环保塑料管材在生活和工业领域中的应用

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陆刚（广东省江门化工材料公司529100）会生活和工业应用中，尤其是城市供排水管网建设方面，有着广阔的市场前景。针对塑料管材在生活和工业应用中的机遇，首先综述了常用塑料管材的性能特点和主要用途，分析了生活领域中塑料管材的常用品种类型及其特点，然后介绍适配供水塑料管材的使用性能，最后讨论塑料管材在生活和工业中的应用实例。　　塑料管材在生活和工业应用中，尤其是城市供排水管网建设方面，发挥着越来越重要的作用。塑料管材轻，使用寿命长，一般在50年以上，基本达到了与建筑同等的使用寿命。塑料管材除在市政及建筑给排水管道，农用（给水、灌排）管道领域继续增长外，在农村人畜饮水改造、太阳能输水管道、市政排污、地源热泵输送管道、通讯、电力、燃气、供暖、医用等行业的应用比例也大量增加，有着广阔的市场前景。　　1.塑料管材在生活和工业应用中的机遇塑料管材以其耐腐蚀、耐老化、环保安全而越来越受青睐，特别是在建筑业，新型塑料管材不仅能大量替代钢、木等传统建材，而且还具有节能、节材、保护生态、改善居住环境、提高建筑功能与质量、降低建筑物自重、竣工便捷等优点，广泛应用于建筑给排水、城镇给排水以及燃气管等领域，成为新世纪管道发展的潮流。　　从20世纪中期开始，世界各国普遍应用塑料管材代替传统管材。塑料管材产量一直保持较高科学历，广东省江门汽车维修厂工程师，从事汽车运用工作。的增长速度，欧洲塑料管总产量2005年达到410万吨，年均增长3.1%.聚丙烯（PP）管材是欧洲管材市场中消耗增长最快的品种之一，年增长率超过9%.2003年全世界塑料管材的需求量每年增加5%，达到1380万吨。近几年发达国家的管材应用实践表明：无论在给水管道、还是排水管道，聚烯烃管材的发展速度大大超过聚氯乙烯（PVC）管材，聚烯烃特别是聚乙烯管道逐渐占主导地位。我国生产和应用塑料管已经有40多年的历史，塑料管材在市政工程和建筑工程中的应用取得了明显进步，在数量和品种规格上得到了很大的发展。尤其是近几年国家提出“以塑代钢”　　产业政策以来，大力发展新型绿色环保管材，全国塑料管道行业得到了迅速发展。我国建筑用塑料管材年需求量约50亿米，2010年我国塑料管产量达450万吨，预计到2015年将达600万吨，届时我国将成为世界上塑料管产量最大的国家。　　我国塑料管的使用虽也有较长的时间，但主要集中在建筑内排水和电线电缆护套管，这是起步最早应用较为成功的领域，目前已经普及。在室外给水管领域应用塑料管较早和较多的是在农村地区，在城市应用塑料管作为室外给水管道的比例较小，只在少数大城市得到了一定程度的推广。在建筑内给水领域，许多城市的建委也都做出相应规定，但实际用量还不大，设计部门缺乏对塑料管道的认识，埋地排水领域、热水给水领域的塑料管应用更是刚刚开始。在欧洲管道市场，应用量第一是排水管道，第二是室外埋地给水管，第三、四位是农业用管和护套用管，随后是燃气管、工业用管以及采暖/室内用管。而我国的结构分布与国外差异较大，而且管材用原材料的研发不足，也与国外有较大差距，目前有石化企业的聚乙烯（PE）、PP管材料正在进行定级论证；最后是产品标准及施工规范严重滞后于管道发达国家水平，对塑料管材的特点、性能认识不足，伪劣产品趁虚而入，扰乱市场，严重影响了塑料管材行业的健康发展。尽管如此，塑料管道近两年在我国的发展已势不可挡，特别是自国家化学建材产业制订2015年发展规划纲要以来，在管道行业掀起了投资热潮，从铝塑管、交联管、PP-R管、PP-B管、PE燃气管、PE给水管到排水排污管等，给我国塑料管材行业的发展创造了腾飞的机遇。　　2.常用塑料管材的性能特点和主要用途塑料管的原料组成决定了塑料管的特性。