球墨鑄鐵管的發(fā)展

時間：2019-12-12作者：山東豐盛管業(yè)有限公司瀏覽：99

連日來，我國華南，西南旱情較為嚴重。華北進入冬季仍然干燥無雪，氣溫不降反升。近日，我國某市老舊預(yù)應(yīng)力混泥土管發(fā)生爆裂，口徑為DN800。下圖：為供水公司人員全力搶修抗旱保供水！發(fā)現(xiàn)爆裂   抓緊搶修球墨鑄鐵管管道爆裂，管道水流涌出街道。一根斷裂，整體松懈！夜以繼日  加班加點  制作配件  進行搶修經(jīng)過供水公司專業(yè)人員的搶修，管道通水，**收工！知識點預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管是指在帶有鋼筒的高強混凝土管芯上纏繞環(huán)向預(yù)應(yīng)力鋼絲，再在其上噴制致密的水泥砂漿保護層而制成的輸水管。

它是由薄鋼板，高強鋼 絲和混凝土構(gòu)成的復(fù)合管材。找出管道漏點預(yù)應(yīng)力鋼絲就像彈簧它充分而又綜合地發(fā)揮了鋼材的抗拉，易密封和混凝土的抗壓，耐腐蝕性能，具有高密封性，高強度和高抗?jié)B的特性。已導(dǎo)致美國現(xiàn)在已經(jīng)不再生產(chǎn)球墨鑄鐵管價格。向中國輸出技術(shù)的阿美隆公司，普賴斯兄弟公司已經(jīng)停產(chǎn)關(guān)閉。美國的水務(wù)機構(gòu)已經(jīng)對自己系統(tǒng)中的球墨鑄鐵管采取降壓，審核運行，內(nèi)外部檢查及修復(fù)或更換管道等等行動。球墨鑄鐵管管主要失效模式是鋼絲腐蝕管爆裂，保護鋼絲的水泥砂漿防護層自身脆弱，運行中得不到保護，它的壽命成為球墨鑄鐵管管壽命的決定因素，高內(nèi)壓的大口徑球墨鑄鐵管廠家管線“膨脹量”大，特別危險。
由于球墨鑄鐵管的較高的失效可能性因此報告能夠?qū)Ρ泵狼蚰T鐵管性能有代表作用。報告的目標是對失效作統(tǒng)計分析和開發(fā)一個評估模型，。項目研究者已經(jīng)知道的美國球墨鑄鐵管失效事件：第1類別失效，有435個，第2類別失效（嚴重劣化或結(jié)構(gòu)弱化—通過檢查看到的和第3類別世紀40年始到2006年，累計生產(chǎn)使用球墨鑄鐵管約30000km或部分替代，的失效有35662個。第1類平均值為年，*2，3類失效為年。30000km球墨鑄鐵管管線，發(fā)生435個第1類別失效，35662個第2類別和第3類別的失效，從數(shù)字上看，同其他管材相比也不是特別嚴重，不過，考慮到使用的球墨鑄鐵管口徑較大，失效管線幾乎都在30英寸（相當DN750）以上，失效的主要模式是爆裂，失效發(fā)生時間在投入運行后十多年，不是很長，所以從后果看，球墨鑄鐵管失效是嚴重的，需要認真應(yīng)對。
這些失效發(fā)生年份報告對美國球墨鑄鐵管的失效和失效率采用了“令人驚訝”的表達，這應(yīng)該是合適的，這也就能理解為什么美國水務(wù)機構(gòu)這么重視球墨鑄鐵管失效，理解為什么會“希望這個結(jié)果將應(yīng)用于整個”。2.大的球墨鑄鐵管管工程已經(jīng)發(fā)生多次爆裂，大量管段急需積極的修復(fù)上世紀九十年代利比亞的“非洲大人工河”工程采用口徑球墨鑄鐵管，工作壓力為，總長3300km（雙線），由美國和韓國合作建造，這個巨大工程，是**上球墨鑄鐵管技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)秀的有力案例。該工程于1984年啟動，1996年完成，是號稱奇跡的大工程。
