pe管與球墨鑄鐵管比較(共11頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上PE管與球墨鑄鐵管用于輸水管道的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較吳永剛2014年3月一、前 言在市政給水管道領(lǐng)域，可供選擇的管材種類很多，既有鋼管（SP）、球墨鑄鐵管（DIP）、預(yù)應(yīng)力混凝土（PCP）管、預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土（PCCP）管等傳統(tǒng)管材，也有聚氯乙烯（PVC）管、聚乙烯（PE）管等塑料管材。在國內(nèi)，市政管道以球墨鑄鐵管（DIP）為主，但是隨著塑料管材生產(chǎn)、應(yīng)用技術(shù)的成熟，塑料管以其經(jīng)濟(jì)性、優(yōu)越的技術(shù)性能、安全性等諸多優(yōu)點(diǎn)已逐漸成為市政管道的主角。聚乙烯（PE）管作為性價(jià)比最高的塑料管材，其應(yīng)用遙遙領(lǐng)先。二、PE管與球墨鑄鐵管的性能比較與傳統(tǒng)管材-球墨鑄鐵管相比，聚乙烯（PE）管有

2、以下獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)： 重量輕、搬運(yùn)方便。球墨鑄鐵管密度為7.2，PE管密度約0.95，球墨鑄鐵管是PE管的7.58倍。1.0MPa的dn315管材每米重量18.148公斤，而DN300mm的鑄鐵管每米52.8公斤，管材按6m/根計(jì)算，PE管材每根重108.88公斤，兩三個工人即可完成搬運(yùn)；DN300鑄鐵管每根重量316.8公斤，必須依靠機(jī)械進(jìn)行管材的吊裝、運(yùn)輸，二次搬運(yùn)很不方便。在地形復(fù)雜地區(qū)，塑料管道重量輕的優(yōu)點(diǎn)更加明顯，可極大降低管道的施工強(qiáng)度，減少施工費(fèi)用。經(jīng)驗(yàn)證明，相同口徑PE管施工費(fèi)用與鑄鐵管相比可降低4050%。 PE管安裝簡便、管道接口強(qiáng)度高于管體，安全性好。PE管可采用熱熔對接焊接、

3、熱熔承插焊接、電熔焊接等連接方式，只要按照正常的焊接參數(shù)進(jìn)行操作，可確保接口100%合格，一次試壓成功，明顯降低管道二次施工費(fèi)用。球墨鑄鐵管采用橡膠圈連接，管道接口容易拔開。三通、彎頭、變徑等受力部位必須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求設(shè)置混凝土支墩，以防止管道接口拔開漏水。日后管道接口也會產(chǎn)生因水錘、不均勻沉陷或地殼活動造成滲漏的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。 內(nèi)壁光滑，水力性能好、運(yùn)行能耗小。PE管材的糙率n值0.0080.009，球墨鑄鐵管的糙率為0.013。當(dāng)管道輸水流量、水頭損失一致時(shí)，塑料管內(nèi)徑可比金屬管內(nèi)徑小13%，即可采用較小管徑的PE管材代替較大管徑的球墨鑄鐵管；當(dāng)管內(nèi)徑、水頭損失一致時(shí)，塑料管過水流量可比

4、金屬管大44%；當(dāng)管內(nèi)徑、輸水流量一致時(shí)，塑料管水頭損失可比金屬管小52%，可考慮選擇較小揚(yáng)程的水泵降低投資或減少電費(fèi)等管道日常運(yùn)行費(fèi)用。 耐腐蝕性能好，使用壽命長。腐蝕是生物、物理和化學(xué)過程相互作用的結(jié)果，嚴(yán)重的管道腐蝕不僅使管網(wǎng)水的濁度、色度、細(xì)菌種類和數(shù)量、有毒重金屬含量等水質(zhì)指標(biāo)惡化，而且引起管壁變薄穿孔，增加水頭損失和輸水能耗等。PE管材具有天然的耐腐蝕性能，不受潮濕水分和土壤酸堿鹽的影響，不導(dǎo)電，對電解質(zhì)不敏感，管道鋪設(shè)不需進(jìn)行任何防腐處理，使用壽命長達(dá)100年以上。而球墨鑄鐵管正常使用壽命為30-50年，在地下水層淺或酸堿鹽地區(qū)，管材內(nèi)、外必須做高等級防腐處理，使用壽命會大大降低

