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技术文章

协羽U-PVC与CPVC塑料(纯水/化工)管道的应用概述

协羽所生产的U-PVC与CPVC塑料(纯水/化工)管道,其能于全世界阀门管道行业中被广泛使用,主要原因就在于协羽对生产技术的**以及技术应用的完善与发展,很多案例证明,由于应用技术的不了解或甚至于落后,进而阻碍了产品的正常发长。
多年来,协羽U-PVC与CPVC塑料(纯水/化工)管道的生产和应用已形成了坚实的基础,在许多应用领域内对U-PVC与CPVC管道的性能了解和应用都已非常熟悉,然而要更进一步提高协羽阀门管道的应用技术,这仍是协羽产品发展的重要部分;如在U-PVC与CPVC所俱有的性能条件,计算出使用期内安全运行的相关参数,既能将产品拓展至其他相关之使用领域,这对于协羽阀门管道产品的发展而言,其优良是正面性的。然而协羽的U-PVC与CPVC塑料(纯水/化工)管道已广泛被应用于各种领域,其优良的质量与性能亦得到广大客户的认同,但由于许多客户在管道施工安装以及使用中未依照规范要求操作,因此造成管道在正常运行中出现泄漏的问题,造成客户对本公司管道的质量产生置疑,因此,针对于此问题,我们在此对U-PVC与CPVC管道的实际应用以及施工安装与日常维护提出概略性的讨论,希望能对所有客户有实质性的帮助。
 
1.1 UPVC压力管的应用
UPVC压力管线或管网所输送的介质可包括生活用水、废水及其它介质,在输送介质时必须承受一定的压力。压力管道的安装方式有埋地敷设和建筑物内敷设两种,其施工规范有较大差异。
 
1.1.1 埋地敷设压力管线
对于埋地敷设的管线,一般都为大口径管材,但也不排除小口径管材采用埋地敷设方法。这种管线在应用设计及安装施工时应重点考虑以下几方面:
A.      介质对UPVC材料的腐蚀程度
UPVC材料具有较好的耐化学腐蚀性,一般情况下,如输送介质的温度在20℃右 面时,除高浓度的酸和碱外,大多数酸碱物质均能被输送。在设计UPVC管道时,应将工作压力、介质温度及腐蚀程度综合考虑,确定管材的压力等级,表(A)为UPVC塑料管对几种常见化学品的耐腐蚀特性,可供参考。
B.              管道连接形式的选择
管道连接的形式有二种:一种为刚性连接,即把管材的一端加工成平扩口,在扩口内壁和管材插入端表面涂上粘接剂,再将管材插入平扩口,或采用管箍将对接的二根管道连接,即分别在管箍的两个插口内涂上粘接剂,将管材的两根管材的一端外表涂上粘接剂,将管材插入管箍两端即可。这种通过粘接剂进行粘接的方法称为溶剂粘接法,其连接的可靠性取决于粘接剂的质量、平扩口或管箍的内径及锥度与插入管的尺寸配合的程度以及结合的清洁处理程度等。此连接方法适用于外径≦50mm的管道,通过刚性连接的管道没有伸缩性,在遇到热胀冷缩及有压力的情况下无法伸缩,因此在管线的设计中还必须加上伸节以保证管线的伸缩。
另一种接法是使用密封圈的柔性连接,即将管材通过扩口设备将管到的一端扩成带”R”型槽的扩口,将橡胶密封圈放入”R”型槽内,安装时只要将需连接管的无扩口端涂上润滑剂后插入另一管材的扩口,这种方法施工方便,密封可靠,运行时可在温度及压力变化的情况下伸缩自如,埋地使用时管道无需考虑附加伸缩节,这是目前*合理的对接方法,尤其适用于管径≧63mm的管道的对接,在管道的施工安装过程中需采用管件如弯头和三通等,予以改变管道方向或连接支路及其它需对管路进行的处理;应用在小口径管件时多采用粘接剂连接,而大口径管件还有密封圈柔性连接形式,这种柔性连接的管件价格相对较贵,在管路设计时应**考虑安装及使用质量和管道的造价成本。
一些较大口径的管件如直径大于355mm的管件难以采用模具注塑一体成型,因此此类管件大多采用加工制作,且对此管件进行特别加固处理,即在管件的外层,包覆玻璃纤维予以增加强度,加工管件的连接均采用柔性承插方式,因此管件的各端皆需有一定的长度,以保证管材的承插深度。
 