2001年到2005年時，這個“運行良好”工程已經(jīng)發(fā)生5次爆裂，對部分管線（大約1000km）經(jīng)過檢測，2011年已經(jīng)發(fā)現(xiàn)鋼絲斷裂35000根，急需制定積極的修復(fù)計劃?，F(xiàn)在這個工程，數(shù)千節(jié)管段需要維修或更換，余下的管道需要進行狀態(tài)評估。自1991年的**期工程完成并運行到2001年爆裂發(fā)生，只有10年，到2011年數(shù)千節(jié)管段需要維修或更換，是20年。3.中國球墨鑄鐵管管也已有爆裂事件中國球墨鑄鐵管管已經(jīng)有多個運行僅僅幾年就發(fā)生爆裂的案例，但這些失效事故沒有引起用戶，開發(fā)商和設(shè)計單位的重視，有關(guān)責任部門也許認為這是發(fā)展過快，品質(zhì)失控造成個別特例，也沒有給予應(yīng)有的關(guān)注，只有不多的深受其害的爆裂用戶，對自己的經(jīng)過發(fā)表了文章。
寧夏某水務(wù)公司八年前使用了幾十公里的DN800球墨鑄鐵管管，已經(jīng)發(fā)生了多次爆裂，經(jīng)檢測已有五十多處出現(xiàn)鋼絲斷裂，發(fā)生爆裂停水事故的概率大大上升，已經(jīng)嚴重影響該水務(wù)公司的安全運行。三，美國已經(jīng)重新認識球墨鑄鐵管管并采取行動。美國，上使用多的，也是中國球墨鑄鐵管技術(shù)的引進源頭，已經(jīng)對球墨鑄鐵管管有了新的認識和行動。1.生產(chǎn)商逐步停產(chǎn)或關(guān)閉二十年來，球墨鑄鐵管管生產(chǎn)量逐年減少，到2006年，年產(chǎn)量不到高峰時2%，僅英尺（約），美國現(xiàn)在基本上已經(jīng)不再生產(chǎn)球墨鑄鐵管管，向中國和大人工河輸出技術(shù)的阿美隆公司（Ameron），普賴斯兄弟公司（Price Brothers），已經(jīng)停產(chǎn)或關(guān)閉。
2.水務(wù)機構(gòu)對系統(tǒng)中球墨鑄鐵管管采取的補救行動雖然有十多個水務(wù)機構(gòu)是參與了項目，但他們對于項目的目標——對失效統(tǒng)計分析和開發(fā)評估模型并不滿足，他們的實際行動是：（1）開發(fā)一個基于風險的評估方案，以確定用戶的球墨鑄鐵管大失效風險。（2）降低操作壓力到**被鋼筒約束管芯的開裂應(yīng)力。（3）審查該球墨鑄鐵管用戶的管線運行實踐，以確保由于流量變化和閥門關(guān)閉時，不發(fā)生壓力驟變。（4）進行無損評價。如內(nèi)部檢查尋找裂紋和分層等等。（5）進行管的外部檢查，通過挖掘和視覺檢查管子。
通過調(diào)查和風險評估，再結(jié)合腐蝕和其他評估結(jié)果，對需要矯正的管道考慮：（a）選擇部分的管道做結(jié)構(gòu)性恢復(fù)，（b）選擇部分的管道，移除或替換，（c）更換這條管道。上面行動**條是研究項目的目標，水務(wù)機構(gòu)同項目目標一致并接受，而降壓，審核運行，內(nèi)外部檢查及修復(fù)或更換管道等等行動是遠遠過項目目標的，這樣的積極主動行為，顯示了美國水務(wù)機構(gòu)的責任心。現(xiàn)在向球墨鑄鐵管管內(nèi)襯里鋼管或碳纖維的技術(shù)得到發(fā)展，不僅美國城市水務(wù)采用，北美的墨西哥大口徑球墨鑄鐵管管線也已經(jīng)進行這樣的修復(fù)工作。
