钢塑复合管在三峡工程供水系统中的应用

谢武法 陈小侠

摘 要：本文结合三峡工程供水管网对钢塑复合管应用实例，总结出了钢塑复合管的施工方法，对钢塑复合管在安装和运行过程中容易出现的问题的原因进行了分析，提出了改进钢塑复合管的加工制造工艺的方法。

关键词：钢塑复合管；制造工艺；改进

随着长江三峡水利枢纽工程蓄水、通航和发电三大目标已全面实现，整个工程的建设逐渐接近尾声，三峡工程即将进入后期的景观规划、环境美化和各项配套设施的完善与实施阶段，作为三峡工程配套设施之一的供水管网已经基本更新改造完成，在管网改造建设中采用了大量的钢塑复合管，管道口径从DN200-DN700不等，总长近20公里。

钢塑复合管同时具有钢管及HDPE管所有的优点，与传统内水泥砂浆内防腐钢管相比，虽然造价略高，但防腐性能得到了显著加强，有效减少现场内防腐作业的强度和施工时间，缩短施工工期，还可减小钢管内壁的糙率值，使管道的水力性能大幅提高。

三峡工程供水管网改造使用的钢塑复合管的管道内衬采用了PE100级高密度聚乙烯为原料生产的塑衬管材，该管材的优点是塑料管壁厚可达10mm以上，具有极高的机械强度交联度，由原来线性分子结构改性成三维网状结构，同时内壁光滑、不积垢，输送流体阻力小，可以增加流量；同时具有优良的化学稳定性，卫生，无毒，适用于-30℃～95℃的工作环境，是新一代绿色环保管材。

1 钢塑复合管的安装

由于钢塑复合管在施工现场不能切割、不能焊接的特殊性，三峡工程中在钢塑复合管道安装过程中全部采用了法兰连接的连接方式。特殊地形的弯头、三通等连接件尺寸的确定及安装是钢塑复合管安装的难点，现场安装时可以采取两种方式进行解决：（1）一次安装法：以订单生产方式为主，通过现场测量，绘制管道单线加工图，送厂家进行管段及配件加工并加装内衬，再运付现场安装。（2）二次安装法：以通过现场初装，形成半成品，返厂制作成品，运回现场组装，即现场用非衬钢管和管件，通过切割、焊接、法兰连接，将管线初装到位后，然后拆下送厂进行衬塑加工，再运回现场进行安装。二次安装法较一次安装法管道及管件尺寸更加准确，但增加了安装成本和了运输成本，也延长了施工工期。

三峡工程供水管网钢塑复合管安装过程中，为减少二次安装的比例，在管沟管廊开挖和浇筑时，对管沟和管廊进行了取直，管沟和管廊转弯时尽量使用15°、30°、45°度等标准弯，通过加强土建工程测量控制，尽量避免轴线调整，减少非标件的使用；另外通过间隔一定距离使用波纹补偿器的方法，消除部分轴向误差，同时借转一定的角度。

2 钢塑复合管安装和运行过程中容易出现的问题

钢塑复合管在安装和运行过程中容易出现的问题主要有以下两个方面：

（1）内衬塑料轴向位移、塑料法兰翻边转角处开裂。由于内衬塑料材料与钢管的热膨胀系数相差较大，钢塑复合管在外界温度发生变化时易产生内衬层相对钢管轴向位移的现象，在轴向位移受到内衬法兰转角及加强筋处的阻力时，造成内衬塑料法兰转角的破裂。在三峡工程供水系统使用钢塑复合管的前期实践中，由于钢塑复合管内衬加工都是在工厂室内进行，运送到现场后，未及时安装入沟，亦未采取必要的保温措施，且适逢高温季节，大量产品运送到现场不久后就出现了内衬塑料轴向位移、塑料法兰翻边转角处开裂的现象。