      表(A ) UPVC塑料管道对几种常见化学品的耐腐蚀特性

化学品 

20℃
40℃
60℃
盐酸
不腐蚀
不腐蚀
轻微腐蚀
硫酸(高浓度)
不腐蚀
轻微腐蚀
轻微腐蚀
硝酸(低浓度)
不腐蚀
不腐蚀
轻微腐蚀
硝酸(高浓度)
腐蚀
腐蚀
腐蚀
亚硫酸
不腐蚀
不腐蚀
不腐蚀
腐蚀
腐蚀
腐蚀
碱液
不腐蚀
不腐蚀
不腐蚀
硫化氢
不腐蚀
不腐蚀
不腐蚀
高锰酸钾
不腐蚀
不腐蚀
不腐蚀
氯化钾
不腐蚀
未试验
不腐蚀
氢氧化钾
不腐蚀
未试验
不腐蚀
甲醇
不腐蚀
未试验
轻微腐蚀
二氯乙烷
腐蚀
腐蚀
腐蚀
碳酸钠
不腐蚀
不腐蚀
不腐蚀
电镀液
不腐蚀
不腐蚀
不腐蚀
漂白剂
不腐蚀
不腐蚀
不腐蚀
卤水
不腐蚀
不腐蚀
不腐蚀
汽油
不腐蚀
不腐蚀
不腐蚀
柴油
不腐蚀
不腐蚀
不腐蚀
天然气
不腐蚀
不腐蚀
不腐蚀

 

 
C.       UPVC压力管道的设计与计算
在设计UPVC压力管路时,主要考虑管道需承受的压力、温度、外部负压以及一些特殊情况对管道的要求等。这对保障管线正常而长久的运行是非常重要的。
一般情况下管内承受找作压力与壁厚的关系为:
P=2Sσ/(D-S)
式中P—管内承受的工作压力,MPa。
S—PVC管材的壁厚,cm。
D—管材的外径,cm。
σ—PVC材料的许允应力,MPa。
以上公式为经验公式,其有一定的参考价值。
不同压力等级、不同外径管材的σ取值不同,表(B)列出了σ的值,以供参考。
表(B)中σ取值是通过大量实验后从压力、时间、温度等可变因素中求得的函数关系曲线。国际标准ISO4422-2—96中的各个压力等级相对应的管道规格符合此曲线,σ的取值条件是按UPVC管道以清洁的水为输送介质,如输送腐蚀性化学物质,则σ值必须另行确定。
例:因工程通水需要,管线工作压力要求1MPa,拟采用Φ160mm外径的UPVC塑料管,试求出该管线需采用管道的*小壁厚。
由以上公式可求得S=PD/(2σ+P),以σ=12.5代入得,
S=1╳16/(2╳12。5+1)=0.615=0.62cm
 
       表(B) 

压力值/MPa 

外径范围/mm
σ(20℃)
σ(30℃)
σ(40℃)
σ(50℃)
0.6
≦90
9.15
7.32
5.49
2.29
 
≧110
11.70
9.36
7.02
2.93
0.8
≦90
10
8
6
2.50
 
≧110
12.5
10
7.5
3.13
1
≦90
10
8
6
2.5
 
≧110
12.5
10
7.5
3.13
1.6
≦63
12.5
10
7.5
3.13
 
≧75
12.5
10
7.5
3.13
PVC/CPE天然气管
 
80
--
--
--

 

 
一般水温度超过60℃以上时,绝不可使用UPVC管道。
按照国际标准ISO4422.2,可取PN10级,其壁厚为6.2mm;为按照国家标准GB/T1002.1—96,可选取PN10级,其壁厚为7.0mm。
UPVC管材在无侧向支承的情况下敷设于地沟中,表面覆盖填土层,这对管道产生了外部负荷,其外部负荷的计算公式为:
P=W/πD
式中P—管材上实际承受的弯曲压力,kgf/cm2
W—管材单位长度上的顶部负荷,kgf/cm2
管材敷设于沟壕中,两则借沟壁支承,并沿长度承受顶部的外负荷,且在其作用下产生的沿管道垂直轴上的挠曲(cm):S=0.03W/E(dm/en)3
式中 E—土壤的弹性模量,通常取>50kgf/cm2
      dm管材外径,cm。
      en --管材壁厚,cm;
管材在地面安装时应考虑二个重要因素: 一是温度的变化所引起的热胀冷缩现象,UPVC管道的线胀系数为(5~10)*10-5/℃,由于管道的连接形式有柔性和刚性二种,所以在管路设计时,应根据连接形式决定补充伸缩节的安装数量。二是水平管材支架中心间距的大小,支架中心距与管材的公称直径有关,表(C)为UPVC、CPVC、ABS、HDPE四种管道的支架中心距。
 
水力特性与计算:
由于UPVC塑料管内壁十分光滑,实际上是水力光滑区,其流动状态与铸铁管、钢管及水泥管是不一样的,计算水力损失有各种不同的公式,下列经验公式对计算UPVC管道的水力损失有实用价值。
ΔH=λlv2/2Dg
式中ΔH—沿程水力损失,m。
λ—塑料管内壁粗糙系数,一般取值为0.01。
V—液体流速,m/s。
D—塑料管外径,m。
L—管道敷设长度,m。
g—重力加速度,取值为9.8m/S2=S2
 