四，對球墨鑄鐵管管的失效原因解析因信息有限，難以明白美國不再生產(chǎn)使用球墨鑄鐵管的全面情況和細節(jié)，難以對美國的這個變化做出切實的深入理解。這里從中國實際出發(fā)，在對中國球墨鑄鐵管發(fā)展過程了解的基礎(chǔ)上，以管道技術(shù)工作的經(jīng)驗，供水業(yè)主立場視角，對球墨鑄鐵管的性能和未來作出分析。球墨鑄鐵管具有經(jīng)濟和耐腐蝕特點，其**手段是采用高強度鋼絲和預(yù)應(yīng)力技術(shù)。鋼絲的設(shè)計應(yīng)力是鋼管鋼材的5倍以上，由此節(jié)約了鋼材而**經(jīng)濟性，混凝土和砂漿包裹鋼絲和鋼筒，由此**了耐腐蝕。
這些是發(fā)展這個產(chǎn)品時開發(fā)人員的期望，也是這個產(chǎn)品投入運行一段時間內(nèi)的表現(xiàn)，但是隨著時間推移，球墨鑄鐵管的實際表現(xiàn)同期望有很大的差異，原來的耐腐蝕方面的優(yōu)勢并不如設(shè)計理想。筒體傳遞給襯里層的應(yīng)力非常之小，筒體在外，涂層在內(nèi)，筒體保護著涂層，內(nèi)壓有利于水深入涂層細部，水泥顆粒的水化作用繼續(xù)，涂層較加致密，細小裂縫還可自己愈合，內(nèi)壓還有利于涂層同管壁結(jié)合。襯里層保護了管道內(nèi)壁，管道保護了襯里，這就是內(nèi)襯水泥砂漿層能長期保護管道內(nèi)壁的原因。
壽命長的解讀—襯里層同外保護層有不同（1）鑄鐵水管采用水泥砂漿襯里層有50～*的壽命。水泥砂漿襯里層對輸水鑄鐵管，鋼管提供50年以上的安全服務(wù)，可以有50～*的壽命，這是已經(jīng)有眾多事實證明并得到公認的，水泥砂漿襯里涂層，在同它接觸的鐵，鋼表面形成PH12的環(huán)境，鐵鋼鈍化，所以能確保鐵鋼不發(fā)生腐蝕，這里要指出，這樣環(huán)境能形成并保持，條件是涂層穩(wěn)定，不發(fā)生裂縫，脫離，鑄鐵管，鋼管運行時。1.水泥層耐腐蝕所有的內(nèi)外負載都由鐵鋼筒體承擔。
（2）球墨鑄鐵管管水泥保護層自身得不到保護，難以為鋼絲提供可靠保護。水泥砂漿襯里層對鑄鐵管，鋼管可以提供50年以上的安全服務(wù)，但水泥砂漿保護球墨鑄鐵管鋼絲，鋼筒，也可以提供50年以上的壽命，是值得推敲的。鋼筒承擔，但因鋼絲鋼筒在內(nèi)，脆性的水泥保護層在外，保護層自身得不到保護，所有的內(nèi)外負載以及運輸，吊裝時的震動，碰撞，全部都是產(chǎn)生裂縫和發(fā)展裂縫的誘因，傷害保護層，保護層外部環(huán)境復(fù)雜，如干濕交替，土壤含有傷害保護層成分等等，不一定能為鋼絲形成保護環(huán)境。
襯里層和保護層，雖然同樣是水泥砂漿覆蓋鋼材表面，但二者的處境不一樣，能夠發(fā)揮的作用也就不一樣。實踐表明，球墨鑄鐵管管保護層同鑄鐵管襯里層所處條件不同。這是由于球墨鑄鐵管管線運行時雖然內(nèi)外負載主要都由鋼絲難有同樣壽命。大口徑的管線應(yīng)用風險球墨鑄鐵管管的水泥保護層是管芯，鋼絲在無內(nèi)壓狀態(tài)下成形，養(yǎng)生的，運行時高內(nèi)壓會使管道有小小的“膨脹”，這個膨脹有將保護層脹裂傾向，是裂縫生成的主要源頭且無法避開，膨脹量同內(nèi)壓成正比關(guān)系，同口徑也成正比關(guān)系，所以高內(nèi)壓大口徑的球墨鑄鐵管管特別危險。
在保護層外做環(huán)氧樹脂等涂層，對因膨脹而產(chǎn)生的裂縫，也很難起到阻止作用，同樣，陰極保護也對膨脹而產(chǎn)生的裂縫，不能有阻止作用。2.高內(nèi)壓大人工河工程設(shè)計內(nèi)壓達到2，對水管來說是較高的內(nèi)壓，上海供水系統(tǒng)的水廠出廠管，內(nèi)壓都在以下，所以高內(nèi)壓應(yīng)該是大人工河工程出現(xiàn)多次爆裂和幾萬根鋼絲斷裂的主要原因。美國失效研究報告中提到，美國水務(wù)機構(gòu)一致認為“水壓試驗”和“水擊”是球墨鑄鐵管管線失效的二個“肇事者”，這也就是水務(wù)機構(gòu)對自己系統(tǒng)中的球墨鑄鐵管管線采取降壓，校核運行措施的原因。
