我国衬塑钢管发展中的若干问题.doc

我国衬塑钢管发展中的若干问题

作者：佚名    文章来源：本站原创    点击数：2004    更新时间：2006-1-18

□ 吴 念
作者简介：吴 念 男，1964年毕业于北京化工学院塑料加工机械专业，高级工程师。1964年～1974年在北京塑料一厂担任技术员职务，1974～1994年在北京塑料制品厂历任技术员、工程师、高级工程师、设备动力处处长、副总工程师职务。1994～1997年在北京塑料集团公司担任总工程师职务。1997年退休后一直从事塑料管材方面的技术工作；发表有关塑料管材论文十余篇。
1 行业发展概况
近年来我国衬塑镀锌管发展非常迅速；以北京市场为例，2004年上半年在北京市建委备案的衬塑钢管产品只有几家，到2005年上半年已经接近30家。根据我国钢塑管企业联合会的数字：2004年我国衬塑钢管的生产能力已经达到30万吨／年，年产量超过了20万吨；按照这个数字，我国在这个领域塑料的年使用量已经超过了2万吨；这个用量和我国其他品种的建筑内新型塑料冷热水管(包括PP—R管，铝塑复合管，PEX管，PB管，PE—RT管，C—PVC管)所用塑料的数量相比，已经不是一个小数字。
衬塑钢管之所以能够迅速发展，主要是由于它既有金属管强度高、刚性好、热收缩率低等优点，又有塑料管材的卫生、对水无二次污染、耐腐蚀等优点。衬塑钢管克服了纯塑料管材强度低、刚性差、容易变形、受热膨胀率大，抗外力破坏能力低等缺点。另外由于镀锌管已经有很长的应用历史和非常成熟的应用经验，衬塑钢管可以沿用镀锌钢管的标准，因此设计安装标准齐全，施工规程完整成熟，很容易为用户接受。
建设部2004年3月18日公布的《建设部推广应用和限制禁止使用技术公告》（218号）中，规定了各种新型塑料管材的使用范围；“住宅建筑(设计温度不得大于70℃)在高层住宅建筑中仅适用热水横管。”公告在一定程度上限制了塑料管材的使用。根据北京建筑市场反映，目前建筑内给水管的立管(指公用上水管，一般在40mm以上)使用中，衬塑钢管的使用比例已经达到80％；几年来走火的PP-R管材在建筑给水立管的使用上明显不是衬塑钢管的对手，市场的变化极大刺激了衬塑钢管生产的迅速发展。以浙江金洲集团为代表的大型衬塑钢管生产企业大举向北京建筑材料市场进军，标志着衬塑钢管与新型塑料管材争夺建筑内冷热水管市场进入了新的阶段。这些衬塑钢管生产企业一般实力比较强，以浙江金洲集团为例，据介绍其年生产包括热镀锌钢管在内的各种焊接钢管40万吨，销售额18亿元以上，并且自己有PPR、HDPE、铝塑复合管等塑料管材生产能力和销售经验。其他的衬塑钢管生产企业象本溪钢厂、山东巨力、天津利达等也都是大型企业。
钢塑管企业联合会在2003年3月就下发了《使用行业产品标识管理细则》，到2004年已经有浙江金洲等五个品牌通过了使用行业标识资格的审查。
