2014年05月21日

给水用PVC-UH管材及连接件的性能特点和应用

  的结构特点和性能优势,以及其在南水北调中的应用。该产品的推广应用对PVC管道市场的质量优化和市场规范化具有重要的积极意义。

  在引水工程领域,塑料管道较传统水泥管、球墨铸铁管相比,具有安全可靠、节能环保、综合造价低、使用寿命长等特点,经济和社会效益明显,符合国家推动经济结构转型升级的号召。

  优质的:PVC管材产品具有高强度、耐冲击、重量轻、耐腐蚀、连接方便、寿命长等优异性能。在美国,4英寸以上口径的PVC给水管市场占有率达590%;美国市场整个PVC管道的需求预计将以每年6.7%的速度增长,到2019年将达到3030万吨。在我国,随着供水管网建设及数量的增多,塑料管道以其无

  以比拟的优点得到快速发展,平均年增长率达10.43%。我国。PVC原料产能2500万吨以上,产量1500万吨左右,是世界上PVC原料生产第一大国,优质PVC管材在我国的推广应用符合我国国情,有利于促进经济发展。

  本文主要介绍一种新型的PVC管材及连接件,该产品已制定行业标准《给水用高性能硬聚氯乙烯管材及连接件》(简称“PVC-UH”管材及连接件)CJ/T493-2016。本文从标准的编制背景、“PVC-UH”管材及连接件的关键技术内容及其在南水北调中的应用三个方面进行了介绍,充分展示了“PVC-UH”管材及连接

  件产品的性能特点及应用优势。该产品的推广应用有利于促进我国PVC管材质量的管控,也有利于该产品的有效合理应用,从而实现PVC管材市场的规范和优化发展。

  在美国,给水管市场PVC管材占有率达一半以上,其产品质量优异的稳定性和可靠性与美国完善的标准体系密切相关。美国PVC管材标准中,从混配料的设计压力和物理力学性能,到每根管材的试压及每批管材的物性都具有严格的技术要求,从根本上了产品稳定可靠的质量。

  在我国,PVC管材生产企业数百家,但质量参差不齐;部分企业采用铅盐稳定剂,卫生性能达不到要求;部分企业大量添加钙粉降低成本,不能产品质量。而且,目前我国PVC管材的产品标准存在短板,对原材料没有分级要求,试验条件低于ISO标准的,管材规格最大只到1000mm等,不能从根本上产品质量。而优质的PVC管材具有良好的抗拉、抗压强度、良好的耐腐蚀性、流体阻力小、密封性好、重量轻、综合成本低、使用寿命长,在重大输水工程和市政管网建设中具有广泛的应用。

  本标准切实考虑了PVC管材的应用现状和标准现状,主要参照IS01452-2,并借鉴美国PVC管材产品标准ASTM D2241、AWWA C900及AWWA C905进行编制,提高并增加了产品的技术要求和试验要求,有利于从根本上改善PVC管材的品质,促进我国PVC管道得到良性的发展和切实有效的应用。

  PVC-UH管材标准中了不应使用铅盐稳定剂,卫生性能应符合GB/T17219的。另外,经测试,PVC-UH管材产品的卫生性能也符合美国国家卫生基金会NSF/ANSI 61标准的要求。PVC-UH管材可安全使用于饮用水输送领域,为我国实现自来水直饮提供有利资源。

  混配料即基础树脂PVC与各种必要助剂的均匀混合物,是用于PVC管材直接挤出的原材料。混配料的分级及物性要求直接影响着管材产品的品质。美国PVC产品标准ASTM D224l、AWWA C900及AWWA C905中明确了PVC管材混配料的压力设计要求HDB为4000psi(27.58MPa);PVC管材国际标准ISO1452-2中也了PVC管材混配料的压力设计要求MRS为25.0MPa;我国PVC管材标准中并没有对混配料的定级要求进行。

  PVC-UH管材参照ISO 1452-2标准的,明确了管材用混配料的分级要求,即混配料的MRS应大于或等于25.0MPa。并且,参考美国PVC混配料的标准ASTM D1784了混配料的物性要求,具体参数要求如表1所示:

  PVC-UH管材的密度、维卡软化温度、纵向回缩率、二氯甲烷浸渍试验、落水冲击、静液压强度等技术要求参照ISO 1452-2标准进行编制,较国标PVC-U管材的性能指标要求更高;表2列出了ISO 1452-2与美国PVC管材技术指标要求的对比,可以看出,美国标准中对PVC管材的柔韧性及每根管材的耐压性能都有严格的要求,为了更好地管材产品质量的稳定性,PVC-UH管材参考美国PVC管材的标准,增加了压扁试验和整管水压性能,从产品生产过程中管控每根管材的产品质量。

  压扁试验是将样品水平放置于两个平行平板之间,在平板垂直方向对试样压力,直到两个平板之间的距离达到管材外径的40%停止加压,将加载的压力移除,检查试样的外观。该试验操作简单方便,可以在管材下线后较短的时间内检测出管材产品的柔韧性和在外力作用下管材的耐变形能力和复原能力,是产品质量监测很好的一种检测手段。试验过程如图1所示:

  参照美国AWWA C900和AWWA C905了管材的整管水压检测试验,每支管材以其2倍的公称压力做整管水压试验,维持至少5s,管材及承口应无破裂无渗漏。管材部分与扩口部分都要进行压力测试。该试验了每根下线的管材(包括承口部分)的质量,实现了管材的过程检验和实时。

