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钢塑复合压力管、衬塑钢管接口特点及分析

发布时间:
2019/11/28 10:55
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钢塑复合压力管(PSP管)结构特点

钢塑复合压力管(见图1)是以焊接钢管为中间层,内外层为聚乙烯塑料,采用专用热熔胶,通过挤出成型方法复合成一体的管材。此管材的缩写为PSP。与其它类型钢塑管(PESI管、SP管)相比,钢塑复合压力管主承压层完全由复合其中的焊接钢管承担,其塑料层仅单纯发挥防腐保护作用。PSP管既继承了金属管和塑料管的优点,又克服了它们各自的缺点,是集金属管和塑料管优点为一体的新型管材。

 

钢塑复合压力管接口型式简介

钢塑复合压力管的连接一般采用扩口式接口和内胀式接口机械连接以及双热熔接口连接。

2.1扩口式接口结构

扩口式接口(见图2、图3、图4)是以可锻铸铁或球墨铸铁为主体材质,由内衬管件体(衬套)、螺帽或螺栓、螺纹环或扩口压兰、密封胶圈组成,采用紧固螺帽或压兰的方式使管材收缩,达到管材内表面与内衬管件体上密封胶圈形成斜侧密封连接的金属管件连接。

 

内胀式接口机械连接(见图5和图6、图7)是以可锻铸铁或球墨铸铁为主体材质,由管件体、螺帽或螺栓、胀口压兰或胀口螺纹环、胀口卡环、密封胶圈组成,将管材扩胀与胀口压兰或胀口螺纹环、胀口卡环形成一体,采用紧固螺帽或压兰的方式使管材压缩端面密封胶圈,达到管材端面与管材端面或管材端面与管件端面形成密封连接的金属管件。

 

2.3双热熔接口结构

双热熔接口连接(见图8)是将钢塑管内外塑层及管件体承、插口面分别与加热板接触熔融后,将钢塑管插入管件体,进而使熔融的表面压接在一起,聚合物分子在热及压力的作用下运动,相互穿插盘绕,产生范德华作用力,冷却后形成焊接面的连接方式。

 

钢塑复合压力管(PSP管)机械式接口连接与双热熔接口连接特点差异

3.1水力学性能差异

扩口式接口和内胀式接口(见图3和图6)由于管材端口扩胀为喇叭口形状或U型,内衬套尺寸、管件体内径与管材公称内径一致,在连接处不缩径,不影响管道的流量,管道局部水头损失小。

双热熔接口连接(见图8)在管道连接处由于管件内径尺寸小于管材公称内径,在连接处有缩径,对管道流量有影响,管道局部水头损失较机械连接损失大。

3.2连接密封特点差异

扩口式接口(见图2、图3)采用压接斜侧内密封方式密封,内胀式接口机械连接(见图5、图6)采用端密封方式密封,这两种方式均避免了管材端面接触流体,从而保证了管材不会出现端面腐蚀,进而形成“撕布效应”而造成管材多层结构破坏的问题。

双热熔接口(见图8)连接时,由于复合管热熔胶层的维卡软化点低于聚乙烯的维卡软化点,双热熔连接时为保证熔接效果,必须将复合管材的内外聚乙烯层加热到熔化状态,这时用于粘接内外聚乙烯层与钢带的热熔胶就处于过融状态,在塑料熔融的同时,热熔胶首先向管材端面挤出,势必会造成管材局部粘接力的破坏(见图9)。

热熔胶在热熔压力作用下向管端挤出,造成局部热熔胶缺失,管材粘接结构永久性破坏。

即使内外塑料层与管件熔接在一起,但内外塑料层与钢带之间已形成永久性的破坏。在长期介质输送压力的作用下会造成塑料断裂破坏,进而形成“撕布效应”(见图10),造成管材多层结构破坏,皮下渗水。

