pe管與球墨鑄鐵管比較

1、PE管與球墨鑄鐵管用于輸水管道的技術經濟比較2014年3月一、前 言在市政給水管道領域，可供選擇的管材種類很多，既有鋼管（SP）、球墨鑄鐵管（DIP）、預應力混凝土（PCP）管、預應力鋼筒混凝土（PCCP）管等傳統(tǒng)管材，也有聚氯乙烯（PVC）管、聚乙烯（PE）管等塑料管材。在國內，市政管道以球墨鑄鐵管（DIP）為主，但是隨著塑料管材生產、應用技術的成熟，塑料管以其經濟性、優(yōu)越的技術性能、安全性等諸多優(yōu)點已逐漸成為市政管道的主角。聚乙烯（PE）管作為性價比最高的塑料管材，其應用遙遙領先。二、PE管與球墨鑄鐵管的性能比較與傳統(tǒng)管材-球墨鑄鐵管相比，聚乙烯（PE）管有以下獨特優(yōu)點： 重量輕、搬運方便

2、。球墨鑄鐵管密度為7.2，PE管密度約0.95，球墨鑄鐵管是PE管的7.58倍。1.0MPa的dn315管材每米重量18.148公斤，而DN300mm的鑄鐵管每米52.8公斤，管材按6m/根計算，PE管材每根重108.88公斤，兩三個工人即可完成搬運；DN300鑄鐵管每根重量316.8公斤，必須依靠機械進行管材的吊裝、運輸，二次搬運很不方便。在地形復雜地區(qū)，塑料管道重量輕的優(yōu)點更加明顯，可極大降低管道的施工強度，減少施工費用。經驗證明，相同口徑PE管施工費用與鑄鐵管相比可降低4050%。 PE管安裝簡便、管道接口強度高于管體，安全性好。PE管可采用熱熔對接焊接、熱熔承插焊接、電熔焊接等連接方式

3、，只要按照正常的焊接參數進行操作，可確保接口100%合格，一次試壓成功，明顯降低管道二次施工費用。球墨鑄鐵管采用橡膠圈連接，管道接口容易拔開。三通、彎頭、變徑等受力部位必須嚴格按照設計要求設置混凝土支墩，以防止管道接口拔開漏水。日后管道接口也會產生因水錘、不均勻沉陷或地殼活動造成滲漏的運行維護費用。 內壁光滑，水力性能好、運行能耗小。PE管材的糙率n值0.0080.009，球墨鑄鐵管的糙率為0.013。當管道輸水流量、水頭損失一致時，塑料管內徑可比金屬管內徑小13%，即可采用較小管徑的PE管材代替較大管徑的球墨鑄鐵管；當管內徑、水頭損失一致時，塑料管過水流量可比金屬管大44%；當管內徑、輸水流

4、量一致時，塑料管水頭損失可比金屬管小52%，可考慮選擇較小揚程的水泵降低投資或減少電費等管道日常運行費用。 耐腐蝕性能好，使用壽命長。腐蝕是生物、物理和化學過程相互作用的結果，嚴重的管道腐蝕不僅使管網水的濁度、色度、細菌種類和數量、有毒重金屬含量等水質指標惡化，而且引起管壁變薄穿孔，增加水頭損失和輸水能耗等。PE管材具有天然的耐腐蝕性能，不受潮濕水分和土壤酸堿鹽的影響，不導電，對電解質不敏感，管道鋪設不需進行任何防腐處理，使用壽命長達100年以上。而球墨鑄鐵管正常使用壽命為30-50年，在地下水層淺或酸堿鹽地區(qū)，管材內、外必須做高等級防腐處理，使用壽命會大大降低，一條PE管道相當于兩條甚至幾條

5、球墨鑄鐵管道的壽命總和，從而有效保證了管道輸水的安全性。 材質衛(wèi)生、對水質無二次污染：PE管材的原料和著色劑外不加任何輔料，因此安全衛(wèi)生，對人體不會有任何危害，其衛(wèi)生性能完全符合GB/T 17219-1998 生活飲用水輸配水設備及防護材料的安全性評價標準的要求。 柔韌性好、抗水錘破壞能力強、抗沖擊。PE管道較小的彈性模量造就了PE管材特殊的優(yōu)勢。良好的柔韌性使得PE管材具備普通管材不具備的曲率半徑，對溝槽的平直度要求較低，可適應惡劣的地形環(huán)境，也是非開挖管材的首選；抗水錘能力是球墨鑄鐵管的5倍以上，可大大減少因突然停電或停泵造成水錘對管材的破壞。良好的抗沖擊性能避免了管材在安裝及運輸過程中斷

6、裂或損壞，或者受到外力情況下不會大面積損壞，降低了維修難度；而球墨鑄鐵管道對地形要求極高，必須保證管道溝槽的平直才能施工，否則管道安裝時易造成接口膠圈頂翻漏水。管道正常運行時遇到外力會出現爆管，造成大面積損壞，維修難度很高。 適用性廣，節(jié)省投資。PE管材可分為0.6MPa、0.8MPa、1.0MPa、1.25MPa、1.6MPa、2.0MPa、2.5MPa等規(guī)格，也可根據工程實際情況生產0.4MPa、0.7MPa、0.9MPa等特殊規(guī)格壓力管材。因此可根據輸水管道的管線壓力分布采用不同公稱壓力的管材，做到管盡其材，減少資源浪費。 抗紫外線。PE管道可有效抵抗太陽紫外線對管材的破壞，在陽光下正常

