球墨铸铁管的发展

时间：2019-12-12

连日来，我国华南，西南旱情较为严重。华北进入冬季仍然干燥无雪，气温不降反升。近日，我国某市老旧预应力混泥土管发生爆裂，口径为DN800。下图：为供水公司人员全力抢修抗旱保供水！发现爆裂抓紧抢修球墨铸铁管管道爆裂，管道水流涌出街道。一根断裂，整体松懈！夜以继日加班加点制作配件进行抢修经过供水公司专业人员的抢修，管道通水，**收工！知识点预应力钢筒混凝土管是指在带有钢筒的高强混凝土管芯上缠绕环向预应力钢丝，再在其上喷制致密的水泥砂浆保护层而制成的输水管。

它是由薄钢板，高强钢丝和混凝土构成的复合管材。找出管道漏点预应力钢丝就像弹簧它充分而又综合地发挥了钢材的抗拉，易密封和混凝土的抗压，耐腐蚀性能，具有高密封性，高强度和高抗渗的特性。已导致美国现在已经不再生产球墨铸铁管价格。向中国输出技术的阿美隆公司，普赖斯兄弟公司已经停产关闭。美国的水务机构已经对自己系统中的球墨铸铁管采取降压，审核运行，内外部检查及修复或更换管道等等行动。球墨铸铁管管主要失效模式是钢丝腐蚀管爆裂，保护钢丝的水泥砂浆防护层自身脆弱，运行中得不到保护，它的寿命成为球墨铸铁管管寿命的决定因素，高内压的大口径球墨铸铁管厂家管线“膨胀量”大，特别危险。

由于球墨铸铁管的较高的失效可能性因此报告能够对北美球墨铸铁管性能有代表作用。报告的目标是对失效作统计分析和开发一个评估模型，。项目研究者已经知道的美国球墨铸铁管失效事件：第1类别失效，有435个，第2类别失效（严重劣化或结构弱化—通过检查看到的和第3类别世纪40年始到2006年，累计生产使用球墨铸铁管约30000km或部分替代，的失效有35662个。第1类平均值为年，*2，3类失效为年。30000km球墨铸铁管管线，发生435个第1类别失效，35662个第2类别和第3类别的失效，从数字上看，同其他管材相比也不是特别严重，不过，考虑到使用的球墨铸铁管口径较大，失效管线几乎都在30英寸（相当DN750）以上，失效的主要模式是爆裂，失效发生时间在投入运行后十多年，不是很长，所以从后果看，球墨铸铁管失效是严重的，需要认真应对。

这些失效发生年份报告对美国球墨铸铁管的失效和失效率采用了“令人惊讶”的表达，这应该是合适的，这也就能理解为什么美国水务机构这么重视球墨铸铁管失效，理解为什么会“希望这个结果将应用于整个”。2.大的球墨铸铁管管工程已经发生多次爆裂，大量管段急需积极的修复上世纪九十年代利比亚的“非洲大人工河”工程采用口径球墨铸铁管，工作压力为，总长3300km（双线），由美国和韩国合作建造，这个巨大工程，是国际上球墨铸铁管技术经济优秀的有力案例。该工程于1984年启动，1996年完成，是号称奇迹的大工程。

2001年到2005年时，这个“运行良好”工程已经发生5次爆裂，对部分管线（大约1000km）经过检测，2011年已经发现钢丝断裂35000根，急需制定积极的修复计划。现在这个工程，数千节管段需要维修或更换，余下的管道需要进行状态评估。自1991年的**期工程完成并运行到2001年爆裂发生，只有10年，到2011年数千节管段需要维修或更换，是20年。3.中国球墨铸铁管管也已有爆裂事件中国球墨铸铁管管已经有多个运行仅仅几年就发生爆裂的案例，但这些失效事故没有引起用户，开发商和设计单位的重视，有关责任部门也许认为这是发展过快，品质失控造成个别特例，也没有给予应有的关注，只有不多的深受其害的爆裂用户，对自己的经过发表了文章。

