李華成

01球墨鑄鐵管輕質(zhì)化發(fā)展趨勢

在新技術(shù)的驅(qū)動(dòng)下，球墨鑄鐵管市場不斷拓展，管徑越來越大，壁厚不斷減薄，還應(yīng)用于各類非開挖施工技術(shù)。首先，球墨鑄鐵管自80年代起進(jìn)入供水行業(yè)，目前已經(jīng)成為國內(nèi)自來水管網(wǎng)行業(yè)最主要的管材。其次，北京、天津等缺水城市的再生水管網(wǎng)使用的管材也多為球墨鑄鐵管。第三，2010年左右，市政污水管網(wǎng)已經(jīng)開始使用球墨鑄鐵管，近期，江蘇、浙江、福建、廣東等東部沿海城市在市政污水管網(wǎng)領(lǐng)域廣泛使用球墨鑄鐵管，如今中部地區(qū)的城市也開始廣泛使用。第四，球墨鑄鐵管還應(yīng)用于水利長距離調(diào)水行業(yè)，自2014年在南水北調(diào)中開始使用，如今已有十年的歷史，效果非常好。此外，傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)灌溉都是用渠，現(xiàn)在全部是渠改管，表現(xiàn)出非?？捎^的節(jié)水效益。第五，傳統(tǒng)的熱力管網(wǎng)多為鋼管，平均使用壽命僅13年，而球墨鑄鐵管的壽命大約是鋼管的三倍。五年前，邯鄲、臨汾、東北等多個(gè)地區(qū)就已經(jīng)開始在熱力管網(wǎng)領(lǐng)域展開球墨鑄鐵管工程試點(diǎn)，未來熱力市場空間會呈現(xiàn)快速增長的趨勢。

新興鑄管生產(chǎn)的DN3000球墨鑄鐵管

除了市場方面的開拓之外，新興鑄管也在不斷研發(fā)新的球墨鑄鐵管非開挖技術(shù)。比如頂管施工技術(shù)、水平定向鉆施工技術(shù)、沉管施工技術(shù)以及非開挖修復(fù)技術(shù)。李華成介紹，新興鑄管最近在鄭州水務(wù)集團(tuán)開展試點(diǎn)，使用較薄的球墨鑄鐵管穿插法來修復(fù)傳統(tǒng)混凝土管，效果非常不錯(cuò)。

C級管和K級管的標(biāo)準(zhǔn)變化

球墨鑄鐵管在產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)更新上體現(xiàn)出壁厚減薄發(fā)展趨勢。李華成介紹，球墨鑄鐵管來自于西方等發(fā)達(dá)國家，如美國、英國、法國和日本等，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)從早期英標(biāo)到歐標(biāo)，再到的ISO標(biāo)準(zhǔn)，最后又發(fā)展為國標(biāo)。首選C級管比K9級管的壁厚要薄，ISO標(biāo)準(zhǔn)在上世紀(jì)90年代就提出C級管概念，國內(nèi)提出C級管概念是在2013年，比西方國家落后了將近十年。國標(biāo)GB/T 13295-2008版有K級管，也有C級管，2019年版本還是C級管與K級管并行，意味著建設(shè)單位可以采用比較厚的傳統(tǒng)管，也可以采用比較薄的國際標(biāo)準(zhǔn)管。GB/T 13295下一版本預(yù)計(jì)在后年推出，僅保留C級管，并取消K級管，更薄的輕質(zhì)化管子將逐漸出現(xiàn)在用戶面前。

K級管與C級管對比

球墨鑄鐵管的K級和C級，代表了不同的標(biāo)準(zhǔn)和分類方式。K級球墨鑄鐵管是按管材壁厚等級分類，有K7/K8/K9/K10/K11/K12，系數(shù)越高，壁厚越厚，可承受的壓力越大。K9級就是我們?nèi)粘Ｋf的默認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)壁厚的球墨鑄鐵管。C級球墨鑄鐵管是以管材允許工作壓力等級分類，推薦壓力等級有C25C30C40，代表工作壓力分別為2.5MPa、3.0MPa、4.0MPa。