 表(C)

公称直径/mm 

UPVC
CPVC
ABS
HDPE
63
1.5
2
2
0.8
75
1.8
2.5
2.1
1
90
2
2.5
2.1
1
110
2.25
3
2.25
1.2
160
2.6
3.5
2.8
1.5
225
3
4
3.2
1.8
280
3.5
5
4
2.1
315
4
6
4
2.5

 

例:埋地敷设外径为250mmUPVC输水管线10km,在不考虑水锤、湍流等情况的理条件下,选项卡用何种压力等级的管材为佳。
根据以上条件取值:λ=0.01,L=1000m,水的流速为V=1m/s,g=10m/S2,管材外径D=0.25m,则
ΔH=λLV2/2Dg=0.01*10000*12/2*0.25*10=50(m)
根据水力损失ΔH可得出管内工作压力P=ΔH/10=5kgf/cm2=0.5MPa,按GB/T10002.1—96标准中的规格,可选用0.6MPa级Φ250*7.3mm的UPVC塑料管。
管线输送流体介质时,在管内通常含有一定量的空气,如果不将空气排出,会造成爆管现象,且根据对塑料管的安装经验,凡敷设管线时地形高差在大于1.8m时,必须安装排气阀或排气井,排气阀应设置在*高点,另外还需注意在连续起伏的地形中,管内流体会产生虹吸现象,并使塑料管承受负压,影响流体的正常输送,在管道的设计中可参照铸铁管道附设支管的方法解决。根据UPVC材料的特性,只有当管道的转向≧12.5°时才安装弯头管件。由于UPVC塑料管道具有一定的刚性,又有一定的韧性,所以在地形不复杂的情况下,敷设方法可采用直埋式,它可随地形的起伏变化而弯曲,且不需预制水泥沟槽,如此可简化施工程序和时间,同时也节省了施工费用。
在管路施工中,直埋式管线中对于管外径≧110mm的弯头管件(≧30°),需对弯管的二臂用水泥支墩加以固定,尤其是大口径、90°弯头处必须严格要求固定支墩的施工质量,防止由流体运动方向改变而产生的较大推力破坏管道。
管路中的流量可按下式计算:
Q=V*S
式中Q—流量,m3/h。
V—流速,m/h。
S—管道内圆截面积,m2
由于塑料管内壁光滑,流速可取1~2.5m/S,即3600~9000m/h。
UPVC塑料管内介质的流动状态比铸铁管简单,湍流与涡流状态在计算流量时可以忽略不计,相同的规格,塑料管的流量至少比钢管、铸铁管、水泥管等增强25%~35%。
由于UPVC材料的化学稳定性好,不易受酸、碱、盐等化学物质的侵蚀,管内壁比较光滑,不会产生钢管及一些内壁较粗糙的管材因管内结垢而使管径变小,从而使流量变小的现象;在经过合理设计和计算后,UPVC管道在正常条件下可安全运行50年以上,几乎无需维护和检修。
 
D.      埋地敷设UPVC管道的施工要求
管道的安装施工是产品应用*重要的环节,有资质的塑料管敷设专业施工队伍要比一般的城建施工单位更了解塑料管道的施工技术,更具有安装经验,塑料管道的安装质量,直接影响管道的使用寿命,因此对塑料管道的敷设必须提出严格的施工规范。
(1)走线工作
根据管路与管网的分布及起向进行地形勘察,了解地质情况及其他对长距离输送的管路有影响的情况,以便在施工中及时处理,特别是施工技术人员应实地走线,走线时应针对塑料管的性能特点,发现并考虑其可能遇到的问题,然后设计施工方案,并绘制详细的管路施工图。
(2)控沟工作
直埋式敷设管道时挖沟有一定的要求,虽然地形和土质会有所不同,但对沟槽的基础要**不变的;挖沟时应使沟底平整,没有石块暴露在沟底,在沟底的铺土不仅可以保护管道免受冲击,并可起到抑制温度变化时对管道所产生的影响。
(3)安装工作
UPVC压力管的连接方式一般为粘接剂连接(刚性连接)形式和密封圈扩口承插(柔性)形式二种,但在管道的敷设过程中,不管采用何种连接方式,都会遇到特殊地段,此时应酌情妥善处理,常见现象及处理方如下:
a. 穿越公路:UPVC管材需由预埋的钢管作保护或由公路涵洞内通过。
b. 越河道:在管道外套钢管,或安装在河道上桥梁外侧的支墩上,如遇河面窄、河滩平坦及有枯水期的情况下,可直埋在河底,但河底下须挖深2m。
c. 管线弯道:需配以弯管或管件(弯头),并作固定处理,如弯曲度较小,也可凭借管沟道偏移予以调整,如弯曲角度较大,则可采用二只较小角度的弯管来达到其角度,并可改善介质流动状态,弯管的曲率半径应大于管径的6倍。
d. 管道放至沟内并相互连接后,需分层回填土壤并经充分压实,这样就可均匀地产生侧向土壤抗力,使管道能合理地承受压力,这在大口径UPVC管道的安装敷设中尤为重要。作为基础料的土壤不能用粘土,应选用尺寸较均匀的小圆石或砂石粒子,尤其在连接处这一点特别重要,以免在运行时由于管内压力的作用使管道连接处产生移动而形成汇流,回填土有两种,一种是须直接压在管道上的土壤,它至少要铺放10cm厚,这种回填表土应选用较好的土壤并掺和20%~30%的细黄沙;另一种回填土是挖沟时挖出的泥土料,它铺设在**种回填料的上面,厚度不小于20cm,*后可放一些无要求的回填土,直至填平。应该注意,回填时必须将管道连接处暴露在外,这样可在试压时发现连接处是否有泄漏现象,待试压完成后再进行填埋。
(4)管线的试压工作
为了确保UPVC埋地管线的安全运行,管道安装后必须进行试压。管道超过4km长还应进行分段试压和全线试压二个阶段。分段试压即每2km长度进行一次单独试压。全线试压是对全部管道网络进行试压。试压应分高、低二种压力进行,通常以0.4~0.6MPa进行24h低压试验,如发现连接泄漏等问题,必须进行现场处理,高压试验是以额定工作压力的1.5倍进行24H通水试验,在运行正常的情况下才可将暴露的连接处回填压实。
在管线试压或正常运行过程中,由于各种原因如施工不规范、管材质量问题及一些意外原因等会出现爆管现象,出现这种现象需及时修复,采用抢修节修复破损管路较为方便。
 
