球铁管具有铁的本质，钢的性能，高强度、高延伸、耐腐蚀，是当今世界安全可靠用于输水供气的最佳选择。国内有关部门对1988年至1990年间30个主要城市供水管材发生的爆管、断管、泄漏等事故进行了统计，统计结果表明：平均事故率球铁管0.14次/Km，灰铸铁管0.55次/Km，钢管0.5次/Km。预应力管0.54次/Km，石棉水泥管1.72次/Km，塑料管4.68次/Km。球铁管平均事故率最低，是灰铸铁管和钢管平均事故率的1/4，是塑料管平均事故率的1/33。
表1 1988～1990年间30个城市使用几种管材发生事故的情况
|
名称 |
总长度(km) |
发生事故(次) |
平均事故率(次/km) |
||||
|
总次数 |
爆管 |
折管 |
口漏 |
其它 |
|||
|
球墨铸铁管 |
163.14 |
24 |
- |
- |
19 |
5 |
0.14 |
|
灰口铸铁管 |
22054.47 |
12209 |
1157 |
2234 |
4689 |
4129 |
0.55 |
|
钢管 |
775.50 |
457 |
23 |
57 |
81 |
296 |
0.59 |
|
预应力砼管 |
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）球铁管最小试验压力、延伸率和爆破水压
表2 球铁管最小试验压力和延伸率
|
规格 |
试验压力/MPa |
延伸率/% |
规格 |
试验压力/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 不同管径的爆破水压
|
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---最小壁厚爆破水压，抗拉强度420MPa
P2---最小壁厚减2mm爆破水压，抗拉强度420Mpa
b）离心球墨铸铁管和钢管比较。
表4 力学性能比较
|
项目 |
离心球墨铸铁管 |
钢管 |
|
抗拉强度/Pa≥ |
4.2×108 |
4.0207×108 |
|
水压试验/Pa≥ |
3.9227×108 |
3.9227×108 |
|
伸长率/%≥ |
10 |
24 |
|
耐腐蚀性能 |
好 |
差 |
比较可知，离心球墨铸铁管的耐腐蚀性能优于钢管，实践应用证明，离心球墨铸铁管使用寿命基于不同的使用条件可达50～100年，是钢管的3～5倍。
表5 球铁管、钢管的总体特点对比
|
管材 |
优点 |
缺点 |
|
球铁管 |
1、耐内压强度高且能耐腐蚀； 2、富有强韧性，耐冲击强度大； 3、机械接头的可挠性与伸缩性； 4、接头施工方便； 5、对于正常条件的土壤，无需再作专业的砂土管基，并且可使用掘出的土壤回填； 6、霎头种类多。 |
1、弯头、三通处需打水泥固定台防护。 |
|
钢管 |
1、耐内压强度高； 2、富延展性，耐振动及冲击； 3、接头可焊成一体，无须防止脱离。 |
1、容易腐蚀； 2、接头焊接、敷设防锈层费时，费用较高，涌水地带施工困难； 3、为抵抗温度变化，需设置可挠管； 4、大口径管容易鹿茸平； 5、由于接头钢性，克服变形需使用沙子铺底，且要求用细沙回填并夯实。 |
钢管在安装施工时采用现场焊接，为刚性联接。这种联接方式使本来就很棘手的防腐技术更增加了难度，防腐质量难以保证。同时钢管焊接后形成一条很长的导电体，在城镇地下杂散电流和泄漏电流作用下，使钢管产生电腐蚀现象，加剧了对钢管的腐蚀速度。这就是钢管埋于地下寿命只有15～25年的主要原因。如果将钢管埋于腐蚀性强的土壤中，其寿命会更低。
球墨铸铁管VS塑料管
c）离心球墨铸铁管与塑料管部分性能对比
表6 球铁管与塑料管的部分性能对比
|
管子公称内径mm |
100 |
200 |
300 |
400 |
500 |
600 |
700 |
800 |
|
|
壁厚mm |
球铁管 |
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 |