5、，一條PE管道相當(dāng)于兩條甚至幾條球墨鑄鐵管道的壽命總和，從而有效保證了管道輸水的安全性。 材質(zhì)衛(wèi)生、對水質(zhì)無二次污染：PE管材的原料和著色劑外不加任何輔料，因此安全衛(wèi)生，對人體不會有任何危害，其衛(wèi)生性能完全符合GB/T 17219-1998 生活飲用水輸配水設(shè)備及防護(hù)材料的安全性評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的要求。 柔韌性好、抗水錘破壞能力強(qiáng)、抗沖擊。PE管道較小的彈性模量造就了PE管材特殊的優(yōu)勢。良好的柔韌性使得PE管材具備普通管材不具備的曲率半徑，對溝槽的平直度要求較低，可適應(yīng)惡劣的地形環(huán)境，也是非開挖管材的首選；抗水錘能力是球墨鑄鐵管的5倍以上，可大大減少因突然停電或停泵造成水錘對管材的破壞。良好的抗沖擊性

6、能避免了管材在安裝及運(yùn)輸過程中斷裂或損壞，或者受到外力情況下不會大面積損壞，降低了維修難度；而球墨鑄鐵管道對地形要求極高，必須保證管道溝槽的平直才能施工，否則管道安裝時(shí)易造成接口膠圈頂翻漏水。管道正常運(yùn)行時(shí)遇到外力會出現(xiàn)爆管，造成大面積損壞，維修難度很高。 適用性廣，節(jié)省投資。PE管材可分為0.6MPa、0.8MPa、1.0MPa、1.25MPa、1.6MPa、2.0MPa、2.5MPa等規(guī)格，也可根據(jù)工程實(shí)際情況生產(chǎn)0.4MPa、0.7MPa、0.9MPa等特殊規(guī)格壓力管材。因此可根據(jù)輸水管道的管線壓力分布采用不同公稱壓力的管材，做到管盡其材，減少資源浪費(fèi)。 抗紫外線。PE管道可有效抵抗太陽

7、紫外線對管材的破壞，在陽光下正常壽命可達(dá)20年以上，因此可以明敷或放置在戶外使用，是臨時(shí)管道或特殊工程的首選。三、兩種管材的技術(shù)比較PE管材內(nèi)壁光滑，水阻系數(shù)小，在實(shí)際工程中，選用適當(dāng)口徑的塑料管材，可大幅降低常年運(yùn)行費(fèi)用。又塑料管材具有較小的彈性模量，可有效降低水錘對管材的破壞，提高管道長期運(yùn)行的安全性能。計(jì)算條件：管線流量： Q300 = 6000 m3/d =0.069m3/s ；選用管材： DN300mm球墨鑄鐵管材dn315mm*18.7mmPE管材1、技術(shù)可行性分析1）管道流速計(jì)算：式中 d:管材內(nèi)徑（m）v：管內(nèi)水的平均流速（m/s）Q：管材輸水量（m3/s）（1） DN300球

8、墨鑄鐵管流速 v=4*0.069/3.14/0.32= 0.98m/s（2） dn315mm*18.7mmPE管材的流速v=4*0.069/3.14/（0.315-0.0187*2）2= 1.14m/s兩種管材的流速均在其最佳經(jīng)濟(jì)流速范圍內(nèi)，完全滿足輸水要求。2）水力計(jì)算： DN300球墨鑄鐵管水力計(jì)算 球墨鑄鐵管內(nèi)流速1.2 m/s時(shí)，管內(nèi)水的流態(tài)屬于紊流過渡區(qū)，單位水頭損失可由下式計(jì)算。式中: ：每米管道的水頭損失(米)：管材內(nèi)徑（m）：管內(nèi)水的流速（m/s）代入得單位長度水頭損失： = 0.0051m/m dn315mm PE管，流量為0.069m3/s時(shí)的水頭損失： i=0.0051-

9、0.00375 = 0.00135 m/m計(jì)算結(jié)果表明，在輸水流量相同條件下， dn315mm PE管材水頭損失比DN300球墨鑄鐵管小，水力性能更佳，在同樣水頭損失下，流量更大，更適用于管道輸水。 2、安全性分析1）抗水錘能力計(jì)算：當(dāng)設(shè)計(jì)一條管道系統(tǒng)的時(shí)候，應(yīng)該考慮由于水錘引起的壓力波動。當(dāng)液體快速開始流動或停止時(shí)（因事故或停電造成的開停泵）液體動量引起管道瞬時(shí)壓力上升，往往造成管道破壞，因此管道的抗水錘能力對管道的運(yùn)行安全影響很大。對停泵水錘壓力增值可由以下公式計(jì)算：其中壓力波回流速度式中 ：水錘壓力（m） ：流速變化，取平均流速a：壓力波回流的速度（m/s）：水的重力密度取10×