其次由于钢材市场包括镀锌钢管市场这些年以来一直比较成熟规范，价格也比较透明，因此在镀锌钢管市场上一直是必须付清全款才能给货，不能欠款。由此延续，所以目前在衬塑钢管的市场交易中也是不允许欠款，必须付清全款才能提货。这就有利于衬塑钢管市场的良性发展。
由于这几年在建筑塑料管材市场上低水平的重复建设，导致供大于求，继而就是无序的恶性竞争，因此形成了畸形的买方市场；买方不仅拼命压价，而且还要欠款；因此这几年塑料管材生产企业，特别是生产建筑内冷热水管的企业活得苦不堪言：不仅产品卖不上合理的价格，而且还要不回钱来。这些年房地产开发商开始使用新型塑料管材以后，建筑的档次提高了(比如他可以宣传房屋是绿色环保的，给水是健康无污染的)，并且管道的使用寿命延长了 (是镀锌钢管的2—3倍)，这些都成为房地产商提高房价的卖点，成为房地产开发商额外的利润；但是塑料管材生产企业得到的却是一再被要求降价并且要欠款；这种现象对塑料管材生产企业是极不公平的，但是他们又无力反击。因此衬塑钢管大量进入建筑管材市场，有利于逐步形成建筑用管材市场合理的性价比和公平的市场交易。这对塑料管材生产企业未必是一件坏事情。
2 衬塑钢管的承载能力
衬塑钢管的外层钢管是按照GB／T3091《低压流体输送用焊接钢管》标准生产的。符合普通钢管级别的焊接管的试验压力按下式计算：
P=2SR／D 式中：P一试验压力，MPa；
S一钢管公称壁厚，mm；
R—标准规定的屈服强度的60％，MPa；
D—钢管公称外径，mm；
镀锌钢管试验压力P和工作压力P1的关系如下：
Pl=2P／3 式中：P——试验压力，MPa(一般试验压力不超过7 MP)；
P1——允许工作压力，MPa。
表1给出了GB／T3091规定的镀锌钢管的公称工作压力和计算允许工作压力，可以看到其公称工作压力有相当的安全系数；衬塑钢管的行业标准CJ／136《衬塑复合钢管》中所规定的衬塑钢管的工作压力与镀锌钢管的工作压力是一致的。由于衬塑钢管实际使用的壁厚还应该加上塑料管层的厚度，因此管体强度更可靠。此外衬塑钢管如果希望提高工作压力只需要改变钢管的壁厚、材料或者选择无缝钢管，而不需要自己另外生产不同壁厚系列的塑料管材。
表1 镀锌钢管工作压力的计算值与规定值比较
公称口径
外径
（mm）
壁厚（mm）
GB/T3091规定公称工作压力MPa）
计算试验压力
（MPa）
计算允许工
作压力（MPa）
DN50
60.0
3.5
2.0
8.60
5.74
DN100
114.0
4.0
2.0
5.65
3.77
DN150
165.0
4.5
2.0
6.97
4.64
DN200
219.1
5.0
2.0
5.83
3.89
DN300
323.9
7.0
2.0
5.52
3.68
DN400
426.0
8.0
1.6
4.8
3.20
DN500
530
8.0
1.6
3.86
2.57
DN600
630
9.0
1.6
3.65
2.43