如图10所示,钢塑管端面A、B两点钢层接触流体出现角部锈蚀,导致A、B两点粘接失效。在环境温度下降的过程中,由于在B点外塑层的收缩应力方向指向钢管,因此B点不会产生剥离应力。但在A点将产生由于内管收缩形成的剥离应力。当胶层的抗剥离应力小于收缩应力时,A点将出现钢塑分层现象,从而导致纵深的钢层失去保护继续锈蚀,分层现象不断向纵深发展。

 

 

3.3安装性能差异

(1)扩口式接口和内胀式接口安装方便快捷、易操作,连接处可以重复拆装,中途也很方便插入施工。双热熔接口连接属一次性热熔连接,一旦出现漏水,只能剪断,无法拆卸。

(2)扩口式接口和内胀式接口连接完毕即可输送介质,无需等待固化或冷却,对于需装修、改装、更新管道极为方便。双热熔接口连接完毕需等待塑料固化或冷却,不能立即输送介质。

(3)扩口式接口和内胀式接口连接方式对安装工作环境无特殊要求,双热熔接口连接对安装工作环境有特殊要求,外围风大或环境温度都对其施工有影响。

(4)扩口式接口和内胀式接口连接将管材扩胀成喇叭口或U型口,均使管材的钢带发生了永久性变形,然后采用紧固螺帽或压兰的方式使管材收缩,达到管材内表面与内衬管件体上密封胶圈形成斜侧密封或端面密封连接,安装性能可靠,抗拔脱性能优异,不需考虑管材接口的防滑脱措施,降低了施工的难度及附加费用。

双热熔管件用于PSP钢塑管连接。由于管材结构的原因,不能使管材与管件熔接为一个完整的整体,而只是将管材的内外层塑料与管件塑料熔接,由于管材内外层塑料厚度有限,连接强度较低。长时间管道运行塑料老化会造成连接强度进一步降低,从而造成熔接失效。

(5)机械式连接采用螺帽或螺栓紧固方式,安装容易操作;双热熔接口热熔技能要求较高,且dn32以上的熔接需要另外熔接过渡节,一个直通接口需要熔接4次才能完成,安装速度较慢,且增加了泄露的可能性。

3.4承压力学性能差异

扩口式接口和内胀式接口管件采用金属材质具有和管材同等的承压能力,管件连接处不缩径不减压,相对管材承压进一步加强。

双热熔接口采用纯塑料材质和管材不具有同等的承压能力,接口连接处由于为塑料材质,势必造成减压,相对管材承压能力有所降低。

 

钢塑复合压力管(PSP管)机械式接口连接与衬塑钢管接口连接特点差异

4.1衬塑钢管接口简介

衬塑钢管是以钢管为基管,内外表面经过处理,外镀锌加烤漆或喷漆,内衬聚乙烯塑料或其他内衬防腐层的钢塑复合产品。

衬塑钢管一般采用沟槽连接或法兰连接(见图11和图12),以及丝扣连接(见图13)。

 

4.2 钢塑复合压力管(PSP管)机械式连接与衬塑钢管接口连接差异

4.2.1 水力学性能差异

扩口式接口和内胀式接口(见图3和图6)由于管材端口扩胀为喇叭口形状或U型,内衬套尺寸、管件体内径与管材公称内径一致,在连接处不缩径,不影响管道的流量,管道局部水头损失小。

衬塑(涂塑)钢管螺纹连接在管道连接处有双重缩径,一是钢管内衬塑后整体缩径,二是管件内衬塑料衬芯后进一步缩径;双重缩径造成对管道流量很大的影响,管道局部水头损失大。

4.2.2 安装连接性能差异

4.2.2.1 PSP管机械式接口安装特点

扩口式接口(见图2、图3)采用压接斜侧内密封方式密封,内胀式接口机械连接(见图5、图6)采用端密封方式密封,这两种方式均避免了管材端面接触流体,从而保证了管材不会出现端面腐蚀,进而形成“撕布效应”,造成管材多层结构破坏的问题。