1.1.2 建筑物内压力管道
压力管使用在建筑物内,其惟一的作用是输送生活用水(给水管道)。这种管路在敷设过程中采用的管件较多,且由于建筑物内所敷设的大多是小口径管材,目前大多采用粘接剂连接,施工要求非常高。
1、管路的布局
室内管路一般都沿墙敷设,布局时应尽量考虑在隐蔽处。由于采用粘接剂边的PVC压力管路其连接处常因施工疏忽而发生渗漏现象,因此应避免过多的拐角,以减少连接。由于室内管中的布局比较复杂,支路较多,因此,必须考虑设置活接(油宁),油宁的数量视管路的复杂程度而定。
2、管路的支承
管路的支承参数可参见表(C),建筑物内管路的支承大多采用墙卡,由于UPVC管材的线胀系数较大,且建筑物常因地基等原因有一定的移位,因此,墙卡的设置位置和数量也较重要,必要时应设置伸缩节,以保证管路在使用过程中不会因热胀冷缩或建筑移位等原因造成连接渗漏。
3、建筑物内管路的施工安装
在施工安装过程中,*重要的是管材的连接,如采用粘接剂连接,则一定要耐心细致将管材和管件的连接处用丙酮清洗干净后涂上给水用UPVC专用粘接剂,切忌将排水用PVC专用粘接剂用于给水用管材,然后将管材与管件用力插到底,左右转动一下,使粘接剂布匀,随即用墙卡固定在安装位置上不可再摇动或推拉,然后采用此法进行下面的连接,注意不可用力摇动未干固的连接,以防渗漏。螺纹接头常用于连接龙头、阀或金属管道,如有可能,待所有粘接处都干后再将龙头等需用螺纹连接的部件再装上去。试压后如发现连接处理渗漏现象,需将此连接截去,另外,室内管路*好明敷,以利维修。
阀门是管路中必不可少的部件,PVC注塑成型阀门有两种形式,一种为球阀,规格从Ф20—Ф110,常用于建筑物内管路;另一种为碟阀,规格从Ф110—Ф250,一般用于大口径埋地敷设管路。但是也可采用金属阀门,安装时小口径管路采用粘接剂或螺纹连接,大口径管路采用法兰连接。
 
1.1.3 UPVC双壁波纹管的安装要求
UPVC双壁波纹管的安装与实壁管基本相似,但也有些区别。双壁波纹管有二种连接形式:一种形式是由同种材料的注塑管箍连接。将一“O”型的橡胶密圈套在波纹管一端的波纹槽内,然后承**入管箍内。**种形式为扩口连接形式。它是将波纹管的一端进行平扩口,并在波纹管的波纹槽内嵌入“O”型橡胶密封圈,然后以承插形式连接。
目前还有一种齿槽形的密封圈形式,在它的内壁带有数个齿形凸条,安装时将它的齿形凸条镶嵌在波纹管的波纹槽内,这样可以提高密封效果。
UPVC双壁波纹管主要敷设方法为埋一敷设,其挖沟、敷管、回填等施工要求与上述UPVC给水管相似。由于双壁波纹管无试压等现场测试要求,施工比较方便。如该管材用在农田灌溉中则要求有一定的管材敷设深度,以防在耕作过程中损坏管道。
 
