Y型接口的亮点及成品钢管竞争力

Y型接口的亮点及成品钢管竞争力

沈之基
上海市原水股份有限公司 200085

　　摘要：柔性接口在输水管线中的地位经过曲折道路，得到了肯定；钢管是柔性接口发展的新空间；钢管用Y型接口是球铁管T型接口的发展，改进了胶圈定位机制，充分利用了钢材的特性，使接口更简洁而有效，达到了球铁管无法达到的境界；以Y型接口为核心技术的成品钢管，在DN1200～3000范围内，用铁量是球铁管的一半，单位长度重量同玻璃钢管相当，它将显示出性能高、价格低、易得到、易采用的竞争力
　　关键词：输水管线，输水管道，柔性接口，滑入式接口，成品钢管、Y型接口。

1．前言

　　新颁国家行业标准CJJ92-2002“城市供水管网漏损控制及评定标准”，其中4.2.4条款规定：新敷管道的接口应采用橡胶圈密封的柔性接口；国家标准GB50332-2002“给水排水工程管道结构设计规范”，其中5.0.1条款规定：对圆形管道的接口宜采用柔性连接。在条文说明中，又作了进一步的说明：给水排水工程中，各种材质的圆形管道广泛应用，这些管道可能出现的不均匀沉陷不可避免。┅┅这些圆形管道接口，宜采用柔性连接，以适应各种不同因素产生的不均匀沉陷，并至少应该在地基土质变化处设计置柔口。以上事实表明，在我国，柔性接口在输水管线中的地位经过曲折道路^（1），终于得到认可，并以最高的形式，即法规肯定下来了。这是我国水工业工作者近20年努力工作的成果。
　　球铁管（DIP）、聚氯乙烯管（PVC管）、玻璃钢管（GRP）、钢管（SP）、预应力钢筒混凝土管（PCCP）等管材是我国城市输水管线中得到重视和应用的管材；其中球铁管、玻璃钢管、PVC管、PCCP均已发展到以柔性接口为自己的代表性接口的成品管阶段；柔性接口使埋设管线具有优秀的强度特性和水密特性，成为这些管材得到应用并取得长足发展的不可少的重要技术支持；目前唯有钢管，其代表性连接方法采用的是现场沟槽中对接焊接。
　　钢管采用沟槽中对接焊接是有其历史原因和技术原因的；对接焊是钢管的一种很有效的连接方法，在输水钢管线的建设中曾有很好的应用；但随着输水管线的发展，口径越来越大，距离越来越长，管线所经过的场地地质条件也就越来越复杂，这些发展给输水钢管送来巨大的发展空间的同时,也带来的一项很厉害的负面效应,就是使沟槽对接焊接的难度和工作量大大增加，以手工操作为主要手段的技术难以应对，以至于陷入了不合格焊缝难以避免的困境；另一方面是近二十年来对柔性接口在埋设管线中所起的重要作用有了认识，对柔性接口的设计、制作技术有了积累，为在钢管上开发柔性接口提供了必要的技术支持；输水钢管线需要柔性接口、可以取得柔性接口的时机形成。钢管已成为柔性接口发展的新空间，也是柔性接口尚未被开发的最大空间。

2．钢管用Y型接口及其亮点

　　在各种类别的柔性接口中，以胶圈预置承口的滑入式接口技术含量最高、性能最好；球铁管、PVC管、玻璃钢管都采用这个类型接口。T型接口是胶圈预置承口的滑入式接口的代表，近年在球铁管上充分发展，现美国球铁管销售中，95％以上是这种接口的球铁管。