塑料管的主要优点：化学稳定性好，不受环境因素和管道内介质组分的影响，耐腐蚀性好；导热系数小，热传导率低，绝热保温，节能效果好；水力性能好，管道内壁光滑，阻力系数小，不易积垢，管内流通面积不随时间发生变化，管道阻塞机率小；相对于金属管材，密度小，材质轻，运输、安装方便，灵活，简捷，维修容易；可自然弯曲或具有冷弯性能，可采用盘管供货方式，减少管接头数量。　　塑料管主要缺点：力学性能差，抗冲击性不佳，刚性差，平直性也差，因而管卡及吊架设置密度高；阻燃性差，大多数塑料制品可燃，且燃烧时热分解，会释放出有毒气体和烟雾；热膨胀系数大，伸缩补偿必须十分强调。常用的几种塑料管材的特点和主要用途见表1.表1常用的几种塑料管材的特点和主要用途连接方式主要用途名称PVC管PE管特点抗拉抗压强度较好但其柔性不如其他塑料管粘接、承插住宅生活、工矿业、农业的供排水、灌溉、材，耐腐蚀性优良但低温下较脆，价格最便胶圈连接、供气、排气用管、电线导管、雨水管、工宜法兰螺纹连接业防腐管等耐热性能突出（热变形温度为100c），耐粘接、法兰螺纹连热水管化学性能优良接重量轻、韧性好，耐低温性能较好，无毒，热熔焊接、法兰螺饮水管、雨水管、气体管道、工业耐腐蚀抗冲击强度高，但抗压抗拉强度较低，价格纹连接管道较便宜耐腐蚀性好，强度较好、表面硬度较高、表热熔焊接、法兰螺化学污水、海水、油和灌溉的管道用于室面光洁，具有一定的耐高温性能纹连接内混凝土地坪作采暖系统加热管耐腐蚀性优良，重量较轻，耐热性高于PE、粘接、法兰螺纹连卫生洁具用下水管、输气管、污水管、下PVC，但价格较贵接电缆管、高防腐工业管道等当建筑物有热水供应系统且冷热水采用统一管材时，耐热性能成为主要指标。塑料管的使用温度及耐热性能决定了PVC、PE和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）仅能用于冷水管。塑料管（尤其是作为热水管）因热膨胀系数高，采用柔性接口，伸缩节或各种弯位等热弥补措施较多，其中以PE和PP等聚烯烃类为最。施工时如无足够重视并采取相应技术措施，极易发生接口处因伸缩节而拉脱的问题。塑料管可减少保温层的厚度甚至无需保温。承压性能所涉及的内容是一定条件下塑料管材能够承受的内压力和恒压下的破坏时间。　　给水塑料管不用考虑水质影响，PVC管由于价格低廉属于冷水供水系统首选管材，而当温度较高时，可选用聚乙烯管或交联聚乙烯管、聚丙烯管、聚丁烯管。排水塑料管的平直性差、刚度小，需加密管卡、支架、吊架来解决；软化温度低、耐热性差，需限制排水温度，限制使用场所和控制与热源的距离，穿越楼板、屋面板、防火墙、管道井井壁处需设置阻火圈和防火套管；阻燃性和抗机械冲击性差，需精心施工。塑料管的噪声大于铸铁管，管道明装且位置靠近卧室时，隔声性差的问题尤为突出，需提高管道材质的隔声效果，芯层发泡管空壁管是基于这一思路而开发的；降噪的另一方式是改变水流条件，螺旋管是基于这一思路而开发的。将两种方式结合起来的是芯层发泡螺旋管和空壁螺旋管。相同条件下，不同结构形式的排水塑料管噪声为：普通管>芯层发泡管>空壁管>螺旋管。　　排水塑料管已可在建筑高度为100m以下的建筑物内使用，取代普通铸铁管。　　塑料管材的常用品种类型及其特点目前，我国塑料管材已发展成为品种较齐全、生产能力较具规模的建材行业，主要的塑料管材品种有：UPVC管、CPVC管、PE管、PAP管、PE-X管、聚丁烯（PB）管、ABS管、钢塑复合管、玻纤增强管等。　　塑料管材常用于供水管网中，它可分为两类：一类是聚烯烃材料，包括PE、高密聚乙烯（HDPE）、PP、PB等，这类塑料管材适用于熔合（加热）连接；另一类是氯乙烯材料，包括PVC，UPVC、CPVC等，适用于粘接（胶水）连接。硬聚氯乙烯管是国内前几年塑料管材的主导产品，但存在三大问题，一是其连接采用胶水方式，而目前国际上未能解决胶水毒性问题；二是UPVC加工时的某些添加成份可能成为水中细菌的营养剂，使残留细菌加速繁殖；三是由于PVC大分子存在大量的单体氯原子，最近理论界对于该管材中是否可能出现游离的氯离子造成新的水质污染提出了大量的疑问，因而该管材会逐步淡出给水领域，但因其价格较低而在排水系统中会得到大量使用。