李華成指出，對于供水企業(yè)來講，他們關(guān)心的不是壁厚，而是承壓能力。李華成介紹，DN80~300供水管首選壓力等級是C40，DN300~600是C30，DN700~3000是C25。與傳統(tǒng)K9管相比，小口徑C級管的允許工作壓力下降的較多，DN300~1000之間的中口徑C級管壓力下降次之，DN1000以上的大口徑C級管壓力變化很小。

“壓力的變化體現(xiàn)出壁厚的變化，即壁厚和壓力幾乎成正比。而壁厚的下降意味著成本的下降，未來賣到客戶手里的C級管價(jià)格應(yīng)該更便宜。”李華成指出，隨著工藝的進(jìn)步，賣到用戶單位的C級管一定會越來越便宜。管壁薄、質(zhì)量好，承壓能力又能得到客戶認(rèn)可的管材，才稱得上好管材。能生產(chǎn)出這樣管材的企業(yè)，才具備生存競爭優(yōu)勢。

除了管材的承壓能力，大家還關(guān)心外荷載情況。觀察上圖發(fā)現(xiàn)，小口徑K9級管的環(huán)剛度非常高，當(dāng)口徑達(dá)到DN3000時(shí)，環(huán)剛度下降到了12.2KN/m2。與K9級相比，C級管壁厚的調(diào)整則主要體現(xiàn)在中小口徑管上，但調(diào)整后的環(huán)剛度依然較高。如下圖所示，以DN500口徑管做比較，K9級管的公稱壁厚是9.0mm，C30管的公稱壁厚是7.5mm，相差1.5mm。相應(yīng)地，較薄的管材意味著成本的降低。

管道壁厚該如何選擇？這就需要進(jìn)行管道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析，具體有三種狀態(tài)：

a)埋地運(yùn)行狀態(tài)，即管道承受內(nèi)水壓力與外部荷載共同作用。內(nèi)水壓力對管道有回圓作用，可以抵消部分彎曲應(yīng)力，不是最不利狀態(tài)。

b)埋地空管狀態(tài)，即管道僅承受外荷載作用。為最不利狀態(tài)。

c)明裝運(yùn)行狀態(tài)（或管線檢修狀態(tài)），即管道僅承受內(nèi)水壓力。為最不利狀態(tài)。

管道結(jié)構(gòu)分析時(shí)三種狀態(tài)

李華成指出，管道壁厚等級的選擇是通過不斷優(yōu)化直至與實(shí)際相符的過程，既要保證結(jié)構(gòu)的安全性也要避免不經(jīng)濟(jì)造成浪費(fèi)。設(shè)計(jì)中根據(jù)工程實(shí)際先選擇某一較低等級的管，判斷是否滿足變形和強(qiáng)度的要求，通過不斷的循環(huán)和試算最終選擇出既安全又經(jīng)濟(jì)的壁厚等級。

球墨鑄鐵管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以參考以下標(biāo)準(zhǔn)：一是ISO國際標(biāo)準(zhǔn)《球墨鑄鐵管設(shè)計(jì)方法》，二是《水利水電工程球墨鑄鐵管道技術(shù)導(dǎo)則》，三是《排水球墨鑄鐵管道工程技術(shù)規(guī)程》。李華成提到，前兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)使用起來方便簡單，第三個(gè)則相對復(fù)雜些。

管道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

管道內(nèi)壓設(shè)計(jì)方面，主要考慮兩種情況。一是管材處于正常工作狀態(tài)的情況，二是發(fā)生水錘時(shí)的情況。球管廠家進(jìn)行了大量的爆管試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，爆管的破壞性內(nèi)部壓力，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于內(nèi)部最大工作壓力和理論上爆管的破壞性內(nèi)部壓力。所以，球墨鑄鐵管在內(nèi)壓設(shè)計(jì)方面是非常合理的。

管道外荷載的設(shè)計(jì)主要考慮土壤的荷載和交通荷載對管材產(chǎn)生的變形。如何抵抗變形？主要在于管材的環(huán)剛度、回填方式以及夯實(shí)度。如果球墨鑄鐵管的環(huán)剛度特別高，就可以降低回填要求。大口徑管的環(huán)剛度比較低，對于回填土的要求就高，小口徑管的要求就低。