1.1.4     塑料阀门管道与金属阀门管道的连接
在UPVC塑料管线的敷设中,经常会遇到与钢铁管道或阀门相连接的情况。管材规格小于Φ90mm时通常都可用同种材料注塑而成的内(外)螺纹接头连接,注塑件与管道的连接可采用粘接剂连接,而金属管道需连接的管端可铰上相同尺寸内(外)螺纹,*后将塑料管道与金属管道进行螺纹连接。螺纹连接施工时如需密封,可使用聚四氟乙烯密封带(生料带)。
对于大于Φ110mm的管道,通常有二种方法可以将塑料管与之连接,一种是用同种材料注塑而成的法兰对塑料管材采用粘接剂连接,塑料法兰的规格系列应与钢铁法兰一致,法兰中间仍用橡胶垫圈密封用同样的方法也可使UPVC塑料管与金属阀门连接,一般大的金属阀门都带有法兰。加一种方法是将需要连接的金属管道的一端通过金属切削加工成合适的尺寸插入塑料管的扩口内进行承插连接。也可加取一段金属管道,将一立竿见影加工成合适的尺寸以使它能与塑料管承插连接,另一端用金属法兰与所要连接的金属管道或阀门连接。承插连接施工时应注意橡胶密封圈在扩口槽内的位置和方向,承插方向应保持顺水方向。
 
1.1.5 UPVC建筑排水管的安装与连接
在我国,UPVC建筑排水管的用量*大,应用的管件品种也为*多。随着社会的发展,建筑结构不断更新,人们的需求不断扩大,管件的品种还将不断发展。UPVC建筑排水管通常是安装在建筑物内的,它的管路设计应根据建筑物的结构来安排。由于建筑物内结构比较复杂,且对管路有防臭、透气等要求,所以它的管件种类非常多。UPVC建筑排水管在安装使用过程中应考虑以下几个方面的问题:
1、 首先,UPVC建筑排水管的安装必须穿墙过户,因此,要考虑UPVC材料的线性膨胀系数,通常可在直线距离较长的立管间安装伸缩节,以保证管路可以自由地伸缩,从而保证管材使用的安全性。
2、 一般情况下管道与管件之间采用粘接剂连接,因此,必须保证连接的可靠性。在UPVC建筑排水管的安装过程中,管材与管件连接的可靠性与管材管件间的尺寸配合、粘接剂的质量及施工时被接物表面的处理有关。在连接过程中要重视下列步骤:
a. 管材与管件连接前应先进行试组装,然后用丙酮清洗管材插入端外表及管件接口的内壁。
b. 应选用质量较好的粘接剂。
c. PVC建筑排水管的安装中关键是粘接剂的涂覆。管材与管件的上接面都应涂上粘接剂,粘接剂要涂刷均匀,不能漏涂。
d. 涂上粘接剂的管材与管件必须插入到底,并左右旋转,使粘接剂分布均匀。
e. 完成连接后的管材与管件在粘接剂尚未干透时不可毒相转动,以防损坏管材与管件间的溶固,也不可立即通水使用,需待粘接剂干固后才可使用。
f.   多层建筑中每层的立管间应配以伸缩节,三通管件安装时应注意顺水方向,便于安装横管时自然形成坡度。
g. 横管的直线管段上检查口或清扫口之间的*大距离见表(D)所示。
h、立管间隔3m需设一只管卡,横管每隔0.4~1.5m应装吊卡一只以保证管线固定的可靠性.管材的支承间距视管径大小而定,详见表(E)。
 
        表(D) UPVC横管直线管段所需带口管件的*大间距

外径/mm 

50
75
110
160
200
250
距离/mm
10
12
15
20
25
30

 

 
        表(E) UPVC建筑排水管*大支承间距

外径/mm 

*大承间距/mm
外径/mm
*大支承间距/m
立管
横管
立管
横管
40
 
0.4
110
2.0
1.10
50
1.5
0.5
160
2.0
1.60
75
2.0
0.75
200
2.0
2.00

 

安装完毕的室内排水管路必须保证不渗漏、不散发臭味、不易堵塞等符合日常生活的要求。一旦发现连接错误,无论粘接剂干固与否,均不可拆开重接,需换取新的管材和管件重新连接,以免降低粘接强度。
 
1.1.6  硬质UPVC专用粘接剂的配制
  UPVC管材与管件的连接,需要用UPVC专用粘接剂进行粘接,粘接剂的质量直接影响着管路的安装施工质量。许多   UPVC管材生产企业都自行配制粘接剂,有时在现场施工抢修时还需配制瞬干型粘接剂,因此对UPVC专用粘接剂的配方也应重视。以下介绍几种硬质UPVC专用粘接剂的配方,以供参考。在使用粘接剂时,如发现有干枯现象,可用环已酮或丙酮进行稀释。
 