聚乙烯管材分为低密度聚乙烯（LDPE）、中密度聚乙烯（MDPE）和高密度聚乙烯（HDPE），聚乙烯管的突出优点是卫生无毒，柔韧性、抗冲击能力均高于UPVC管，但是其使用温度较低（低压聚乙烯熔点约为130C，高压聚乙烯熔点稍高于100C），故很少用于热水管。此外，聚乙烯还有线胀系数大、应力下易开裂、不易染色等不足。由于其柔韧性较好，主要应用于供气、农业等领域。聚丙烯无色无味无毒，具有优良的耐热性能和较高的强度，适用于建筑物室内冷热水供应系统，也广泛适用于采暖系统，缺点是低温脆性差，线性膨胀系数大，易变形，不适合于建筑物明装管道工程，由于热熔连接安全、可靠，目前主要应用于供水系统的暗装管道。　　PVC和PE管道在60年代应用于供水管道工程，在应用初期，PVC管道的连接方式比较简单，小口径PVC管道采用胶水、粘接连接，中等口径的PVC管道采用承插接口，使用橡胶圈密封，是一种较理想的柔性接口。初期的PE管道采用加热连接的方法，施工不方便。早期的PE管由于材料性能的限制，抗压强度和抗开裂性能都不好，管道的口径越大管壁就越厚，材料用量增加，加大了成本。因此，初期的PE管一般不超过DN300，主要用于户内管道和配水管网。PVC通常是多组分的塑料，因为PVC在热、氧、光作用下结构会发生变化，因此在加工中一定要加入稳定剂。为了改善PVC管道的表面性能，减少管道的收缩性能和着色等目的，还需加入其他加工助剂、填料和颜料等。管道中常用的UPVC，就是为了改善PVC脆而硬的性能而加入增塑剂，将增塑剂含量控制在0-12°%范围内的PVC管道。CPVC是由PVC进一步氯化而得的产物，它和PVC的材料区别是氯含量的不同，它的氯化程度较高。一般PVC的氯含量为56.7%，CPVC的氯含量为6374%，视各生产厂家的氯化方式和生产的技术水平不同而有差异。由于CPVC氯含量的增加，管道的抗老化性能和耐压性能均有较大提高，该管道是传统UPVC管材的改进和提高。　　PE管的连接都需要加热，还要求一定的冷却时间，每一次焊接都需要20分钟左右，口径越大的管道，加热和冷却时间越长，因此安装工期相对长。PE管的加热熔接要求一定的操作空间和熟练的操作技术，后来发明了电热焊接套管，即两个管段或管件通过一个电热焊接套筒相连接，这种连接方式便于管沟内PE管的连接或者施工空间狭小的场所。PE管材的性能也在改善，从PE63、PE80到PE100，将来会发展到PE115.随着材料等级的提高，PE管的壁厚变簿，减少了PE材料的用量，降低了成本，有利于PE管道在大口径管道中的应用。PE也是生产复合管道（铝塑复合管和钢塑复合管）的主要原料，充分利用金属良好的机械性能和塑料的防腐性能，从而保证供水管网的安全可靠。　　适配供水塑料管材的使用性能众多给水管材涌现，给用户和工程设计带来了极大的便利，但由于各种给水管材因其在性能、尺寸范围及安装施工工艺等方面有各自的特点，有一定的适用范围，同时由于给水系统中管道所处部位不同，在施工安装中有不同特点。　　室内给水分区主干管属给水系统的主要部分，包括分区内的横干管及立管，这一部分管道大多敷设在屋面保温夹层、吊顶、管道井、管窿内，采用支架固定，无需埋设。管径一般在2580mm范围内，要求有高品质的耐久性、外观持久性、无腐蚀、无结垢、无泄漏、低噪声、卫生、寿命长、安装方便的管材。一般对工作压力要求：冷水20C、1.0MPa；热水70C、1.0MPa，但热水管一般应采用公称压力1.62.0MPa的管材和管件。这一部分管材在施工中一次性安装，用量大，是给水管道的主干管，适合塑料管有：UPVC，ABS；复合管材有涂塑钢管、钢塑复合管、孔网钢带塑料复合管。　　UPVC管价格便宜，安装施工方便，但使用中有UPVC单体和添加剂渗出，故应注意其含铅量要达到生活饮用水规定的<0.05mg标准。