衬塑钢管的连接采用可锻铸铁(玛钢)衬塑管件，是可锻铸铁(玛钢)管件经过表面处理以后，在注塑机中注塑成型的，目前市场上有2种形式(如图1和图2)。

沟缝式相比台肩式可以在安装时避免密封圈脱落而更加可靠；但是应该注意，由于这里管件和管材的连接采用了锥管罗纹，如果在拧紧罗纹的同时又要能够压紧密封圈，因此存在过定位问题，也就是有可能罗纹已经拧紧，密封圈却没有压紧；或者是密封圈已经压紧，而罗纹还没有拧紧。为了解决这个问题，目前一般采取规定罗纹的旋入牙数来保证密封的可靠性。表2列出了这个数值(来自CECSl25-2001《建筑给水钢塑复合管管道工程技术规范》。
公称直径（mm）
旋入深度（mm）
旋入牙数
公称直径（mm）
旋入深度（mm）
旋入牙数
15
11
6.0-6.5
50
20
9.0-9.5
20
13
6.0-6.5
65
23
10.0-10.5
25
15
6.5-7.0
80
27
11.5-12.0
32
17
7.0-7.5
100
33
13.5-14
40
18
7.0-7.5

表2的旋入牙数在安装时是必须控制的，因此现场施工需要用套扣机而不能手工套扣，并且在套扣后要仔细清理毛刺，以保证旋入牙数并压紧密封圈。
衬塑管件的内衬塑料品种要受到注塑工艺的限制，目前国内市场上多数是用于冷水的管件采用聚乙烯，用于热水的管件采用PP-R（无规共聚聚丙烯)，国内还没有见到采用CPVC(氯化聚氯乙烯)的，因此受PP-R耐热性能的限制，一些衬塑钢管生产企业宣传自己的产品50年寿命、使用的温度条件达95℃是错误的，应该规定为70℃比较合适。如果全部采用氯化聚氯乙烯(CPVC)，则可以把使用温度提高到95℃。
衬塑管件所用的可锻铸铁(玛钢)管件要执行标准GB9440《可锻铸铁件》和GB3287《可锻铸铁管路连接件》，以保证管件材质的质量。衬塑管件的标准CJ／T137-2001给水衬塑可锻铸铁管件》规定其最大口径为150mm，更大口径的衬塑钢管采用沟槽式接头或者衬塑法兰连接。衬塑管件标准同时规定了衬塑管件的实验压力为2．5MPa，使用压力是1.6MPa。这个压力和衬塑钢管的2．0MPa的公称压力已经完全能够满足建筑给水和供暖系统的要求。
3 衬塑钢管的生产工艺
衬塑钢管只是钢塑复合管中一个品种，性能上更接近金属管道。衬塑钢管是在镀锌管内壁衬上一层壁厚为1．5～2.0mm的塑料管。国内根据用途不同，多数是用于冷水时衬聚乙烯管，用于热水时则衬PP-R管，PE-RT管或者交联聚乙烯管；为了和钢管能够很好的贴紧，要在塑料管外壁予涂热熔胶。衬塑工艺目前多数采用的是吹涨工艺：把涂了热熔胶的塑料管穿入经预处理的钢管，两端用卡具密封，加热并且用压缩空气把塑料管吹涨贴紧在钢管内壁。与衬塑钢管最接近的是涂塑钢管，涂塑钢管是在经预处理的钢管内壁喷涂树脂粉，而后再
加热固化。同样要根据用途的不同涂以不同的树脂。从目前来看，用于冷水的涂料是LLDPE，其黏结强度可以达到50N／cm；而用于热水的涂料一环氧树脂本身的耐热性没有问题，只是它和钢管的粘接力比较小。因此目前涂塑管很少用在热水输送上。
我国衬塑钢管的技术来自日本，日本也是世界上应用衬塑钢管最多的国家之一，从日本传入中国的是吹涨工艺；但是应该注意：日本的衬塑钢管是衬PVC或者CPVC(氯化聚氯乙烯，用于热水管)，它们都属于无定型塑料，因此采用吹涨工艺是没有问题的。而我国衬塑钢管由于市场上对聚氯乙烯的无毒配方信心不够，因此绝大多是采用聚烯烃材料，由于聚烯烃塑料是结晶型塑料，有记忆性能，因此吹涨以后塑料管还有回缩的趋势，也就是使用聚烯烃塑料作衬管时，如果仍然采用吹涨工艺，则衬塑钢管在产品存储和使用过程中，有回缩的现象，特别在输送热水时更加明显，而这个回缩不是热溶胶所能够克服的，因此这个回缩对衬塑钢管的使用性能是致命的；因为衬塑钢管主要依靠外层钢管承受压力，壁厚1．5～2．0mm的塑料衬管不能承受较大的压力。一旦衬管回缩，衬管会很快破坏，因此这个问题是致命的，是在学习外来技术过程中，只知其一，不知其二的结果。目前国内的衬塑钢管生产企业一般采用以下几种办法来弥补。
