滑入式接口技術(shù)含量最高、性能最好；球鐵管、PVC管、玻璃鋼管都采用這個(gè)類型接口。T型接口是膠圈預(yù)置承口的滑入式接口的代表，近年在球鐵管上充分發(fā)展，現(xiàn)美國球鐵管銷售中，95％以上是這種接口的球鐵管。

圖1　 球鐵管用T型接口
圖2　 鋼管用Y型接口

　　Y型接口是為鋼管升級(jí)而開發(fā)的一種具有新意的承口滑入式接口，它綜合了球鐵管T型接口和鋼管O型接口各自的長處又自然地化解了它們的短處，設(shè)計(jì)中充分利用了鋼材的特性，使接口更簡潔而有效，達(dá)到了球鐵管無法達(dá)到的境界。這是完全由我國自己發(fā)展的、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)。其發(fā)展主要表現(xiàn)是：
　　（1）改進(jìn)了膠圈定位機(jī)制，以極簡潔的線條，就提供了承口滑入式接口所需的全部關(guān)鍵要素，從而有可能以低成本在鋼管上完成制作；由圖1和圖2，就可以感覺到成品鋼管之簡潔。
　　（2）接口制作工藝是常溫下冷加工，接口尺寸精度較球鐵管有很大的提高，因此，接口用較小的尺寸就能達(dá)到所需要的性能水平，接口用鐵量是球鐵管的六分之一以下（見表2），但性能有充分保證，無論是對內(nèi)水壓還是種種形式的外荷載，都有極高的適應(yīng)能力；表1是球鐵管和成品鋼管關(guān)鍵尺寸數(shù)據(jù)的比較，由表可見，成品鋼管的尺寸精度較球鐵管好，承插口配合較球鐵管優(yōu)，其性能高是很自然的事。
　　（3）膠圈預(yù)置于承口的特定部位，安裝時(shí)膠圈壓縮量不到相應(yīng)口徑球鐵管膠圈壓縮量的十分之一，所以所需安裝力大大減小，方便施工；大口徑T型接口所需安裝力大，是制約T型接口向更大口徑發(fā)展的重要原因。
　　總之，Y型接口在性能、制作、安裝施工等等各個(gè)方面都較球鐵管接口有提高，其價(jià)格性能比上升一大截也是當(dāng)然的。

　　 表1　　　　　　 接口關(guān)鍵尺寸比較　　　　　　 毫米

比較項(xiàng)目

管材 尺寸精度 承插口間隙 插口公差 承口公差 設(shè)計(jì)值 最大值 最小值 DN1600 成品鋼管 +1.O

-1.O +1.O

-1.O 3 5 1 T型球鐵管 +1.5

-3.O +4.O

-1.O 4 11 1.5 DN2400 成品鋼管 +1.5

-1.5 +1.5

-1.5 4 7 1 K型球鐵管 +4.0

-5.0 +4.0

-0 8 17 4

制表說明：球鐵管數(shù)據(jù)來自日本球鐵管協(xié)會(huì)資料及日本標(biāo)準(zhǔn)；成品鋼管數(shù)據(jù)為設(shè)計(jì)值，規(guī)模生產(chǎn)時(shí)完全能作到，因尺寸控制較PCCP管的鋼接口寬綽，更易做好。

3． Y型接口的進(jìn)程

　　如此簡潔、又能有更高的性能的設(shè)計(jì)，很多同行不能理解，難以置信。這也從一個(gè)側(cè)面說明這項(xiàng)技術(shù)推進(jìn)緩慢、步履艱難是正常的；但同時(shí)也說明它是有相當(dāng)技術(shù)含量的。這里要通報(bào)眾同行，2003年，采用規(guī)模生產(chǎn)的工藝和設(shè)備試制Y型接口DN2400 的鋼管已告成功，并通過水壓試驗(yàn)，也就是說，該項(xiàng)技術(shù)現(xiàn)在不僅僅是理念，也不僅是一項(xiàng)設(shè)計(jì), 是已經(jīng)由實(shí)踐證明了的性能可行、規(guī)模生產(chǎn)可操作的一項(xiàng)可應(yīng)用技術(shù)；考慮到99年DN1200 Y型接口也通過水壓試驗(yàn)，那么至少可以說DN1200～DN2400范圍內(nèi)，已踏上了具備工程應(yīng)用能力的臺(tái)階。（照片：DN2400鋼管在作水壓試驗(yàn)，含有二個(gè)Y型接口）照片中DN2400鋼管的Y型接口，是用輾軋成形、擴(kuò)張定尺的工藝路線在平端鋼管上直接完成的，因此鋼管廠、PCCP管廠只要接受成品鋼管的理念，不需要增添大設(shè)備，就可以生產(chǎn)成品鋼管。

4.成品鋼管的競爭力

　　以Y型接口為核心技術(shù),以內(nèi)外防腐同先進(jìn)工業(yè)國標(biāo)準(zhǔn)接軌并以陰極保護(hù)單元化技術(shù)進(jìn)行提升，作為補(bǔ)充技術(shù),這樣的鋼管就成為一種價(jià)格性能比非常高的新管種,這新個(gè)管種也就是成品鋼管^（2）。當(dāng)鋼管以成品鋼管姿態(tài)出現(xiàn)時(shí),將表現(xiàn)出極高的競爭力。
4.1 安全性高，壽命長
　　全部焊縫在工廠內(nèi)完成,管線不會(huì)再有不合格焊縫;管節(jié)間連接是膠圈柔性接口:鋼管線失效的主要原因得到排除,管線強(qiáng)度特性大大提高；陰極保護(hù)單元化技術(shù)的采用，保證鋼管自埋設(shè)一刻起，外壁始終處于有效的電化學(xué)保護(hù)中；內(nèi)防腐層也全部在工廠完成，施工環(huán)境條件有保證，內(nèi)表面有條件作到玻璃鋼管那樣光滑、完整；這些技術(shù)特點(diǎn)同上海的已運(yùn)行70 ～80 年的輸水鋼管線的技術(shù)特點(diǎn)相對照，成品鋼管均高了一招，所以可認(rèn)為成品鋼管可以有100年的壽命。
4.2 用材料少,成本低