（2）内防腐层脱离。在三峡工程供水系统前期对钢塑复合管的应用实践中，曾经发生过钢塑复合管内衬材料脱离的现象，内层材料脱离后，翻卷、阻塞在管道中，引起管道过流能力减少。通过对脱离内村、暴露的钢管内壁进行了分析，我们认为造成内防腐层脱离的主要有以下几个原因：钢管内表面的粗糙度不足，影响了塑料防腐层在钢管上的附着力；粘合剂粘结效果不佳；内防腐层厚度较薄；内防腐层尺寸与钢管内壁尺寸误差较大、契合度不高；气温变化引起热胀冷缩的影响等。

3 钢塑复合管加工制造工艺的改进

通过对上述问题的分析，我们提出了以下方法改进钢塑复合管的加工制造工艺。

（1）增加内衬层厚度。将内衬高密度聚乙烯层厚度由原来的3mm增加至6-10mm ，防止内衬脱离钢管内壁时出现内衬材料翻卷现象，避免管道堵塞。

（2）使用新型粘合剂、改进粘合剂工艺。后期采用JHJ-4428新型高效粘合剂，再加入特种交联剂混合，用离心机将其均匀地涂覆在处理后的钢管内表面，粘合剂与钢管基体紧密结合，在空气中进行交联固化，形成第一道粘接层；第一遍粘合剂凝固后，按同样的工艺涂第二遍粘合剂，涂层控制在0.3～1mm，再复合入塑料内衬管。通过第一层粘合剂的过渡，把钢基体与聚乙烯以化学键的形式紧密的粘合到一起，很好的解决了钢基体与聚乙烯之间的粘接难题。

（3）采用冷塑复合工艺安装内衬材料，加强内衬材料和钢管内壁的附着力。以DN600管道为例，常温下，DN600钢塑管的聚乙烯材料温度下降5℃，直径可收缩1mm左右，国标ФD630钢管内径为609mm，将外径为Ф611的塑料管置于电脑调控温度变化的冷缩机中进行冷缩，调控温度低于常温25℃保温半小时，可使塑料管的外径收缩至Ф606mm左右，此时PE管外径小于钢管内径，通过复合机将塑料管与钢管复合到一起，然后向PE内衬通入热风进行膨胀，使塑料管紧紧贴在钢管内壁。

（4）在钢管内壁两端加工出螺纹倒钩，增强钢管与PE管之间摩擦力。

（5）加工制造特殊法兰。通过实践，我们设计了一种特殊法兰结构，法兰端面加工45°的燕尾形倒角，倒角深度为3～7mm，法兰内孔加工R3过渡圆角。在内衬塑料法兰加热翻边成型时，经过加热的塑料被挤压入45°的燕尾形倒角和肓孔中，法兰内孔加工的圆角能有效地避免钢件对塑料层的破坏，该处的塑料层也得到了加厚。

（6）改进内衬法兰翻边工艺。传统的加温翻边操作采用喷灯加温制作，喷灯加温温度高达500℃～700℃，它使塑料端面加温过热，破坏了高密度聚乙烯的分子结构，成型后的钢塑管的塑料端面表面脆化，易造成塑料密封面开裂，影响钢塑复合管的使用寿命。改进后的翻边工艺将复合好的钢塑复合管通过加热装置和模具对管道的端面进行翻边操作，温度始终控制在160℃～180℃之间，加温时间在20分钟左右，使塑料端面整体塑化，而后运用模具将塑化后的塑料进行翻边成型，使管体内部形成整体塑管密封。使用该工艺的优点是不破坏高密度聚乙烯分子结构，成型后的钢塑管具有表面光滑，塑料密封面不易老化。

（7）产品运到现场后尽快安装入沟，对不能及时安装的产品采取遮盖保护措施，避免温差过大对产品内衬层造成破坏。

4 结束语

通过对钢塑复合管加工制造工艺的改进，以及现场安装技术和安装工艺水平的提高，后期运送到施工现场的产品基本没出现过内衬层轴向位移和内衬法兰翻边转角破裂的现象，三峡工程供水系统中的钢塑复合管运行几年以来，总体状况良好，未出现管道破裂、接口漏水、内防腐层脱落翻卷堵塞管道的情况。