3．1采用改进的吹涨工艺
改进的工艺是把塑料管的外径做成和钢管内径基本一致，钢管清理以后用专用工具把塑料管强制拉进去，然后的加热加压基本只起到定型作用，这就可以大大减少以后塑料管的回缩量，是众多衬塑钢管生产企业用得最多的工艺。但是这种办法不能用来生产大口径(100以上)衬塑钢管，因为在管材口径比较大的情况下，钢管和塑料衬管的形位公差已经很大，钢管和塑料衬管之间没有足够的间隙是无法穿管的，此时的回缩就成了关键的问题了，这也是目前衬塑钢管口径不能做大的重要原因。而大口径衬塑钢管钢目前一般采用涂塑工艺或者滚塑工艺。
3．2采用钢管缩径工艺
这种工艺是在塑料衬管穿好以后，通过钢管缩径机缩小钢管直径，使二者紧密贴紧。而钢管是不会弹回去的，因此这种工艺也是可靠的。日本生产衬塑钢管也有这样的工艺。在我国一些生产内肋式衬塑钢管的企业就是采用了这一工艺，比如成都贝根管道。但是由于衬塑钢管最终产品的外径应该是镀锌钢管的标准尺寸，否则管件就不能用了；所以预先生产的钢管外径就要放大而成为非标管，这是一个非常麻烦的事情，多数企业是作不到的，因此采用这种工艺的企业并不多。
3．3采用塑管缩径工艺
聚烯烃材料有记忆功能，同样我们可以利用它的记忆功能来生产衬塑钢管。它的工作原理是这样：预先生产好外径比钢管内径稍大的塑料衬管，然后让塑料衬管通过专门的滚轮缩径机，把塑料衬管外径缩小10％左右，再把衬管穿入钢管，放置几个小时衬管就能自己回弹并贴紧钢管而完成衬管过程。塑料衬管回弹以后永远不会回缩，一般情况下回弹可以达到缩径率的80％以上(资料1)。这项技术实际上早已经被应用在“HDPE管材穿插法修复在线旧管线”上，胜邦旗下的柯林瑞尔就是这方面代表性企业之一。江苏联冠科技发展有限公司开发了第一台国产塑管滚轮缩径机，并且以此开发完成了衬塑油田油井钢管的项目，取得了成功。说明这是生产衬塑钢管比较好的技术。应用塑管缩径工艺来生产衬塑钢管可以节能，目前国内的衬塑钢管生产线能耗都非常大，而缩径工艺是冷加工，在低价能源时代即将结束的今天，这一点是非常重要的。采用塑管缩径工艺生产衬塑钢管还可以省去涂胶工序，也省去了热熔胶，降低了成本，但是目前衬塑钢管的行业标准规定了塑料衬管和钢管的剥离强度，因此如果推广这一技术，还需要修改标准。不用热熔胶生产衬塑钢管，可以选择一些没有合适热熔胶的新型塑料来做衬管，比如超高分子量聚乙烯管材，从而扩大了衬塑钢管的应用范围。
4结束语
衬塑钢管是新型建筑管材中的一个品种，它有一系列优点，并且目前发展很快，但是并不等于目前的衬塑钢管不存在问题；除去本文已经涉及的几点，还有比如衬塑钢管的外防腐性能显然不如塑料管材，连接部位的罗纹更是防腐的难点等；从这一点上讲，现在宣传衬塑钢管50年寿命还缺少科学依据。此外衬塑钢管的价格大大高于塑料管材(个别高利润的塑料管材比如聚丁烯PB管材除外)。衬塑钢管只是钢塑复合管中的一个品种，钢塑复合管还有许多其他种类，也都在发展中。今后还会有更好的金属和塑料的复合管材出现，衬塑钢管和塑料管材也都会在各自占优势的应用领域继续发展，共同繁荣。本文只是从塑料专业的角度来分析衬塑钢管，由于专业的不同，不一定正确，欢迎批评指正。

参考资料
[1]陈挺，张广成，刘铁民等．穿插法修复旧 管道用材料的研究
[2]l异径HDPE管穿插法修复在线旧管道
[3]钱乐中，衬塑复合钢管和内复不锈钢净水管
[4]刘天川，衬塑复合钢管与管件