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超高压钢丝网聚乙烯复合管

一、产品概述

扣压法兰型超高压钢丝网聚乙烯复合管以高强度过塑钢丝网骨架为增强体,以高密度聚乙烯为基体,通过高性能改性粘结树脂将钢丝骨架与内外层聚乙烯紧密复合而成,可满足工作压力12MPA~10MPA~6.4MPA~4.0MPA等。该管材采用扣压法兰连接结构,显著提升了承压能力与连接可靠性,适用于长距离超高压供水工程。

其结构分五层:内层聚乙烯芯管,粘接树脂层,中间钢丝网骨架增强层,粘接树脂层,外层聚乙烯保护层。钢丝缠绕层承担主要内压载荷,约百分之七十的载荷由钢丝网骨架承担,聚乙烯层主要起密封、防腐和支撑作用。扣压法兰连接将金属接头通过扣压机模具施加收口力扣压在管端,配合活套法兰实现连接,可满足10MPa及以上压力等级要求。

二、核心技术特点

(一)结构设计与材料特性

该管采用双面防腐结构,内外表面防腐性能一致。内层芯管采用PE80或PE100级原料,内壁光滑,粗糙系数约0.01,流体阻力低于金属管材。中间增强层采用高强度钢丝左右正反螺旋缠绕,缠绕角度通常为54.7度,该角度经力学优化,可使钢丝在承受内压时发挥最大抗拉效率。

钢丝与聚乙烯之间采用专用热熔胶层紧密结合,改性聚乙烯与聚乙烯在加热条件下熔融为一体,其极性键与钢材的粘接强度可达200N/25mm。网状复合结构使钢塑两种材料互相约束力大而均匀,应力集中小,有效避免了传统钢塑复合管在交变应力下易脱层的问题。

(二)超高压扣压法兰连接技术

扣压法兰连接是该管在超高压领域应用的关键。常规金属扣压连接主要依靠钢制增强件与管材内壁的夹持力固定,在高压下长期稳定性较差,存在接头脱落、窜水等隐患。扣压法兰型超高压连接采用特制钢制增强件,将管内每根钢丝在增强件端面拐角处产生接近90度的拐弯,形成机械锁合结构。

该连接除受到增强件与管材内壁的径向夹持力外,在接头端面还受到聚乙烯与增强件之间的轴向夹持力。当管道因压力或温度变化产生伸缩时,管内钢丝几乎不可能滑移。实验室静液压试验表明,DN160、PN9.0规格产品进行2倍静液压试验合格后,继续升压至21.36MPa仍满足要求,连接强度大于管体爆破强度。

(三)力学性能与耐压特性

该管具有优异的抗蠕变性能。纯塑料管在常温及持久应力下会发生蠕变,许用应力一般在1.0MPa以内。钢材机械强度约为热塑性塑料的10倍,且在塑料使用温度范围内稳定不发生蠕变。钢丝网骨架可有效约束塑料蠕变,使管材许用应力比纯塑料管提高约一倍。

该管刚性、耐冲击性及尺寸稳定性优于纯塑料管。钢的弹性模量约为高密度聚乙烯的200倍,钢丝网骨架的加强作用使复合管具备较高环刚度。同时网状钢骨架为柔性结构,使复合管在轴向上也具备一定柔性,刚柔相济的特性使其在运输、安装及运行中均表现优异。

(四)热学性能与尺寸稳定性

塑料管强度随温度升高而降低,温度每提高10摄氏度强度约降低百分之十以上。由于该管强度约三分之二由钢丝网骨架承担,强度随温度升高而降低的程度低于纯塑料管。试验表明温度每提高10摄氏度,该管强度降低在百分之五以下。

该管线膨胀系数为35.4至35.9乘以10的负6次方每摄氏度,仅为普通碳钢管的3至3.4倍,远低于纯塑料管170乘以10的负6次方每摄氏度的线膨胀系数。在钢骨架约束下,复合管热膨胀性大大改善,埋地安装时一般可不用热补偿装置,管材蜿蜒铺设即可吸收热胀冷缩,降低安装成本。

三、主要技术参数

根据行业标准,给水用钢丝网骨架塑料复合管公称外径涵盖50mm至630mm共十七种规格,公称压力包括8MPa、10MPa、12.5MPa等。扣压法兰型超高压产品通过结构优化,可将压力等级提升至更高水平,满足长距离供水系统中高扬程、高压力的工况需求。