图1　 球铁管用T型接口
图2　 钢管用Y型接口

　　Y型接口是为钢管升级而开发的一种具有新意的承口滑入式接口，它综合了球铁管T型接口和钢管O型接口各自的长处又自然地化解了它们的短处，设计中充分利用了钢材的特性，使接口更简洁而有效，达到了球铁管无法达到的境界。这是完全由我国自己发展的、具有自主知识产权的技术。其发展主要表现是：
　　（1）改进了胶圈定位机制，以极简洁的线条，就提供了承口滑入式接口所需的全部关键要素，从而有可能以低成本在钢管上完成制作；由图1和图2，就可以感觉到成品钢管之简洁。
　　（2）接口制作工艺是常温下冷加工，接口尺寸精度较球铁管有很大的提高，因此，接口用较小的尺寸就能达到所需要的性能水平，接口用铁量是球铁管的六分之一以下（见表2），但性能有充分保证，无论是对内水压还是种种形式的外荷载，都有极高的适应能力；表1是球铁管和成品钢管关键尺寸数据的比较，由表可见，成品钢管的尺寸精度较球铁管好，承插口配合较球铁管优，其性能高是很自然的事。
　　（3）胶圈预置于承口的特定部位，安装时胶圈压缩量不到相应口径球铁管胶圈压缩量的十分之一，所以所需安装力大大减小，方便施工；大口径T型接口所需安装力大，是制约T型接口向更大口径发展的重要原因。
　　总之，Y型接口在性能、制作、安装施工等等各个方面都较球铁管接口有提高，其价格性能比上升一大截也是当然的。

　　 表1　　　　　　 接口关键尺寸比较　　　　　　 毫米

比较项目

管材 尺寸精度 承插口间隙 插口公差 承口公差 设计值 最大值 最小值 DN1600 成品钢管 +1.O

-1.O +1.O

-1.O 3 5 1 T型球铁管 +1.5

-3.O +4.O

-1.O 4 11 1.5 DN2400 成品钢管 +1.5

-1.5 +1.5

-1.5 4 7 1 K型球铁管 +4.0

-5.0 +4.0

-0 8 17 4

制表说明：球铁管数据来自日本球铁管协会资料及日本标准；成品钢管数据为设计值，规模生产时完全能作到，因尺寸控制较PCCP管的钢接口宽绰，更易做好。

3． Y型接口的进程

　　如此简洁、又能有更高的性能的设计，很多同行不能理解，难以置信。这也从一个侧面说明这项技术推进缓慢、步履艰难是正常的；但同时也说明它是有相当技术含量的。这里要通报众同行，2003年，采用规模生产的工艺和设备试制Y型接口DN2400 的钢管已告成功，并通过水压试验，也就是说，该项技术现在不仅仅是理念，也不仅是一项设计, 是已经由实践证明了的性能可行、规模生产可操作的一项可应用技术；考虑到99年DN1200 Y型接口也通过水压试验，那么至少可以说DN1200～DN2400范围内，已踏上了具备工程应用能力的台阶。（照片：DN2400钢管在作水压试验，含有二个Y型接口）照片中DN2400钢管的Y型接口，是用辗轧成形、扩张定尺的工艺路线在平端钢管上直接完成的，因此钢管厂、PCCP管厂只要接受成品钢管的理念，不需要增添大设备，就可以生产成品钢管。

4.成品钢管的竞争力

　　以Y型接口为核心技术,以内外防腐同先进工业国标准接轨并以阴极保护单元化技术进行提升，作为补充技术,这样的钢管就成为一种价格性能比非常高的新管种,这新个管种也就是成品钢管^（2）。当钢管以成品钢管姿态出现时,将表现出极高的竞争力。
4.1 安全性高，寿命长
　　全部焊缝在工厂内完成,管线不会再有不合格焊缝;管节间连接是胶圈柔性接口:钢管线失效的主要原因得到排除,管线强度特性大大提高；阴极保护单元化技术的采用，保证钢管自埋设一刻起，外壁始终处于有效的电化学保护中；内防腐层也全部在工厂完成，施工环境条件有保证，内表面有条件作到玻璃钢管那样光滑、完整；这些技术特点同上海的已运行70 ～80 年的输水钢管线的技术特点相对照，成品钢管均高了一招，所以可认为成品钢管可以有100年的寿命。
4.2 用材料少,成本低