10、;103N/m3 K：水的體積模量取2200×106 N/m2Ep：管材的彈性模量，鑄鐵管材取16×1010 N/m2，PE管取8-9×108 N/m2di：管材內(nèi)徑en：管材壁厚壓力波回流速度計(jì)算：球墨鑄鐵管 DN 300mm*7.2mm=1170.76m/s則水錘壓力增值 =117.08米水柱 PE管材 dn315×18.7mm =233.86m/s由于PE管材較鑄鐵管材具有更低的彈性模量，水錘壓力的增值明顯降低，可有效防止水錘壓力波動對管材本身造成的危害，提高管道長期運(yùn)行的安全性。2）管道連接安全性PE管道采用焊接連接，無論是對接焊還是電熔焊或者承

11、插焊接，其焊接原理相同，均為同體熔融連接，一體性好，管道運(yùn)行后基本不需要特別維護(hù)；而球墨鑄鐵管道的橡膠圈接口是活口，必須做好管道的回填及彎頭、三通等處的支墩設(shè)置工作，否則日后管道接口在遇到水錘、地基沉陷、重荷載、地震等因素容易拔開漏水。綜上情況，從輸水技術(shù)角度來看，PE管道無論在水力性能，還是運(yùn)行安全性上均優(yōu)于同規(guī)格球墨鑄鐵管。四、管道經(jīng)濟(jì)分析1、 管材材料費(fèi) 單位： 元價(jià)格管材 100mm110mm150mm160mm200mm300mm315mm400mm500mm600mm630mm700mm710mm800mm球墨鑄鐵管材115.58175.20219.87316.80449.8762

12、4.40824.131048.131301.07PE管材34.8873.66114.97290.37467.40732.161161.41474.51869.6注：管徑上邊標(biāo)注球墨鑄鐵管材規(guī)格，下邊標(biāo)注的是塑料管道管材規(guī)格。上表可知，當(dāng)管徑DN300mm管徑，管徑越小，PE管材價(jià)格優(yōu)勢越明顯。2、管網(wǎng)常年運(yùn)行費(fèi)用分析 管網(wǎng)常年運(yùn)行費(fèi)用是一般是通過泵站電能消耗來維持的，PE管材比鑄鐵管常年運(yùn)行耗電量的節(jié)約按照下式計(jì)算：式中E：年運(yùn)行耗電量（KWh）Q：日供水量（m3/d）H：水泵工作全揚(yáng)程差（m） H=（h鑄鐵-h塑）×L（1）PE dn315管材與鑄鐵管DN300相比，PE管材節(jié)電量

13、如果電費(fèi)按0.57元/KWh計(jì)算，年運(yùn)行費(fèi)用可比鑄鐵管節(jié)約11.58萬KWh×0.57元/KWh=6.6萬元由此可見，合理使用PE管材代替鑄鐵管，日常運(yùn)行費(fèi)用僅用電量一項(xiàng)每年即可降低6.6萬元。(2) 常年運(yùn)行費(fèi)用差額折現(xiàn)。PE管道使用壽命為100年，鑄鐵管道使用壽命為30-50年；本計(jì)算均取30年使用壽命。折現(xiàn)率取i=7%（公益性，如商用則為12%），殘值為零，管道按當(dāng)年投資當(dāng)年運(yùn)行計(jì)算。則：DN300球墨鑄鐵管材與dn315mm管材相比 E=6.6×13.278=87.6萬元即當(dāng)保證6000 m3/d的輸水狀況下，DN300mm鑄鐵管（按30年計(jì)算）比PE管材多支出的運(yùn)行費(fèi)用（僅電耗）折現(xiàn)值為87.6萬元。如按照100年計(jì)算，考慮常年維修、維護(hù)費(fèi)用，將節(jié)約更多。3、施工費(fèi)用 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，塑料管材是同規(guī)格球墨鑄鐵管材的1/3,管徑越小差距越大