這也表明高內(nèi)壓對大口徑球墨鑄鐵管這樣的產(chǎn)品是不合適的。3.保守設(shè)計的低內(nèi)壓管線可以有較長使用壽命如果一定要使球墨鑄鐵管管使用壽命達到*，早期設(shè)計要留有余地。鋼絲設(shè)計應(yīng)力不宜大于極限強度45%，運行內(nèi)壓低，埋設(shè)環(huán)境好，這樣條件下的球墨鑄鐵管管，其保護層就會大大減少發(fā)生有害裂縫，管線就可以有很**命。國內(nèi)在管表面涂裝環(huán)氧煤瀝青，也是保護外層水泥的一種方法。不能因為有了10年就發(fā)生爆裂的案例，就將它作為壽命只能是10年依據(jù)或證明，也不能因為可能有運行*的案例，就堅持壽命可以有*的說法。
就球墨鑄鐵管這個產(chǎn)品來說，美國的球墨鑄鐵管失效研究報告，做了這些深入和了解工作，后得到結(jié)果是：失效的**原因是鋼絲腐蝕斷裂，這樣的結(jié)果應(yīng)該是可以成立的，可以拿來借鑒的。大人工河案例，也將失效的**原因指向了鋼絲斷裂。我們認為，認真深入研究球墨鑄鐵管的鋼絲斷裂。但案例只能說明可能性存在是有實際意義的。雖然美國失效報告中沒有直接說，美國水務(wù)機構(gòu)今后不再用球墨鑄鐵管了，但是他們的降壓，審核運行，內(nèi)外部檢查及修復(fù)或更換管道等等行動，實際上表達他們對球墨鑄鐵管管的態(tài)度，這也是阿美隆公司（Ameron），普賴斯兄弟公司（Price Brothers），停產(chǎn)關(guān)閉的重原因之一。
五，對中國管材應(yīng)用的警示20年前中國從美國引進了球墨鑄鐵管管技術(shù)，目前生產(chǎn)量已經(jīng)是**，大量的球墨鑄鐵管管應(yīng)用于供水，（給）排水和水力電力系統(tǒng)，并且以其經(jīng)濟性和資源型的特點在大力推廣，但前人之轍理應(yīng)成為我們的寶貴財富，今天美國對球墨鑄鐵管管的新認識和態(tài)度對中國業(yè)界是一個很好的警示。（1）對于正在設(shè)計建設(shè)的高內(nèi)壓大口徑球墨鑄鐵管管線，建議在信息對稱的條件下，再度評估工程決策和設(shè)計，決定繼續(xù)原來設(shè)計還是重新設(shè)計，把握好設(shè)計關(guān)。（2）對于已建設(shè)運行的球墨鑄鐵管管線，特別是高內(nèi)壓大口徑管線，建議抓緊進行設(shè)計復(fù)核，校核運行條件，開展內(nèi)外部檢測，按檢測結(jié)果采取相應(yīng)的防范和補救措施。
這是確保已經(jīng)建設(shè)管線正常安全運行一個必要的環(huán)節(jié)，把握好應(yīng)用關(guān)。（3）應(yīng)重視向中國提供技術(shù)的美國公司已經(jīng)停產(chǎn)關(guān)閉的事實，深入對其停產(chǎn)關(guān)閉原因及細節(jié)的了解，全面比照中國的現(xiàn)狀條件，才能對自己產(chǎn)品的完善，提升做出正確判定，把握好產(chǎn)品質(zhì)量關(guān)。（4）設(shè)計研究單位應(yīng)該對美國球墨鑄鐵管管的應(yīng)用現(xiàn)狀，大人工河案例開展研究討論，收集更多信息，關(guān)心中國工程應(yīng)用，為用戶，開發(fā)商提供更多的信息支持。
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