李華成表示，C級管在國際上已經(jīng)普遍開始采用了，未來也會成為主流。ISO2531-2009《輸水用球墨鑄鐵管、管件和附件》取消了K級管，僅采用了C級管。經(jīng)過十幾年的推廣和使用，國外球墨鑄鐵管工程以C級管為主。GB/T 13295-2019《水及燃?xì)庥们蚰T鐵管、管件和附件》在未來的發(fā)展中也會順從國際發(fā)展趨勢，采用了C級管，取消了K級管。

李華成介紹了C級管的一些注意事項(xiàng)。C級管壁厚的鋅涂層應(yīng)不低于200g/m2，這樣管子變薄了，但是防腐效果會增強(qiáng)。球墨鑄鐵管應(yīng)采用專用工具起吊，裝卸時(shí)應(yīng)輕吊輕放，在倒運(yùn)、運(yùn)輸時(shí)應(yīng)墊穩(wěn)、墊牢，不得相互撞擊，以免對管子及外防護(hù)涂層造成損壞。吊運(yùn)時(shí)應(yīng)使用專用吊鉤。應(yīng)使用掛膠鉤或在吊鉤外包橡膠皮等，達(dá)到保護(hù)水泥內(nèi)襯層和外防腐鋅層及外漆膜不受破壞的目的。另外，溝槽內(nèi)木塊和垃圾，磚、石及其它帶有棱角的堅(jiān)硬雜物應(yīng)清除干凈。

02?球墨鑄鐵管在漏損控制方面優(yōu)勢明顯

國家對供水管網(wǎng)漏損控制以及供水管材的使用上均提出了明確的目標(biāo)。根據(jù)中國城鎮(zhèn)供水排水協(xié)會《2021城鎮(zhèn)水務(wù)統(tǒng)計(jì)年鑒（供水）》，2021年，我國城鎮(zhèn)管網(wǎng)綜合漏損率平均值在16.16%。2022年1月19日，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部辦公廳 國家發(fā)展改革委辦公廳發(fā)布的《關(guān)于加強(qiáng)公共供水管網(wǎng)漏損控制的通知》 (建辦城〔2022〕2號)中提到，全國城市公共供水管網(wǎng)漏損率力爭控制在9%以內(nèi)。直徑100毫米及以上管道，鼓勵(lì)采用鋼管、球墨鑄鐵管等優(yōu)質(zhì)管材。直徑80毫米及以下管道，鼓勵(lì)采用薄壁不銹鋼管，新建和改造供水管網(wǎng)要使用柔性接口。

在排水管材的要求上，《城鎮(zhèn)生活污水處理設(shè)施補(bǔ)短板強(qiáng)弱項(xiàng)方案》中提到，優(yōu)先采用球墨鑄鐵管、承插橡膠圈接口鋼筋混凝土管等管材。

日本在漏損控制方面做得非常好，球墨鑄鐵管的使用比例占56.6%，供水效率達(dá)到92.6%，未計(jì)量供水率為7.4%。其中，做得最好的城市是東京市，漏損率可以控制在2.3%以下。

此外，紹興水司DN100及以上的管材主要采用球墨鑄鐵管，DN100以下，主要采用不銹鋼復(fù)合管。紹興市2012年的漏損率控制在3.7%，2023年修正后的漏損率值已經(jīng)接近0了。

球墨鑄鐵管在漏損控制上體現(xiàn)出非常明顯的優(yōu)勢。相關(guān)資料數(shù)據(jù)顯示，日本過去50年的球墨鑄鐵管破損事故率不到0.03/年/公里，法國1995年至2006年的平均破損事故率約為0.04次/年/公里。德國情況也類似，使用外防腐涂層球墨鑄鐵的平均破損事故率也非常低，為0.03次/年/公里。

總之，球墨鑄鐵管表現(xiàn)出了使用壽命長、維護(hù)成本低、運(yùn)營成本低、報(bào)廢成本低等特點(diǎn)，用全生命周期觀點(diǎn)來看，球墨鑄鐵管經(jīng)濟(jì)成本是較低的且運(yùn)行安全較高的優(yōu)質(zhì)管材。

編輯：李丹