球鐵管具有鐵的本質，鋼的性能，高強度、高延伸、耐腐蝕，是當今世界安全可靠用于輸水供氣的最佳選擇。國內有關部門對1988年至1990年間30個主要城市供水管材發生的爆管、斷管、泄漏等事故進行了統計，統計結果表明：平均事故率球鐵管0.14次/Km，灰鑄鐵管0.55次/Km，鋼管0.5次/Km。預應力管0.54次/Km，石棉水泥管1.72次/Km，塑料管4.68次/Km。球鐵管平均事故率最低，是灰鑄鐵管和鋼管平均事故率的1/4，是塑料管平均事故率的1/33。
表1 1988～1990年間30個城市使用幾種管材發生事故的情況
|
名稱 |
總長度(km) |
發生事故(次) |
平均事故率(次/km) |
||||
|
總次數 |
爆管 |
折管 |
口漏 |
其它 |
|||
|
球墨鑄鐵管 |
163.14 |
24 |
- |
- |
19 |
5 |
0.14 |
|
灰口鑄鐵管 |
22054.47 |
12209 |
1157 |
2234 |
4689 |
4129 |
0.55 |
|
鋼管 |
775.50 |
457 |
23 |
57 |
81 |
296 |
0.59 |
|
預應力砼管 |
2587.32 |
1394 |
108 |
59 |
909 |
318 |
0.54 |
|
石棉水泥管 |
98.70 |
172 |
28 |
98 |
19 |
25 |
1.72 |
|
塑料管 |
318.71 |
1494 |
849 |
210 |
311 |
124 |
4.68 |
a）球鐵管最小試驗壓力、延伸率和爆破水壓
表2 球鐵管最小試驗壓力和延伸率
|
規格 |
試驗壓力/MPa |
延伸率/% |
規格 |
試驗壓力/MPa |
延伸率/% |
|
80～300 |
5.0 |
≥10 |
1100～2000 |
2.5 |
≥7 |
|
350～600 |
4.0 |
≥10 |
2200～2600 |
1.8 |
≥7 |
|
700～1000 |
3.2 |
≥10 |
表3 不同管徑的爆破水壓
|
DN |
K9管最小壁厚 (mm) |
P1(bar) |
P2(bar) |
|
80 |
4.8 |
411 |
240 |
|
100 |
4.8 |
341 |
192 |
|
150 |
4.8 |
237 |
138 |
|
200 |
4.9 |
185 |
109 |
|
300 |
5.6 |
144 |
92 |
|
400 |
6.4 |
125 |
86 |
|
500 |
7.2 |
114 |
82 |
|
600 |
8.0 |
106 |
79 |
|
700 |
8.8 |
100 |
77 |
|
800 |
9.6 |
95 |
75 |
|
900 |
10.4 |
92 |
74 |
|
1000 |
11.2 |
90 |
74 |
|
1200 |
12.8 |
86 |
72 |
|
1400 |
14.4 |
83 |
71 |
|
1600 |
16.0 |
81 |
71 |
|
1800 |
17.6 |
79 |
70 |
|
2000 |
19.2 |
78 |
70 |
注：P1---最小壁厚爆破水壓，抗拉強度420MPa
P2---最小壁厚減2mm爆破水壓，抗拉強度420Mpa
b）離心球墨鑄鐵管和鋼管比較。
表4 力學性能比較
|
項目 |
離心球墨鑄鐵管 |
鋼管 |
|
抗拉強度/Pa≥ |
4.2×108 |
4.0207×108 |
|
水壓試驗/Pa≥ |
3.9227×108 |
3.9227×108 |
|
伸長率/%≥ |
10 |
24 |
|
耐腐蝕性能 |
好 |
差 |
比較可知，離心球墨鑄鐵管的耐腐蝕性能優于鋼管，實踐應用證明，離心球墨鑄鐵管使用壽命基于不同的使用條件可達50～100年，是鋼管的3～5倍。
表5 球鐵管、鋼管的總體特點對比
|
管材 |
優點 |
缺點 |
|
球鐵管 |
1、耐內壓強度高且能耐腐蝕； 2、富有強韌性，耐沖擊強度大； 3、機械接頭的可撓性與伸縮性； 4、接頭施工方便； 5、對于正常條件的土壤，無需再作專業的砂土管基，并且可使用掘出的土壤回填； 6、霎頭種類多。 |
1、彎頭、三通處需打水泥固定臺防護。 |
|
鋼管 |
1、耐內壓強度高； 2、富延展性，耐振動及沖擊； 3、接頭可焊成一體，無須防止脫離。 |
1、容易腐蝕； 2、接頭焊接、敷設防銹層費時，費用較高，涌水地帶施工困難； 3、為抵抗溫度變化，需設置可撓管； 4、大口徑管容易鹿茸平； 5、由于接頭鋼性，克服變形需使用沙子鋪底，且要求用細沙回填并夯實。 |
鋼管在安裝施工時采用現場焊接，為剛性聯接。這種聯接方式使本來就很棘手的防腐技術更增加了難度，防腐質量難以保證。同時鋼管焊接后形成一條很長的導電體，在城鎮地下雜散電流和泄漏電流作用下，使鋼管產生電腐蝕現象，加劇了對鋼管的腐蝕速度。這就是鋼管埋于地下壽命只有15～25年的主要原因。如果將鋼管埋于腐蝕性強的土壤中，其壽命會更低。
球墨鑄鐵管VS塑料管
c）離心球墨鑄鐵管與塑料管部分性能對比