(1)扩口式接口和内胀式接口安装方便快捷、易操作,连接处可以重复拆装,中途也很方便插入施工。

(2)扩口式接口和内胀式接口连接完毕即可输送介质,无需等待固化或冷却,对于需装修、改装、更新管道极为方便。

(3)扩口式接口和内胀式接口连接方式对安装工作环境无特殊要求。

(4)扩口式接口和内胀式接口连接将管材扩胀成喇叭口或U型口,均使管材的钢带发生了永久性变形,然后采用紧固螺帽或压兰的方式使管材收缩,达到管材内表面与内衬管件体上密封胶圈形成斜侧密封或端面密封连接,安装性能可靠,抗拔脱性能优异,不需考虑管材接口的防滑脱措施,降低了施工的难度及附加费用。

4.2.2.2 衬塑钢管接口安装特点

衬塑钢管接口的连接现在采用的管件为可锻铸铁(玛钢)衬塑或涂塑管件,采用在钢管上攻螺纹与管件螺纹(见图13)形成的钢管外表面密封连接或采用沟槽管件(见图11)形成的钢管外表面密封连接以及大口径内衬塑钢管常用的厂内定尺生产带法兰内衬塑钢管与管件法兰(见图12)形成的端面密封连接。

(1)衬塑钢管螺纹连接要在钢管外表面攻锥螺纹,采用麻、生料带或铅油密封,即便管件内带衬芯,沟缝内带密封圈,如果螺纹旋不到底,密封圈也起不到良好的密封作用(见图13)。当水流冲击该处时,由于钢管端部接触介质而腐蚀(如图14),衬塑钢管端面A点钢层如果出现角部锈蚀,导致A点粘接失效。在环境温度下降的过程中,在A点将产生由于内塑层收缩形成的剥离应力。当胶层的抗剥离应力小于收缩应力时,A点将出现钢塑分层现象,从而导致纵深的钢层失去保护继续锈蚀,分层现象不断向纵深发展。内衬层脱开就可以迅速扩展,造成衬里层大片脱落、脱开,使管线堵塞;衬里层脱落之处,腐蚀就极为严重(见图13),经过施工现场实践检验,如果螺纹部位不涂密封剂,大部分密封圈起不到密封作用。

(2)衬塑钢管采用沟槽连接时同样是钢管外表面密封连接,衬塑钢管的端面直接暴露在流体介质中,内衬塑层同样很快会分层脱落,造成管材整体结构失效,防腐蚀效果缺失(见图11)。

(3)衬塑钢管采用法兰连接时,管材端口带整体衬塑层的法兰只能在生产厂家制作,用户需求的每一根不同长度的管材只能在厂家制作,施工现场不能截断管材,将给管材的采购施工带来较大的困难。施工现场如需断管加工法兰时,因为内衬塑层已经加工完毕,而无法承受焊接法兰时产生的高温,只能使用丝扣法兰连接形式,因此无可避免的将管材端部的钢管层与内衬塑层暴露于传输介质中,加速了内衬塑层和钢管层的剥离速度,造成管材整体结构失效(见图12)。

4.2.3 管道接口安装耐腐蚀性能差异

钢塑复合压力管内外均有塑料层防腐,管道安装完毕后不用对管材采取额外的防腐措施,只需对接口安装钳痕破损及螺栓采取防腐措施,节约了大量的安装施工时间及费用。

内衬塑钢管外表面为普通热镀锌钢管,埋地安装时必须对钢管外表面采取多层防腐措施(镀锌层、玻璃丝布、环氧沥青底漆、面漆等),一旦防腐环节出现问题,将对管道的使用寿命造成较大影响。

4.2.4安装便捷差异

扩口式接口和内胀式接口机械连接完毕即可输送介质,无需等待养护。

钢衬塑接口管端和管螺纹应进行防腐密封处理,涂完密封胶的接头需要养护,不能直接输送介质。