        (1) UPVC专用粘接剂配方一

序号 

原料名称
质量份
1
环已酮
40
2
PVC-SG7
20
3
DBP(邻苯二甲酸二丁酯)
2~5

 

    将各组分称量后放入容器内,充分搅拌、混合均匀后罐装待用,注意密封。
 
        (2) UPVC专用粘接剂配方二

序号 

原料名称
质量份
1
过氯乙烯树脂
20
2
二氯乙烷
60
3
环已酮
20
4
DBP(邻苯二甲酸二丁酯)
4

 

    将各组分称量后放入容器内,充分搅拌、混合均匀后罐装待用,注意密封。
被粘接材料在用以上配方的粘接剂粘接时,应先将被粘接材料的粘接部位用丙酮清洗干净,然后均匀地涂上粘接剂。将二个物体粘接后加压0.01~0.02MPa,使其静止固化8h。
 
        (3) 现场抢修瞬干粘接剂配方

序号 

原料名称
质量份
1
环已酮
10
2
PVC管材或管件碎屑
20

 

    配制与使用方法同上。
 
2.2    CPVC管道的应用
CPVC管道可应用的领域极广,一般可使用UPVC材料的管道,皆可使用CPVC管道,特别是在化工业中更能发挥CPVC管道的优良特性。
 
2.2.1 CPVC管道在化工领域中的应用
由于化工行业中经常需要输送既具有较高温度且带有腐蚀性的介质,而CPVC材料正好可在较高温度下抗化学物质的侵蚀,因此CPVC管道被广泛用于化工领域。当然,使用的管材类型必须是工业用CPVC管材。美国诺誉(Novean)公司提供的CPVC原料,期使用寿命可达50年以上,长期*大工作压力可达1.6MPa,而工作温度*高可达95℃。
目前有许多化工厂多采用ABS管道作为输送腐蚀性介质的管道,虽然ABS材质的抗冲性及耐热性较好,但它的耐气候性差,在紫外线的作用下,易受氧化而降解,因此,它在室外暴露六个月,其冲击强度会下降45%以上,面且遇火不会自熄。因此,它的应用受气候环境等因素的影响验证以进一步发展。表(F)为几种塑料材料的材质基本特性。
 
          表(F) ABS、UPVC、CPVC 材质物理性能对照表

物理性能 

单位
ABS
UPVC
CPVC
拉伸强度
MPa
35~45
≧45
56
弹性模量
MPa
1655
2900
2660
冲击强度
Kj/m2
9~30
≧10
≧12
密度
g/cm3
1.30~1.07
1.35
1.55
维卡软化点
≧94
≧84
110
线膨胀系数
10-4
0.95~1.05
0.7~0.8
0.6~0.7
热传导率
j/g. ℃
1.04
1.0
0.58
比热容
j/g. ℃
1.59
1.0
0.58
体电阻
Ω/cm3
﹥1016
>1015
>1015
介电强度
AC,kv/mm
30~45
17
13
可燃性
--
燃烧
自熄
自熄
自然温度
466
425
 
*高工作温度
70
60
95

 

 
2.2.2 工业用CPVC管道的应用设计
A.      CPVC管材与其他热塑性塑料管材一样,承受的工作压力随温度的升高而下降.在管道的应用设计时,除要考虑其工作温度外,还应充分注意管道在工作中的物理机械性质和所涉及的输送介质的性质,在一定的安全系数下选择合适的管材等级和工作压力等级,以保证管材使用的安全性和使用寿命的长久性。表(G)为CPVC管材在不同工作温度下的使用压力下降系数。
 
       表(G) CPVC管材输送的介质温度与工作压力的关系

工作温度/℃ 

-20~40
41~60
61~70
71~80
81~90
91~95
系数
1
0.8
0.6
0.5
0.3
0.2

 

由于工业用CPVC管道使用场所的特殊性,一般需架空敷设,因此,其支承密度的设计也很重要。通常在设计时应考虑工作条件及气候条件,同时还要考虑管道表面的包覆等要求。
B.     安装要求
工业用CPVC管道大多用于工厂等场所,故其使用的安全性就极为重要,由于工业用管道需经常维修,不能埋地敷设,因此管道在安装过程中特别应该重视管道的连接。目前通常采用平扩口粘接剂连接方式或管箍粘接剂连接方式,如使用条件不太严格,也可采用柔性承插橡胶圈封连接。另外,工业用管道年用管件较多,如三通、弯头、法兰、阀门等,有时还要考虑使用伸缩节和管箍,这些管件皆采用注塑成型制成,其结构与化工用UPVC管件完全相同。管材与管件的连接方式均为粘接剂连接,因此,施工时要特别注意连接质量,管材和管件相连接的部分都必须用丙酮等溶剂清理干净,然后再均匀地涂上粘接剂,粘接剂务必够量且涂抹均匀,才足以保证管道的粘接品质。如遇有需架空敷设的管线,必先设计好支撑点之间的距离,室外敷设的管线*好不要直接暴露在阳光下,以免紫外线对管道的侵蚀。
由于输送介质的要求及使用条件的不同,管件中如带有橡胶密封圈时,其结构要求尽量使橡胶材料不直接接触所输送的介质,如不能避免,应使用特殊性能的橡胶材料如耐酸或耐温的橡胶。
C.       CPVC专用粘接剂
CPVC粘接剂的质量直接影响CPVC管线的使用寿命。目前国内还没有专业生产CPVC粘接剂的生产企业,这对于CPVC的应用极为不利。特别要注意绝不可以用UPVC专用粘接剂替代以下的CPVC粘接剂配方可供参考:

序号

原料名称
质量份
1
CPVC树脂
18~20
2
甲乙酮
0~30
3
环已酮
20~40
4
N-甲基烷酮
0~35
5
经过精制的已二酸、戊二酸、丁二酸和二甲酯的混合物
0~10
6
DOP
3
7
颜料
少量

 

随着CPVC材料的推广应用,工业用CPVC管材将被越来越多地应用到化工领域中去。作为一种新的产品,在发展过程中不可避免地会产生一些问题,但随着应用技术的越来越成熟,这些问题都会迎刃而解。
 
2.2.3  埋地式高压电力电缆用CPVC套管的应用
目前,电力行业已开始大规模地使用CPVC管材作为高压电力电缆的护套管,这种管材的优点已不言而喻,但如何使这种管材能更好地发挥它的优点,是应用技术的重要部分。
首先要考虑施工安装的可靠性。根据上海市东供电局、此京化工研究院国家化学建材测试中心共同制定的“埋地式高压电力电缆用CPVC管材的施工规范”,在施工安装过程中必须遵守以下方面的规定:
1、 埋地式高压电力电缆用CPVC管材(MDG)的标准长度为4m或6m,采用承插式接口连接,原则上以直埋敷设为主。
2、 管材埋深一般为1m或超过1m。
3、 管材搬运时要做到:a.管材装车搬运时要防止管材散捆摔下。b.管材卸车时禁止将管材从车上向下扔,以防止管材的端部损伤。
4、 管材的保管要做到:a.管材应放在较为平坦的场地上,否则有可能使管材被泥水污损。B.管材的存放采用“#”字形叠放法或单根依次排放法,而且要加楔子、桩和缆绳等加固,以防止管材散落。
5、 沟的挖掘宽度以管材的连接、地基施工和回填作业所需的*小空间即可,一般情况下,沟槽的挖掘宽度比石棉水泥管的敷设沟槽小0.8~0.85m,可减少挖土工作量。
6、 由于管材要承受土压和车轮载荷等较大负载,如地基不平稳,易使管才产生弯曲,致使管材局部负载过大而产生爆裂。因此,沟底地基必须要做到:
a. 将沟底挖平,使放在沟底的管枕平坦不倾斜。
b. 如遇土质比较松软的地段,管枕有可能会下沉而造成不均衡,因此要在管枕下铺沙或铺设一层厚100mm的混凝土。
c. 如遇土质较差,有暗浜或小浜时,应先进行处理,除挖除河浜内的瘀泥外,必须再用大石混凝土铺底,标准为C20级。
7、 管枕的配置:
a. 以4m为标准长的管材应配置2只管枕,以6m为标准长度的管材应配置3只管枕,管枕间距为2m,管枕距接头处为1m。
b. 管枕与管枕间和管枕上下间由燕尾箍固定。
8、 管材的连接应按以下步骤进行:
a. 管材的连接采用承插式接头。
b. 安装时先**橡胶密封圈内和插口外面的泥土或其它附着物,以方便插入,防止渗水。
c. 为了使管材能容易插入,可在橡胶圈的内侧和管材插入端部位涂上少量的肥皂水或润滑剂,以方便安装,切勿使用非专用润滑剂。
d. 管材插入端表面应标有插入长度的标记线,将管材插入后,须检查插入标记确认此插入是否准确到位。
e. 用插管机加抱箍或绳索进行管材的安装连接较为安全可靠。连接方法为,将管材插入端移至扩口端前,安上抱箍或绑上绳索,装上插管机并拉管材即可将管材连接完毕。
f.    用敲进法连接。由于作业中的各种情况不同,也可用敲进法进行管材的连接。其方法是,先将管材插入端放在管件承插口端前,并使其中心成为直线,再在管材的另一端垫一块大于管直径的厚木板,用榔头敲打木板中心部,直至将管材插入至管件承插口抵挡线为止。
9、 接入工井段采用特制喇叭口管材可使电缆穿线柔顺。管材外伸部分要控制在30cm以下在其附近应配置3根1m长的短管,以应付可能产生的地基下沉现象。
10、 管材的周围一定要用软土回填,如果回填土不密实,就可能造成路面下沉和管道弯曲,因此,施工时要特别注意以下方面:
a. 回填土应由人工将其填入沟里。
b. 回填土应逐层进行夯实。
c. 回填时要用方木做成捣固。
d. 考虑到路面可能下沉,回填土要高出地面稍许。
11、 在管材敷设过程中,如遇特殊情况,为了让开其他工程管道和地下构筑物等,MDG管允许有小于2°的转角(即14cm/4m)。MDG管接合部的*大允许弯曲角度角度为4°,考虑到管子实际埋在地下后的下沉,所以建议按*大弯曲角度的一半进行施工,即2°作为施工允许弯曲角度。
12、 保护
a. 建成后的排管底日后若遇其他管线部门需在排管底挖空敷设管线,当控空宽度大于2m时,可采取临时保护措施。
b. 建成后的排管两侧,日后若遇其他管线在其附**行敷设时,为了防止泥土的挤压力造成管材的偏移,建议用钢板桩进保护。
c. 管材在采取保护措施时,管材缝隙间的泥土会散落。因此施工完毕后应重新回填土夯实,保证管子缝隙间的土填得密实。
13、 对CPVC电力电缆护套管的检测还应通过下列几项现场试验:
A.      压路试验:在排管施工中,管道排放以后一般需回填土约30cm,俗称土路基,待压路机在路基上压整后才能进行结构层的施工,此时管材受到的考验*为严峻,对CPVC电力电缆管压路试验可按以下步骤进行:将管材排列为1×3孔,每孔由二根3m管连接而成,管枕间距为2m,管材埋深50cm(管底深度),未做基础,仅将就地挖出的土回填,回填土高度为30cm左右,由22t振荡式压路机(压筒宽2.1m)从试验管上方路面压过,在压路过程中,压路机在试验管路面上进行一次刹车试验。
B.      掏空试验:掏空试验的目的是检验安装完毕后的CPVC电力电缆护套管在下方泥土掏空后管材的弯曲度和管材连接处的错位情况,以保证在遇到其他管线如排污管等需厅穿越电缆护套管的情况下不受到影响。
具体试验为:在敷设好的管材下方掏空2m、4m、6m……,直到管材在自身重量和内部所穿电缆重量的作用下形成一定量的弯曲度,且需穿越该电力电缆套管,可作为施工参考数据。
C.      通流试验:本实验是模拟是实际运行工作状态,是CPVC电力电缆套管*为重要的现场检测之一。
 