表6 球鐵管與塑料管的部分性能對比
|
管子公稱內徑mm |
100 |
200 |
300 |
400 |
500 |
600 |
700 |
800 |
|
|
壁厚mm |
球鐵管 |
6.1 |
6.4 |
7.2 |
8.1 |
9.0 |
9.9 |
10.8 |
11.7 |
|
塑料管 |
6.3 |
12.8 |
20.1 |
25.5 |
31.7 |
40.2 |
45.3 |
51.0 |
|
|
重量kg/m |
球鐵管 |
15.8 |
32.3 |
53.8 |
80.3 |
111.5 |
147.0 |
187.1 |
232.0 |
|
塑料管 |
2.08 |
8.22 |
21.2 |
34.0 |
52.5 |
84.4 |
107.0 |
136.0 |
|
|
使用壓力≤MPa |
球鐵管 |
5.0 |
5.0 |
5.0 |
4.0 |
4.0 |
4.0 |
3.2 |
3.2 |
|
塑料管 |
0.68 |
||||||||
|
壓力穩定性 |
球鐵管 |
使用壓力基本與年限及常規介質溫度無關 |
|||||||
|
塑料管 |
隨年限與介質溫度提高，使用壓力明顯下降 |
||||||||
|
熱膨脹系數 |
球鐵管 |
11.5×10-6·K-1 |
|||||||
|
塑料管 |
標準要求≤12.53×10-4·K-1，國外0.6～2.0×10-4· K-1 |
||||||||
塑料管的允許使用的壓力是隨著使用年限的增長和介質溫度的提高而降低。塑料管線被鼠類啃咬釀成事故的現象也是時有發生的。而這些缺陷對于離心球墨鑄鐵管材來說是不存在的。
球墨鑄鐵管VS PCCP管
d）離心球墨鑄鐵管與PCCP管對比
表7 球鐵管與PCCP管的比較
|
管子種類 |
球墨鑄鐵管 |
PCCP管 |
備注 |
|
承壓能力 |
1 |
0.6～0.7 |
|
|
單位重量 |
1 |
3 |
以DN1200為例，前者為420.1Kg/m，后者為1229 Kg/m |
|
運輸中損傷 |
～0 |
10～15% |
|
|
柔性接頭轉角 |
3～50 |
最大1.50 |
|
|
對地基要求 |
低 |
要求砂基或混凝土基，且平整 |
PCCP管不適合于復雜地形 |
注：以球墨鑄鐵管為基準進行對比
水泥管價廉、耐腐蝕，過去曾用于輸水，近期主要用于污水的輸送上。但與球墨鑄鐵管相比，它仍有很多不足之處
e）管材的管體強度對比
表8 不同種管材的壁厚
|
編號 |
管子種類 |
管子壁厚（mm） |
水泥砂漿厚度（mm） |
|
1 |
球鐵管 |
8.5 |
－ |
|
2 |
球鐵管 |
7.0 |
－ |
|
3 |
水泥砂漿內襯球鐵管 |
8.5 |
6.0 |
|
4 |
水泥砂漿內襯球鐵管 |
7.0 |
6.0 |
|
5 |
高級鑄鐵管 |
11.5 |
－ |
|
6 |
鋼管 |
6.0 |
－ |
圖1 管體強度
抗震防凍性能優異
球鐵管具有較高的承壓能力和一定的延伸率，又采用柔性接口，橡膠圈密封柔性接口的特點是軸向偏移角為3°～5°，對于DN40～DN300，不小于3°30ˊ；對于DN350～DN600，不小于2°30ˊ；對于DN700～DN2600，不小于1°30ˊ，T型柔性接口是滑入式接口的型式之一，該接口具有比剛性連接的管材更適應于管基局部不均勻沉降的特點，具有良好的密封性、延伸性，根據管徑的不同，管子偏轉角可達到1～4度，能吸收因地基沉降而產生的應力，避免管道破裂，接口的設計允許一定拔出量，可以補償管線的熱脹冷縮，因此管線具有柔性結構，輸水供氣的安全可靠性大大提高，并且具有較強的抗震和防基礎下陷的能力，以及防止雨凍的現象。
球墨鑄鐵管的接口類型較多，如果設計一條管線，可根椐地質報告提供的情況, 在管基土壤抗垂直承載力特差的局部地段，且置換也達不到設計要求時,在該地段設計時，可考慮選用一部分抗地基變動能力較強的自錨柔性滑入式接口的球管，這種接口的球管功能是使管線形成一種鏈式構造，從而在地基不良，發生大地震地情況下也能安全使用。
表9 不同管徑的允許拔出量
|
規格 |
拔出量/mm |
規格 |
拔出量/mm |
|
80 |
18 |
600 |
19 |
|
100 |
21 |
700 |
34 |
|
150 |
27 |
800 |
39 |
|
200 |
25 |
900 |
49 |
|
250 |
28 |
1000 |
53 |
|
300 |
28 |
1100 |
61 |
|
350 |
28 |
1200 |
70 |
|
400 |
21 |
1400 |
82 |
|
450 |
31 |
1500 |
86 |
|
500 |
24 |
1600 |
92 |
1979年6月12日宮城大地震后，日本自來水協會報告中的各種管材發生事故統計數據，表明球墨鑄鐵管損耗率最低。
表10 地震對各種管材損耗率統計表
|
管材 |
球墨鑄鐵管 |
鋼管 |
灰口 鑄鐵管 |
PVC管 |
|
每公里管道損耗率 |
0.04 |
1.24 |
0.17 |
0.17 |