  目前,PVC-U管材及其他类型的管材承口均采用后置式胶圈结构,即胶圈在管材安装前进行。这种结构在管材安装过程中极易产生胶圈错位、变形,以致管道连接处漏水。

  PVC-UH管材采用一体成型的钢骨架密封圈承口结构,安装快捷方便,并且避免了后置胶圈在安装中扭曲、变形、错位等问题,了安装质量和连接的密封性;并且,管材的插口端有插入深度标记,如图2所示。

  目前PVC管道系统中管材的尺寸可达直径1200mm,管材使用寿命至少可达50年,但管道连接件如三通、法兰、弯头等却由于PVC树脂熔体粘度高、流动性差,注射压力和熔体温度对流动性影响不,树脂成型温度与热分解温度区间较窄,公称直径630mm以上的大口径PVC管件,难以通过注塑成型的方法获得。目前大口径PVC管道连接件多采用铸铁、钢塑材质,钢制管件易腐蚀寿命只有十几年左右,采用防腐处理后,也难与PVC管材具有相同的使用寿命,而且,由于塑料管道系统与铸铁管道系统不是相同的尺寸系列,使用铸铁管件要建立一套新的管件体系,花费巨大的投入,并有可能对造成影响和。

  新型大口径PVC-UH管材连接件具有抗蠕变、防脱出、高韧性、高强度、内阻小、通径大的显著特点,低温抗冲击和抗应力开裂性能好,化学稳定性强,寿命长达50年。该连接件的开发和应用有效解决了大口径PVC管材使用钢塑管件(或铸铁管件)导致的腐蚀泄漏问题,实现了连接件与管材寿命同步,了整个管道系统50年以上的使用寿命。

  在聚乙烯管道系统中,大口径聚乙烯(PE)连接件制作技术成熟,大口径PVC-UH管材连接件是采用一种具有独特承口密封结构的承插连接接头,与聚乙烯(PE)管件焊接形成的新型PVC管材连接件,有效地将大口径PE管件引入PVC管道系统中,解决了大口径PVC管道连接问题。以弯头为例,连接件组成结构示意图如图3所示。

  连接件中承插连接接头为聚乙烯(PE)材质,通过特殊设计的密封圈,大大增加了承口部位对间隙的适应性,密封环槽的特殊设计,使密封圈具有抗拉拔、防脱出的特性,并且承口部位采取特殊的加固增强措施,有效地解决了PE材料蠕变性能对机械式承口长期密封性能影响的技术难题。连接件承插接头的注塑工艺及成型模具设计中采用大流孔热流道系统设计,缩短注料时间对品质的影响与控制;冷却工艺控制防止冷却过程形成结晶孔洞。从结构设计和工艺控制方面了产品质量。连接件承插连接接头示意图及样品图如图4所示。

  在设计和应用方面,PVC-UH管材连接件的种类及压力等级均可以满足一般输水工程的应用。并且,根据实际应用的需要,CJ/T 493-2016中了大口径PVC-UH管材连接件的主要应用类型,包括双承口弯头、三承口三通、双承口变径、双承口套筒、法兰承口接头、法兰支管双承口三通等。

  与其他管材相比,PVC管材具有明显的性能优势和施工成本优势,以南水北调衡水饶阳支线为PVC管材与DIP管材的技术参数对比,表4为PVC管材与DIP管材的施工成本对比。

  从表3中可以看出PVC管材在输水领域应用的性能优势。从表4中可以看出,PVC管材具有明显的施工便捷性和施工成本较低的优点,17.296km的dn800的管材施工安装费用PVC管材较DIP管材节省21万元。图5为南水北调衡水饶阳支线mm PVC管材施工现场图示。

  大口径PVC-UH管材连接件的开发有效解决了管道连接的腐蚀问题,目前已成功应用于南水北调省衡水饶阳支线,并成功完成整个管道系统的现场和通水运行,连接件的主要应用情况如下:

  PVC管材的借转角度为1.5度,在有一定角度转弯时需要安装双承口弯头,该项目使用的双承口弯头包括6、11.25、18、22.5、30、45,部分应用图片如图6所示。

  在过程中,若管道中有未排除的空气,当空气被压缩,可能会导致管道爆管。故在:PVC管道测试时,一定要有排气措施。本项目采用双承口鞍形三通接排气阀的排气措施,实际应用如图7所示。

  双承口套筒可用于破损管道维修,管道合拢等方面,安装方便、灵活、快捷。管道维修示意如图8所示。安装过程中,双承口套筒可实现在管道外壁左右滑移,便于维修安装。本项目在管道安装中,采用双承口套筒解决了管材连接中承插口转换的问题。具体案例如图8所示。

  PVC-UH管材及连接件行业标准CJ/T 493-2016参照国际标准和美国标准进行编制,明确了管材混配料的分级要求和物性要求;与PVC-U管材相比,提高并增加了管材的性能指标要求;PVC-UH管材采用一体成型的钢骨架密封圈承口结构,了连接可靠性和密封性;大口径PVC-UH管材连接件的开发和应用,有效解决了大口径PVC连接件的腐蚀和泄漏问题,可实现整个管道系统50年以上的使用寿命。PVC-UH管材及连接件产品标准的制定,有利于我国PVC管道行业的质量提升,促进PVC管道在我国的持续、稳定、快速发展。

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