7、壽命可達20年以上，因此可以明敷或放置在戶外使用，是臨時管道或特殊工程的首選。三、兩種管材的技術比較PE管材內壁光滑，水阻系數小，在實際工程中，選用適當口徑的塑料管材，可大幅降低常年運行費用。又塑料管材具有較小的彈性模量，可有效降低水錘對管材的破壞，提高管道長期運行的安全性能。計算條件：管線流量： Q300 = 6000 m3/d =0.069m3/s ；選用管材： DN300mm球墨鑄鐵管材dn315mm*18.7mmPE管材1、技術可行性分析1）管道流速計算：式中 d:管材內徑（m）v：管內水的平均流速（m/s）Q：管材輸水量（m3/s）（1） DN300球墨鑄鐵管流速 v=4*0.069

8、/3.14/0.32= 0.98m/s（2） dn315mm*18.7mmPE管材的流速v=4*0.069/3.14/（0.315-0.0187*2）2= 1.14m/s兩種管材的流速均在其最佳經濟流速范圍內，完全滿足輸水要求。2）水力計算： DN300球墨鑄鐵管水力計算 球墨鑄鐵管內流速1.2 m/s時，管內水的流態(tài)屬于紊流過渡區(qū)，單位水頭損失可由下式計算。式中: ：每米管道的水頭損失(米)：管材內徑（m）：管內水的流速（m/s）代入得單位長度水頭損失： = 0.0051m/m dn315mm PE管，流量為0.069m3/s時的水頭損失： i=0.0051-0.00375 = 0.0013

9、5 m/m計算結果表明，在輸水流量相同條件下， dn315mm PE管材水頭損失比DN300球墨鑄鐵管小，水力性能更佳，在同樣水頭損失下，流量更大，更適用于管道輸水。 2、安全性分析1）抗水錘能力計算：當設計一條管道系統(tǒng)的時候，應該考慮由于水錘引起的壓力波動。當液體快速開始流動或停止時（因事故或停電造成的開停泵）液體動量引起管道瞬時壓力上升，往往造成管道破壞，因此管道的抗水錘能力對管道的運行安全影響很大。對停泵水錘壓力增值可由以下公式計算：其中壓力波回流速度式中 ：水錘壓力（m） ：流速變化，取平均流速a：壓力波回流的速度（m/s）：水的重力密度取10×103N/m3 K：水的體積模

10、量取2200×106 N/m2Ep：管材的彈性模量，鑄鐵管材取16×1010 N/m2，PE管取8-9×108 N/m2di：管材內徑en：管材壁厚壓力波回流速度計算：球墨鑄鐵管 DN 300mm*7.2mm=1170.76m/s則水錘壓力增值 =117.08米水柱 PE管材 dn315×18.7mm =233.86m/s由于PE管材較鑄鐵管材具有更低的彈性模量，水錘壓力的增值明顯降低，可有效防止水錘壓力波動對管材本身造成的危害，提高管道長期運行的安全性。2）管道連接安全性PE管道采用焊接連接，無論是對接焊還是電熔焊或者承插焊接，其焊接原理相同，均為同體

11、熔融連接，一體性好，管道運行后基本不需要特別維護；而球墨鑄鐵管道的橡膠圈接口是活口，必須做好管道的回填及彎頭、三通等處的支墩設置工作，否則日后管道接口在遇到水錘、地基沉陷、重荷載、地震等因素容易拔開漏水。綜上情況，從輸水技術角度來看，PE管道無論在水力性能，還是運行安全性上均優(yōu)于同規(guī)格球墨鑄鐵管。四、管道經濟分析1、 管材材料費 單位： 元價格管材 100mm110mm150mm160mm200mm300mm315mm400mm500mm600mm630mm700mm710mm800mm球墨鑄鐵管材115.58175.20219.87316.80449.87624.40824.131048.1

12、31301.07PE管材34.8873.66114.97290.37467.40732.161161.41474.51869.6注：管徑上邊標注球墨鑄鐵管材規(guī)格，下邊標注的是塑料管道管材規(guī)格。上表可知，當管徑DN300mm管徑，管徑越小，PE管材價格優(yōu)勢越明顯。2、管網常年運行費用分析 管網常年運行費用是一般是通過泵站電能消耗來維持的，PE管材比鑄鐵管常年運行耗電量的節(jié)約按照下式計算：式中E：年運行耗電量（KWh）Q：日供水量（m3/d）H：水泵工作全揚程差（m） H=（h鑄鐵-h塑）×L（1）PE dn315管材與鑄鐵管DN300相比，PE管材節(jié)電量如果電費按0.57元/KWh計算

13、，年運行費用可比鑄鐵管節(jié)約11.58萬KWh×0.57元/KWh=6.6萬元由此可見，合理使用PE管材代替鑄鐵管，日常運行費用僅用電量一項每年即可降低6.6萬元。(2) 常年運行費用差額折現。PE管道使用壽命為100年，鑄鐵管道使用壽命為30-50年；本計算均取30年使用壽命。折現率取i=7%（公益性，如商用則為12%），殘值為零，管道按當年投資當年運行計算。則：DN300球墨鑄鐵管材與dn315mm管材相比 E=6.6×13.278=87.6萬元即當保證6000 m3/d的輸水狀況下，DN300mm鑄鐵管（按30年計算）比PE管材多支出的運行費用（僅電耗）折現值為87.6萬元。如按照100年計算，考慮常年維修、維護費用，將節(jié)約更多。3、施工費用 根據經驗，塑料管材是同規(guī)格球墨鑄鐵管材的1/3,管