表2　　　　　　　　　 重量：公斤

比較項(xiàng)目

管材 　　 管體 　　 接口 　　 管材 每米重量 重量比 每個(gè)重量 重量比 每節(jié)重量 重量比 DN1600 玻璃鋼管 345 1.09 49 0.78 1429 1.08 成品鋼管 315 1.00 63 1.00 1323 1.00 T型球鐵管 696 2.21 396 6.29 3180 2.40 DN2000 玻璃鋼管 535 1.08 69 0.70 2209 1.06 成品鋼管 495 1.00 99 1.00 2079 1.00 T型球鐵管 1076 1.17 708 7.15 5012 2.41 DN2400 玻璃鋼管 734 1.03 114 0.80 3050 1.02 成品鋼管 710 1.00 142 1.00 2982 1.00 K型球鐵管 1501 2.11 1142 8.04 7146 2.40

　　制表說明：管線工作條件 內(nèi)水壓:0.6Mpa ； 設(shè)計(jì)水壓：1.1Mpa ； 埋深：2.0米 ；
　　　　　　　地面荷載：:汽－15雙列重車或 1.0 t/m^2。鋼管重量 來自HOBAS管道設(shè)計(jì)與施工手冊
　　　　　　　壓力等級(jí)：PN1.0Mpa；公稱剛度：SN10000
　　　　　　　球鐵管重量 來自日本球鐵管協(xié)會(huì)資料及日本標(biāo)準(zhǔn) 取用第3種管
　　　　　　　鋼管重量　 設(shè)計(jì)厚度來自給水排水工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊P1092 分別為8、10、12毫米 中國建筑工業(yè)出版社 84.7

　　當(dāng)進(jìn)入成品鋼管階段，鋼材的強(qiáng)度特性可以充分發(fā)揮,就可以放心地按我國鋼管建設(shè)的優(yōu)秀成果－－市政給水鋼管的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法^（3）、采用合理厚度，此時(shí)，其單位長度重量是球鐵管的一半上下，同玻璃鋼管相當(dāng)或低于玻璃鋼管（下表2）。輸水鋼管能這么輕是很難想象的，但有足夠的技術(shù)支持證明是安全可靠且可操作時(shí)，那在價(jià)格上、施工方便上的競爭力是強(qiáng)大的。如果開始應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)時(shí)保守一些，較規(guī)范所定厚度再增加2～3毫米，即使這樣，其重量仍是非常之輕的，為球鐵管的一半。
4.3 設(shè)備投入費(fèi)用少，管材易得到
　　當(dāng)以市場鋼板為原材料時(shí)，一條生產(chǎn)線、一組軋輥、一列模塊就可以生產(chǎn)DN800～3000范圍內(nèi)各種口徑的成品鋼管，設(shè)備投入300～400萬就可；而要生產(chǎn)相應(yīng)口徑的球鐵管，需要多條生產(chǎn)線和大量的模具，設(shè)備投入沒有一個(gè)億是不行的。生產(chǎn)成品鋼管設(shè)備投入是生產(chǎn)球鐵管的幾十分之一。成品鋼管將是比較容易得到的管材。
4.4 制管設(shè)備少,管材重量輕,易采用
　　較少的設(shè)備，就為在工程地附近建設(shè)移動(dòng)車間提供了可能與方便。大口徑管材運(yùn)輸難的問題可以避開,適用工程的范圍就大大擴(kuò)展。
　　重量輕,單位長度重量同玻璃鋼管相當(dāng),吊裝機(jī)具級(jí)別就可較低，施工也就方便;且回填要求又較玻璃鋼管低。成品鋼管將是施工期最短、施工費(fèi)用最低的新管種。
　　總之，Y型接口成品鋼管不僅性能高，價(jià)格低，而且易得到，易采用。鋼管在輸水管材中的地位將會(huì)由此而重新排定。
　　PCCP管在我國的發(fā)展經(jīng)歷給人們以深刻印象，從大工程不敢用到一下子就出現(xiàn)幾十家生產(chǎn)廠，這樣一個(gè)大變化就是因?yàn)橛辛艘豁?xiàng)有示范效應(yīng)的工程而在一、二年間完成的。可以相信，以Y型接口為核心技術(shù)的成品鋼管所具的競爭力，只要取得一個(gè)合適工程，它也必將會(huì)在中國躍起，就在這一、二年中。這里還請?jiān)试S我多說一句話，一些正在策劃上大口徑球鐵管的制管公司，對未來的大口徑輸水管線市場再審度一下吧。

參考文獻(xiàn)：

（1）馮竟瑜 “上海市給水管網(wǎng)中鑄鐵管爆裂原因及對策研究”綜合報(bào)告 上海市自來水公司1987。
（2）沈之基　 成品化輸水鋼管　 焊管2004 No1:7～11
（3）劉雨生等 市政給水鋼管的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 中國水協(xié)設(shè)備網(wǎng) 技術(shù)推廣 2002。8。

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作者：沈之基，男，生于1941年，高級(jí)工程師，長期從事管道技術(shù)工作，曾主持過管線內(nèi)外防腐、陰極保護(hù)、管線強(qiáng)度特性等方面的課題研究，多次獲市、局科技成果獎(jiǎng)；近年，致力于成品鋼管理念、技術(shù)的推進(jìn)。

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