管材及管件不圆度偏差应不大于0.04倍公称外径。短期静液压强度试验条件为温度20至23摄氏度、时间不少于1小时、内压为2倍公称压力;爆破强度试验要求爆破压力不低于3倍公称压力。输配饮用水的管材卫生性能应符合GB/T17219标准规定。

四、应用领域与工程适应性

该管适用于长距离埋地供水系统,尤其适用于地形起伏大、高差显著、工作压力高的山区供水工程。湖北恩施某供水工程从高约780米水库取水,经山沟后再向上730米供水,管路有约50米落差,承压约8.0MPa。该工程选用DN160、压力等级9.0MPa的扣压法兰型复合管,已于2015年正式通水。

该管同样适用于热电工程、海洋工程、油田气田、化工介质输送等领域。长距离输送时内壁光滑不结垢,水头损失比钢管低约百分之三十,可降低泵站能耗。管材密度约为钢材的八分之一,便于在交通受限的山区运输和安装。

五、施工安装技术要点

(一)管道铺设要求

管材下管前需按标准逐项外观检验,不合格者不得使用。搬运时轻抬轻放,禁止在沟槽内拖拉、滚动或用机械牵引。铺管时沟槽内不得有积水,严禁泡槽或冻土。接口部位管底凹槽应随铺随挖。切割管材采用机械方法,端面平整且垂直于轴线,严禁明火切割。改变管径或接支管须用配套管件,禁止在管体上开孔。

(二)扣压法兰连接操作

连接前检查活套法兰、螺栓规格尺寸,清洁污物,钢制品表面涂抹机油或油脂。密封件置于密封凹槽内,法兰螺孔对中,法兰面平行于轴线。螺孔和螺栓直径配套,长度一致,螺帽在同一侧。紧固前校正直线度,按对称顺序分次均匀紧固,螺栓拧紧后伸出螺帽1至3丝扣。法兰连接沿管道纵向顺序进行,防止产生轴向拉力。

(三)沟槽回填规范

管道敷设后应及时回填,密闭性检验前除接头外,两侧和管顶以上回填高度不小于0.5米。检验合格后回填其余部分。回填从管道两侧同时对称进行。管底基础到管顶以上0.5米范围内人工回填,禁用机械推土。管顶0.5米以上可机械回填,从两侧均匀进行并夯实。管底腋角部位用中粗砂回填,密实度不小于百分之九十三;腋角以上至管顶两侧密实度不小于百分之九十三;管顶以上0.5米范围内,管顶上部密实度不小于百分之八十五,两侧不小于百分之九十。

六、系统试验与验收

管道安装完毕后应进行水压试验。当管道长度大于500米且管径不小于200mm时,严密性采用测定渗水量方法判定。采用压力降方法时,在试验压力下稳压1小时,压力降不得大于0.05MPa;再在1.15倍工作压力下稳压2小时,压力降不得大于0.03MPa。设计内水压力应不低于0.9MPa,管材公称压力不得小于设计内水压力。

七、使用注意事项

该管使用温度范围为负40摄氏度至80摄氏度。室外埋地管道应设在季节性冰冻线以下,车行道或农田下管顶覆土不宜小于1米,绿化带下不宜小于0.7米。穿越铁路、高速公路等路堤时应设保护套管,套管内径不得小于穿越管外径加300毫米。与供热管道交叉或平行时,不得敷设在土壤温度大于40摄氏度的区域内。

利用管材纵向弹性弯曲敷设时,弯曲半径不得小于标准规定值。小口径管材可适当弯曲,随地势起伏或蛇形布置,可节省管件。管道系统宜采用相同连接接头形式,埋地管道优先采用电熔连接,采用法兰接头时应对法兰和紧固件采取防腐措施。

八、维护与保障

该管在正常条件下使用寿命可达50年。由于钢丝网骨架存在,埋地管道可用磁性探测方法定位,避免其它挖掘工程造成破坏。管材总体可靠性高,维护工作量小。运行期间应定期检查系统压力、阀门及接头状况,及时排除隐患。埋地管道应建立管线档案,记录走向、埋深、压力等级及关键节点位置,为后期维护管理提供依据。

扣压法兰型超高压钢丝网聚乙烯复合管通过结构创新与连接技术升级,有效解决了传统复合管在中高压领域应用的瓶颈问题,为长距离超高压供水工程提供了兼具金属管材强度与塑料管材耐腐蚀、低摩阻优势的技术方案。