2.2.4  CPVC管道用于冷热水的应用
CPVC管道特别适用于建筑物内冷热水以及温泉水的的输送,并广泛运用在其他需要输送热水的场所,以下为CPVC管道使用时所需注意之重点:
      1、工作压力、工作温度、使用年限与壁厚的关系
在冷热水用CPVC管道的应用中,除了要考虑管道所承受的工作压力、使用年限外,还要考虑长期工作温度。度通过这些数据按公式P=2Sσ/(D-S)计算后选择管材的壁厚。管材许允应力σ应使长期工作温度与使用年限来确定。
例:试求工作压力为PN16(S6.3-1.6MPa)、长期工作温度为60℃、使用寿命为50年、管外径要求为50mm(5cm)的冷热水用CPVC管材的壁厚。
长期工作温度为60℃,使用寿命为50年的σ值为10MPa,由公式P=Sσ/(D-S)可得S=PD/(2σ+P),则按以上条件可知该管材应选用的壁厚为:
S=1.6*5÷(2×10+1.6)=0.37(cm)=3.7(mm)
此数据与ISO/DIS15877-2.2标准中所列壁厚相符。
2、水力损失
冷热水用CPVC管道在应用方面与UPVC压力管道一样,可通过计算管道的水力损失来确定整个管道所需的工作压力。根据经验,在应用公式△H=λ*L*V2/2Dg计算时,λ的取值为0.04。本文章中已详细阐述了水力损失的计算方法及工作压力的确定方法。当然,这种计算方法*好用于埋一敷设的管线中,而对于建筑物内敷设的管道,就必须考虑由于管道铺排的复杂性而带来的其他因素。随着CPVC挤出成型工艺的日趋成熟,管材内壁的粗糙系数λ也将会不断下降。
3、施工安装
室内热水输送及采暖用CPVC冷热水管道大多采用小口径管道,其安装要求与室内敷设UPVC给水管道相同,应特别说明的是,管道接合时必须使用具有耐温要求的CPVC专用粘接剂,绝不得使用UPVC粘接剂替代。
 
2.2.5 CPVC双壁波纹管一般用作电缆护套管,但目前尚属新品,国内外均无标准可循,由于其结构与UPVC双壁波纹管一样,其使用领域也已由UPVC双壁波纹管道先入为主,因此其安装规范和施工要求均可参照UPVC双壁波纹管道。
 
 
 
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