宁夏某水务公司八年前使用了几十公里的DN800球墨铸铁管管，已经发生了多次爆裂，经检测已有五十多处出现钢丝断裂，发生爆裂停水事故的概率大大上升，已经严重影响该水务公司的安全运行。三，美国已经重新认识球墨铸铁管管并采取行动。美国，上使用多的，也是中国球墨铸铁管技术的引进源头，已经对球墨铸铁管管有了新的认识和行动。1.生产商逐步停产或关闭二十年来，球墨铸铁管管生产量逐年减少，到2006年，年产量不到高峰时2%，仅英尺（约），美国现在基本上已经不再生产球墨铸铁管管，向中国和大人工河输出技术的阿美隆公司（Ameron），普赖斯兄弟公司（Price Brothers），已经停产或关闭。

2.水务机构对系统中球墨铸铁管管采取的补救行动虽然有十多个水务机构是参与了项目，但他们对于项目的目标——对失效统计分析和开发评估模型并不满足，他们的实际行动是：（1）开发一个基于风险的评估方案，以确定用户的球墨铸铁管大失效风险。（2）降低操作压力到低于被钢筒约束管芯的开裂应力。（3）审查该球墨铸铁管用户的管线运行实践，以确保由于流量变化和阀门关闭时，不发生压力骤变。（4）进行无损评价。如内部检查寻找裂纹和分层等等。（5）进行管的外部检查，通过挖掘和视觉检查管子。

通过调查和风险评估，再结合腐蚀和其他评估结果，对需要矫正的管道考虑：（a）选择部分的管道做结构性恢复，（b）选择部分的管道，移除或替换，（c）更换这条管道。上面行动**条是研究项目的目标，水务机构同项目目标一致并接受，而降压，审核运行，内外部检查及修复或更换管道等等行动是远远过项目目标的，这样的积极主动行为，显示了美国水务机构的责任心。现在向球墨铸铁管管内衬里钢管或碳纤维的技术得到发展，不仅美国城市水务采用，北美的墨西哥大口径球墨铸铁管管线也已经进行这样的修复工作。

四，对球墨铸铁管管的失效原因解析因信息有限，难以明白美国不再生产使用球墨铸铁管的全面情况和细节，难以对美国的这个变化做出切实的深入理解。这里从中国实际出发，在对中国球墨铸铁管发展过程了解的基础上，以管道技术工作的经验，供水业主立场视角，对球墨铸铁管的性能和未来作出分析。球墨铸铁管具有经济和耐腐蚀特点，其核心手段是采用高强度钢丝和预应力技术。钢丝的设计应力是钢管钢材的5倍以上，由此节约了钢材而取得经济性，混凝土和砂浆包裹钢丝和钢筒，由此取得了耐腐蚀。

这些是发展这个产品时开发人员的期望，也是这个产品投入运行一段时间内的表现，但是随着时间推移，球墨铸铁管的实际表现同期望有很大的差异，原来的耐腐蚀方面的优势并不如设计理想。筒体传递给衬里层的应力非常之小，筒体在外，涂层在内，筒体保护着涂层，内压有利于水深入涂层细部，水泥颗粒的水化作用继续，涂层更加致密，细小裂缝还可自己愈合，内压还有利于涂层同管壁结合。衬里层保护了管道内壁，管道保护了衬里，这就是内衬水泥砂浆层能长期保护管道内壁的原因。

寿命长的解读—衬里层同外保护层有不同（1）铸铁水管采用水泥砂浆衬里层有50～*的寿命。水泥砂浆衬里层对输水铸铁管，钢管提供50年以上的安全服务，可以有50～*的寿命，这是已经有众多事实证明并得到公认的，水泥砂浆衬里涂层，在同它接触的铁，钢表面形成PH12的环境，铁钢钝化，所以能确保铁钢不发生腐蚀，这里要指出，这样环境能形成并保持，条件是涂层稳定，不发生裂缝，脱离，铸铁管，钢管运行时。1.水泥层耐腐蚀所有的内外负载都由铁钢筒体承担。

（2）球墨铸铁管管水泥保护层自身得不到保护，难以为钢丝提供可靠保护。水泥砂浆衬里层对铸铁管，钢管可以提供50年以上的安全服务，但水泥砂浆保护球墨铸铁管钢丝，钢筒，也可以提供50年以上的寿命，是值得推敲的。钢筒承担，但因钢丝钢筒在内，脆性的水泥保护层在外，保护层自身得不到保护，所有的内外负载以及运输，吊装时的震动，碰撞，全部都是产生裂缝和发展裂缝的诱因，伤害保护层，保护层外部环境复杂，如干湿交替，土壤含有伤害保护层成分等等，不一定能为钢丝形成保护环境。