表2　　　　　　　　　 重量：公斤

比较项目

管材 　　 管体 　　 接口 　　 管材 每米重量 重量比 每个重量 重量比 每节重量 重量比 DN1600 玻璃钢管 345 1.09 49 0.78 1429 1.08 成品钢管 315 1.00 63 1.00 1323 1.00 T型球铁管 696 2.21 396 6.29 3180 2.40 DN2000 玻璃钢管 535 1.08 69 0.70 2209 1.06 成品钢管 495 1.00 99 1.00 2079 1.00 T型球铁管 1076 1.17 708 7.15 5012 2.41 DN2400 玻璃钢管 734 1.03 114 0.80 3050 1.02 成品钢管 710 1.00 142 1.00 2982 1.00 K型球铁管 1501 2.11 1142 8.04 7146 2.40

　　制表说明：管线工作条件 内水压:0.6Mpa ； 设计水压：1.1Mpa ； 埋深：2.0米 ；
　　　　　　　地面荷载：:汽－15双列重车或 1.0 t/m^2。钢管重量 来自HOBAS管道设计与施工手册
　　　　　　　压力等级：PN1.0Mpa；公称刚度：SN10000
　　　　　　　球铁管重量 来自日本球铁管协会资料及日本标准 取用第3种管
　　　　　　　钢管重量　 设计厚度来自给水排水工程结构设计手册P1092 分别为8、10、12毫米 中国建筑工业出版社 84.7

　　当进入成品钢管阶段，钢材的强度特性可以充分发挥,就可以放心地按我国钢管建设的优秀成果－－市政给水钢管的结构设计方法^（3）、采用合理厚度，此时，其单位长度重量是球铁管的一半上下，同玻璃钢管相当或低于玻璃钢管（下表2）。输水钢管能这么轻是很难想象的，但有足够的技术支持证明是安全可靠且可操作时，那在价格上、施工方便上的竞争力是强大的。如果开始应用这项技术时保守一些，较规范所定厚度再增加2～3毫米，即使这样，其重量仍是非常之轻的，为球铁管的一半。
4.3 设备投入费用少，管材易得到
　　当以市场钢板为原材料时，一条生产线、一组轧辊、一列模块就可以生产DN800～3000范围内各种口径的成品钢管，设备投入300～400万就可；而要生产相应口径的球铁管，需要多条生产线和大量的模具，设备投入没有一个亿是不行的。生产成品钢管设备投入是生产球铁管的几十分之一。成品钢管将是比较容易得到的管材。
4.4 制管设备少,管材重量轻,易采用
　　较少的设备，就为在工程地附近建设移动车间提供了可能与方便。大口径管材运输难的问题可以避开,适用工程的范围就大大扩展。
　　重量轻,单位长度重量同玻璃钢管相当,吊装机具级别就可较低，施工也就方便;且回填要求又较玻璃钢管低。成品钢管将是施工期最短、施工费用最低的新管种。
　　总之，Y型接口成品钢管不仅性能高，价格低，而且易得到，易采用。钢管在输水管材中的地位将会由此而重新排定。
　　PCCP管在我国的发展经历给人们以深刻印象，从大工程不敢用到一下子就出现几十家生产厂，这样一个大变化就是因为有了一项有示范效应的工程而在一、二年间完成的。可以相信，以Y型接口为核心技术的成品钢管所具的竞争力，只要取得一个合适工程，它也必将会在中国跃起，就在这一、二年中。这里还请允许我多说一句话，一些正在策划上大口径球铁管的制管公司，对未来的大口径输水管线市场再审度一下吧。

参考文献：

（1）冯竟瑜 “上海市给水管网中铸铁管爆裂原因及对策研究”综合报告 上海市自来水公司1987。
（2）沈之基　 成品化输水钢管　 焊管2004 No1:7～11
（3）刘雨生等 市政给水钢管的结构设计方法 中国水协设备网 技术推广 2002。8。

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作者：沈之基，男，生于1941年，高级工程师，长期从事管道技术工作，曾主持过管线内外防腐、阴极保护、管线强度特性等方面的课题研究，多次获市、局科技成果奖；近年，致力于成品钢管理念、技术的推进。

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