PB管有较好的高温耐久性，性质稳定，同时低温抗弯曲性能、抗脆裂性能和抗冲能力较强，重量轻，壁薄，水力条件最好，伸缩性和抗蠕变性好，有一定抗紫外线能力，安装连接方式多样，适用不同环境，同时能够再生，是一种优良的管材，但目前国内还没有PB树脂原料，依靠进口，价格较高。PP-R管耐温性能好，重量轻，强度好，耐腐蚀，无毒，可回收，采用热熔连接，但管壁较厚。PEX管耐温性能好，抗蠕变好，重量轻，强度好，耐腐蚀，无毒，但施工中没有同材质管件，需与金属管件连接，应有较好的施工质量作保障。ABS管强度大，低温环境不破裂，耐冲击，不含任何添加剂，色彩不能改变，管件和管材必须同样采用ABS材料，粘接固化时间较长。涂塑钢管相对于钢塑复合管，在卫生条件、安装难易、价格上均具有一定的优越性。以上各种管材，可同时用于冷、热水的管材有PP-R、PB、PEX，铝塑复合管，只用于冷水的管材主要是UPVC、ABS、钢塑复合管、孔网钢带塑料复合管。　　卫生间管道因卫生设备和用户装修标准的不同，安装程序上往往不由建筑施工方一次安装完成，而是用户自行在二次装修中完成这部分管道的安装。卫生间等配水支管的管径在1625mm，一般为埋墙或埋地，暗装接点多，由于管道大多暗敷，对管材、管件、安装连接要求较高。适合的塑料管有：HDPE，PEX，PP-R、PP-C，PB等；复合管材有铝塑复合管、塑复铜管、涂塑钢管等。PEX管和铝塑复合管因可弯曲、不反弹、切割方便、安装工具简单，目前在卫生间内使用较多，但安装中需注意管材与管件采用夹紧安装方式，受人力因素影响较大，紧固性难以保障，同时热塑性管材和金属管件接头热膨胀系数差异大，容易松动，为此，部分厂家已有专利管件出现配套使用或采用分水器配管法，仅在管道两端与分水器和用水器具连接处安装管件；此外管材强度比较弱，在施工中要特别注意受压变形而影响管道流量和水力条件。　　给水引入管、室外给水、输水管的管径范围在50200mm以上，要求强度高、耐压好、密封性好、耐腐蚀、水力条件好、抗水锤能力强、安装简易、重量轻、寿命长。适合的管材有孔网钢带塑料复合管、ABS、UPVC、涂塑复合管、钢塑复合管。这类管材由于强度及耐压要求高，全塑料的管材为达到要求必须增加壁厚，但同时在耗材、内径、水力条件、重量等方面受到影响。相对来说复合管有一定的优势。孔网钢带塑料复合管以冷轧钢带和热塑性塑料为原料，兼具有钢管和塑料管的优点，克服了一般复合管二者结合不紧的缺点，具有刚性好、强度大、承压高、重量轻、膨胀量小、导热小、价格低廉的优点。调整钢带塑料复合管中钢带的厚度和塑料的耐温等级，可造出广泛耐温耐压管材，连接方式采用电热熔。不足之处在于：因超压或外力损伤时，快速修复较难；弯曲度比钢管小，须用25°、30°等多角度的管件作为弥补。涂塑钢管有塑料和钢的优点，但材料主要以钢管为主，价格比孔网钢带复合管贵。　　塑料管材在生活和工业领域中的应用随着人们生活水平、环保意识的提高以及对健康的关注，在给排水领域掀起了一场建材行业的绿色革命。大量水质监测数据表明：采用冷镀锌钢管后，一般使用寿命不到5年就锈蚀，铁腥味严重。而塑料管材具有自重轻、耐腐蚀、耐压强度高、卫生安全、水流阻力小、节约能源、节省金属、改善生活环境、使用寿命长、安装方便等特点，受到了管道工程界的青睐并占据了相当重要的位置。　　在建筑安装工程中，采暖和给水用的大多是聚丙烯管PPR管材。管径比公称直径大一号，如PPR32相当于DN25，PPR63相当于DN50.管径具体分为DN20、DN25、DN32、DN40、DN50、DN63、DN75、DN90、DN110.管件种类繁多，包括三通、弯头、管箍、变径、管堵、管卡、支架、吊架等。管分为冷热水管，冷水管为带绿色条管，热水管为带红色条管。阀门有PPR的球阀、截止阀、蝶阀、闸阀，也有外为PPR材料内为铜芯的。管道的连接方式有焊接、热熔和螺纹连接等式。PPR管用热熔连接最为可靠，操作方便，气密性好，接口强度高。管道连接采用手持式熔接器进行热熔连接。连接前，应先清除管道及附件上的灰尘及异物。