球铁管 |
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 |
|
|
使用压力≤MPa |
球铁管 |
5.0 |
5.0 |
5.0 |
4.0 |
4.0 |
4.0 |
3.2 |
3.2 |
|
塑料管 |
0.68 |
||||||||
|
压力稳定性 |
球铁管 |
使用压力基本与年限及常规介质温度无关 |
|||||||
|
塑料管 |
随年限与介质温度提高，使用压力明显下降 |
||||||||
|
热膨胀系数 |
球铁管 |
11.5×10-6·K-1 |
|||||||
|
塑料管 |
标准要求≤12.53×10-4·K-1，国外0.6～2.0×10-4· K-1 |
||||||||
塑料管的允许使用的压力是随着使用年限的增长和介质温度的提高而降低。塑料管线被鼠类啃咬酿成事故的现象也是时有发生的。而这些缺陷对于离心球墨铸铁管材来说是不存在的。
球墨铸铁管VS PCCP管
d）离心球墨铸铁管与PCCP管对比
表7 球铁管与PCCP管的比较
|
管子种类 |
球墨铸铁管 |
PCCP管 |
备注 |
|
承压能力 |
1 |
0.6～0.7 |
|
|
单位重量 |
1 |
3 |
以DN1200为例，前者为420.1Kg/m，后者为1229 Kg/m |
|
运输中损伤 |
～0 |
10～15% |
|
|
柔性接头转角 |
3～50 |
最大1.50 |
|
|
对地基要求 |
低 |
要求砂基或混凝土基，且平整 |
PCCP管不适合于复杂地形 |
注：以球墨铸铁管为基准进行对比
水泥管价廉、耐腐蚀，过去曾用于输水，近期主要用于污水的输送上。但与球墨铸铁管相比，它仍有很多不足之处
e）管材的管体强度对比
表8 不同种管材的壁厚
|
编号 |
管子种类 |
管子壁厚（mm） |
水泥砂浆厚度（mm） |
|
1 |
球铁管 |
8.5 |
－ |
|
2 |
球铁管 |
7.0 |
－ |
|
3 |
水泥砂浆内衬球铁管 |
8.5 |
6.0 |
|
4 |
水泥砂浆内衬球铁管 |
7.0 |
6.0 |
|
5 |
高级铸铁管 |
11.5 |
－ |
|
6 |
钢管 |
6.0 |
－ |
图1 管体强度
抗震防冻性能优异
球铁管具有较高的承压能力和一定的延伸率，又采用柔性接口，橡胶圈密封柔性接口的特点是轴向偏移角为3°～5°，对于DN40～DN300，不小于3°30ˊ；对于DN350～DN600，不小于2°30ˊ；对于DN700～DN2600，不小于1°30ˊ，T型柔性接口是滑入式接口的型式之一，该接口具有比刚性连接的管材更适应于管基局部不均匀沉降的特点，具有良好的密封性、延伸性，根据管径的不同，管子偏转角可达到1～4度，能吸收因地基沉降而产生的应力，避免管道破裂，接口的设计允许一定拔出量，可以补偿管线的热胀冷缩，因此管线具有柔性结构，输水供气的安全可靠性大大提高，并且具有较强的抗震和防基础下陷的能力，以及防止雨冻的现象。
球墨铸铁管的接口类型较多，如果设计一条管线，可根椐地质报告提供的情况, 在管基土壤抗垂直承载力特差的局部地段，且置换也达不到设计要求时,在该地段设计时，可考虑选用一部分抗地基变动能力较强的自锚柔性滑入式接口的球管，这种接口的球管功能是使管线形成一种链式构造，从而在地基不良，发生大地震地情况下也能安全使用。
表9 不同管径的允许拔出量
|
规格 |
拔出量/mm |
规格 |
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日宫城大地震后，日本自来水协会报告中的各种管材发生事故统计数据，表明球墨铸铁管损耗率最低。
表10 地震对各种管材损耗率统计表
|
管材 |
球墨铸铁管 |
钢管 |
灰口 铸铁管 |
PVC管 |
|
每公里管道损耗率 |
0.04 |
1.24 |
0.17 |
0.17 |
