鋼塑復合管在三峽工程供水系統中的應用

謝武法 陳小俠

摘 要：本文結合三峽工程供水管網對鋼塑復合管應用實例，總結出了鋼塑復合管的施工方法，對鋼塑復合管在安裝和運行過程中容易出現的問題的原因進行了分析，提出了改進鋼塑復合管的加工制造工藝的方法。

關鍵詞：鋼塑復合管；制造工藝；改進

隨著長江三峽水利樞紐工程蓄水、通航和發電三大目標已全面實現，整個工程的建設逐漸接近尾聲，三峽工程即將進入后期的景觀規劃、環境美化和各項配套設施的完善與實施階段，作為三峽工程配套設施之一的供水管網已經基本更新改造完成，在管網改造建設中采用了大量的鋼塑復合管，管道口徑從DN200-DN700不等，總長近20公里。

鋼塑復合管同時具有鋼管及HDPE管所有的優點，與傳統內水泥砂漿內防腐鋼管相比，雖然造價略高，但防腐性能得到了顯著加強，有效減少現場內防腐作業的強度和施工時間，縮短施工工期，還可減小鋼管內壁的糙率值，使管道的水力性能大幅提高。

三峽工程供水管網改造使用的鋼塑復合管的管道內襯采用了PE100級高密度聚乙烯為原料生產的塑襯管材，該管材的優點是塑料管壁厚可達10mm以上，具有極高的機械強度交聯度，由原來線性分子結構改性成三維網狀結構，同時內壁光滑、不積垢，輸送流體阻力小，可以增加流量；同時具有優良的化學穩定性，衛生，無毒，適用于-30℃～95℃的工作環境，是新一代綠色環保管材。

1 鋼塑復合管的安裝

由于鋼塑復合管在施工現場不能切割、不能焊接的特殊性，三峽工程中在鋼塑復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合管安裝的難點，現場安裝時可以采取兩種方式進行解決：（1）一次安裝法：以訂單生產方式為主，通過現場測量，繪制管道單線加工圖，送廠家進行管段及配件加工并加裝內襯，再運付現場安裝。（2）二次安裝法：以通過現場初裝，形成半成品，返廠制作成品，運回現場組裝，即現場用非襯鋼管和管件，通過切割、焊接、法蘭連接，將管線初裝到位后，然后拆下送廠進行襯塑加工，再運回現場進行安裝。二次安裝法較一次安裝法管道及管件尺寸更加準確，但增加了安裝成本和了運輸成本，也延長了施工工期。

三峽工程供水管網鋼塑復合管安裝過程中，為減少二次安裝的比例，在管溝管廊開挖和澆筑時，對管溝和管廊進行了取直，管溝和管廊轉彎時盡量使用15°、30°、45°度等標準彎，通過加強土建工程測量控制，盡量避免軸線調整，減少非標件的使用；另外通過間隔一定距離使用波紋補償器的方法，消除部分軸向誤差，同時借轉一定的角度。

2 鋼塑復合管安裝和運行過程中容易出現的問題

鋼塑復合管在安裝和運行過程中容易出現的問題主要有以下兩個方面：

（1）內襯塑料軸向位移、塑料法蘭翻邊轉角處開裂。由于內襯塑料材料與鋼管的熱膨脹系數相差較大，鋼塑復合管在外界溫度發生變化時易產生內襯層相對鋼管軸向位移的現象，在軸向位移受到內襯法蘭轉角及加強筋處的阻力時，造成內襯塑料法蘭轉角的破裂。在三峽工程供水系統使用鋼塑復合管的前期實踐中，由于鋼塑復合管內襯加工都是在工廠室內進行，運送到現場后，未及時安裝入溝，亦未采取必要的保溫措施，且適逢高溫季節，大量產品運送到現場不久后就出現了內襯塑料軸向位移、塑料法蘭翻邊轉角處開裂的現象。

（2）內防腐層脫離。在三峽工程供水系統前期對鋼塑復合管的應用實踐中，曾經發生過鋼塑復合管內襯材料脫離的現象，內層材料脫離后，翻卷、阻塞在管道中，引起管道過流能力減少。通過對脫離內村、暴露的鋼管內壁進行了分析，我們認為造成內防腐層脫離的主要有以下幾個原因：鋼管內表面的粗糙度不足，影響了塑料防腐層在鋼管上的附著力；粘合劑粘結效果不佳；內防腐層厚度較薄；內防腐層尺寸與鋼管內壁尺寸誤差較大、契合度不高；氣溫變化引起熱脹冷縮的影響等。

3 鋼塑復合管加工制造工藝的改進

通過對上述問題的分析，我們提出了以下方法改進鋼塑復合管的加工制造工藝。

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

（2）使用新型粘合劑、改進粘合劑工藝。后期采用JHJ-4428新型高效粘合劑，再加入特種交聯劑混合，用離心機將其均勻地涂覆在處理后的鋼管內表面，粘合劑與鋼管基體緊密結合，在空氣中進行交聯固化，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，再復合入塑料內襯管。通過第一層粘合劑的過渡，把鋼基體與聚乙烯以化學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）采用冷塑復合工藝安裝內襯材料，加強內襯材料和鋼管內壁的附著力。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，國標ФD630鋼管內徑為609mm，將外徑為Ф611的塑料管置于電腦調控溫度變化的冷縮機中進行冷縮，調控溫度低于常溫25℃保溫半小時，可使塑料管的外徑收縮至Ф606mm左右，此時PE管外徑小于鋼管內徑，通過復合機將塑料管與鋼管復合到一起，然后向PE內襯通入熱風進行膨脹，使塑料管緊緊貼在鋼管內壁。

（4）在鋼管內壁兩端加工出螺紋倒鉤，增強鋼管與PE管之間摩擦力。

（5）加工制造特殊法蘭。通過實踐，我們設計了一種特殊法蘭結構，法蘭端面加工45°的燕尾形倒角，倒角深度為3～7mm，法蘭內孔加工R3過渡圓角。在內襯塑料法蘭加熱翻邊成型時，經過加熱的塑料被擠壓入45°的燕尾形倒角和肓孔中，法蘭內孔加工的圓角能有效地避免鋼件對塑料層的破壞，該處的塑料層也得到了加厚。

（6）改進內襯法蘭翻邊工藝。傳統的加溫翻邊操作采用噴燈加溫制作，噴燈加溫溫度高達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構，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，影響鋼塑復合管的使用壽命。改進后的翻邊工藝將復合好的鋼塑復合管通過加熱裝置和模具對管道的端面進行翻邊操作，溫度始終控制在160℃～180℃之間，加溫時間在20分鐘左右，使塑料端面整體塑化，而后運用模具將塑化后的塑料進行翻邊成型，使管體內部形成整體塑管密封。使用該工藝的優點是不破壞高密度聚乙烯分子結構，成型后的鋼塑管具有表面光滑，塑料密封面不易老化。

（7）產品運到現場后盡快安裝入溝，對不能及時安裝的產品采取遮蓋保護措施，避免溫差過大對產品內襯層造成破壞。

4 結束語

通過對鋼塑復合管加工制造工藝的改進，以及現場安裝技術和安裝工藝水平的提高，后期運送到施工現場的產品基本沒出現過內襯層軸向位移和內襯法蘭翻邊轉角破裂的現象，三峽工程供水系統中的鋼塑復合管運行幾年以來，總體狀況良好，未出現管道破裂、接口漏水、內防腐層脫落翻卷堵塞管道的情況。