衬里层和保护层，虽然同样是水泥砂浆覆盖钢材表面，但二者的处境不一样，能够发挥的作用也就不一样。实践表明，球墨铸铁管管保护层同铸铁管衬里层所处条件不同。这是由于球墨铸铁管管线运行时虽然内外负载主要都由钢丝难有同样寿命。大口径的管线应用风险球墨铸铁管管的水泥保护层是管芯，钢丝在无内压状态下成形，养生的，运行时高内压会使管道有小小的“膨胀”，这个膨胀有将保护层胀裂倾向，是裂缝生成的主要源头且无法避开，膨胀量同内压成正比关系，同口径也成正比关系，所以高内压大口径的球墨铸铁管管特别危险。

在保护层外做环氧树脂等涂层，对因膨胀而产生的裂缝，也很难起到阻止作用，同样，阴极保护也对膨胀而产生的裂缝，不能有阻止作用。2.高内压大人工河工程设计内压达到2，对水管来说是较高的内压，上海供水系统的水厂出厂管，内压都在以下，所以高内压应该是大人工河工程出现多次爆裂和几万根钢丝断裂的主要原因。美国失效研究报告中提到，美国水务机构一致认为“水压试验”和“水击”是球墨铸铁管管线失效的二个“肇事者”，这也就是水务机构对自己系统中的球墨铸铁管管线采取降压，校核运行措施的原因。

这也表明高内压对大口径球墨铸铁管这样的产品是不合适的。3.保守设计的低内压管线可以有较长使用寿命如果一定要使球墨铸铁管管使用寿命达到*，早期设计要留有余地。钢丝设计应力不宜大于极限强度45%，运行内压低，埋设环境好，这样条件下的球墨铸铁管管，其保护层就会大大减少发生有害裂缝，管线就可以有很**命。国内在管表面涂装环氧煤沥青，也是保护外层水泥的一种方法。不能因为有了10年就发生爆裂的案例，就将它作为寿命只能是10年依据或证明，也不能因为可能有运行*的案例，就坚持寿命可以有*的说法。

就球墨铸铁管这个产品来说，美国的球墨铸铁管失效研究报告，做了这些深入和了解工作，后得到结果是：失效的核心原因是钢丝腐蚀断裂，这样的结果应该是可以成立的，可以拿来借鉴的。大人工河案例，也将失效的核心原因指向了钢丝断裂。我们认为，认真深入研究球墨铸铁管的钢丝断裂。但案例只能说明可能性存在是有实际意义的。虽然美国失效报告中没有直接说，美国水务机构今后不再用球墨铸铁管了，但是他们的降压，审核运行，内外部检查及修复或更换管道等等行动，实际上表达他们对球墨铸铁管管的态度，这也是阿美隆公司（Ameron），普赖斯兄弟公司（Price Brothers），停产关闭的重原因之一。

五，对中国管材应用的警示20年前中国从美国引进了球墨铸铁管管技术，目前生产量已经是**，大量的球墨铸铁管管应用于供水，（给）排水和水力电力系统，并且以其经济性和资源型的特点在大力推广，但前人之辙理应成为我们的宝贵财富，今天美国对球墨铸铁管管的新认识和态度对中国业界是一个很好的警示。（1）对于正在设计建设的高内压大口径球墨铸铁管管线，建议在信息对称的条件下，再度评估工程决策和设计，决定继续原来设计还是重新设计，把握好设计关。（2）对于已建设运行的球墨铸铁管管线，特别是高内压大口径管线，建议抓紧进行设计复核，校核运行条件，开展内外部检测，按检测结果采取相应的防范和补救措施。

这是确保已经建设管线正常安全运行一个必要的环节，把握好应用关。（3）应重视向中国提供技术的美国公司已经停产关闭的事实，深入对其停产关闭原因及细节的了解，全面比照中国的现状条件，才能对自己产品的完善，提升做出正确判定，把握好产品质量关。（4）设计研究单位应该对美国球墨铸铁管管的应用现状，大人工河案例开展研究讨论，收集更多信息，关心中国工程应用，为用户，开发商提供更多的信息支持。

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词条说明
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