连接时，无旋转地把管端插入加热套内，达到预定深度。同时，无旋转地把管件推到加热头上加热，达到加热时间后，立即把管子与管件从加热套与加热头上同时取下，迅速无旋转地、均匀用力插入到所要求的深度，使接头处形成均匀凸缘。在规定的加热时间内，刚熔接好的接头还可进行校正。管道安装过程中，可分层或单套进行水压试验。工作压力和试验压力分别为：低区工作压力0.4MPa，试验压力0.6MPa，高区和中区工作压力以0.6MPa计算，试验压力为0.9MPa.在管道系统安装完毕后再全面检查，核对已安装的管子、阀门、垫片、紧固件等，全部符合设计和技术规范规定后，把不宜和管道一起试压的配件拆除，换上临时短管，所有开口处进行封闭，并从最低处灌水，高处放气。对试压合格的管道进行吹洗工作，直至污垢冲净为止，并做好各项吹扫清洗记录和试压记录等工作。试验时应缓慢注水，注满后应做密封检查。　　加压宜用手压泵缓慢升压至试验压力后，稳压1小时，压降小于0.05MPa，然后下降至工作压力的1.15倍稳压2小时，进行外观检查，不渗不漏、压力下降不超过0.03MPa为合格。安装时还要注意搬运和安装管道时应避免碰到尖锐物体，以防管道破损。管道安装过程中应防止油漆等有机污染物与管材、管件接触。安装中断或完毕的敞口处，一定要临时封闭好，以免杂物进入。给水管道系统在验收前应进行通水冲洗，冲洗水流速宜大于2m/s，冲洗时不应留死角，每个配水点龙头应打开，系统最低点应设放水口，清洗时间控制在冲洗出口处排水的水质与进水相当为止。生活饮用水系统经冲洗后，还应用含2030mg/l游离氯的水灌满管道进行消毒，含氯水在管中应滞留24h以上。管道消毒后再用饮用水冲洗，并经卫生管理部门取样检验，水质符合现行的国家标准生活饮用水卫生标准后，方可交付使用。　　排水用的是UPVC管材，正常情况下，使用寿命一般可达3050年。UPVC管材内壁光滑，流体摩擦阻力小，克服了铸铁管因生锈、结垢而影响流量的缺陷。管径也比公称直径大一号。管件包括斜三通、四通、弯头、管箍、变径、管堵、存水弯、管卡、吊架等。用排水胶粘接，粘接剂使用前必须摇匀。管道和承插口部位必须清理干净，承插的间隙越小越好，可用砂布或锯条把结合面打毛，承口内较薄地均匀刷一遍胶，插口部位外刷两次胶，待胶干4060秒后插入到位，同时应注意根据气候变化适当增减胶干时间。粘接时严禁沾水，管道到位后必须平放在沟内，待接头干后24小时开始回填，回填时用沙土将管道四周填紧，留出接头部位再进行大批回填。要用同一厂家的产品。UPVC管与钢管套接时，必须将钢管连接处擦净涂胶，将UPVC管加热变软后承插在钢管上并降温处理，如加上管箍会更好。对管材大面积损坏的需更换整段管材，可采用双承口连接件更换管材的办法。对溶剂粘接处渗漏的处理，可采用溶剂法，先排干管内的水，并使管内形成负压，然后将粘接剂注在渗漏部位的孔隙上，由于管内呈负压，粘接剂会吸入孔隙中而达到止漏的目的。管道或管网系统的水压试验，必须在粘接干燥24小时后才能进行。管道的水压试验必须遵守国家规定的非金属管道的试压规则。　　对于无节点连接的管道试压长度1.5km，有节点的管段试压长度1km.管道或管网试验压力不得超过设计工作压力的1.5倍，最低水0.5MPa，并保持试验压力2小时或者满足设计的特殊要求，无渗漏为合格。　　近些年来，我国塑料管材的研制、生产都取得了重大进展，塑料管道的应用领域也越来越广泛，现已普及应用到建筑给、排水，建筑供暖，城市燃气输送，城市自来水、排水等市政工程，农村人畜饮水改造，电力，通讯，农业灌、排，工业，医药等许多领域，塑料管道在生活中已无处不在，满足了建设和人民生活的需要，并已形成了颇具规模的行业大军。未来塑料管材会有更大的发展，PVC管材的材料性能还将改善，各种关于新型塑料的新技术都在不断地推广使用。在塑料管材日益普及的今天，还要进一步研发适合我国国情的环保塑料管材，让塑料管材更安全，更有效的服务于企业，服务于社会，创造更好的经济效益和社会效益。