給水立管的抗低溫性能試驗(yàn)分析

　　摘要為了保障給水管網(wǎng)立管在寒潮中的安全，進(jìn)一步提高給水管網(wǎng)立管的安裝及使用質(zhì)量。試驗(yàn)?zāi)�擬嚴(yán)寒天氣狀況下，通過改變管道材質(zhì)、管道新舊以及保溫棉厚度3個變量因素的情況下，根據(jù)立管管內(nèi)水溫下降至0℃所需的時(shí)間，從而分析立管的抗低溫性能。結(jié)果表明:不銹鋼管的抗低溫性能最好。因此，管道的選材需結(jié)合實(shí)際情況來優(yōu)化;包裹保溫棉厚度越厚的立管抗低溫性能越好，包裹40mm厚度的保溫棉的立管的抗低溫性能最高能提升6.6倍，采取有效的安裝和保溫等防凍裂措施具有必要性;且新舊管道的防凍需一并重視，才能達(dá)到安全穩(wěn)定供水的目的。

　　關(guān)鍵詞給水管網(wǎng)供水管道立管抗低溫性能防凍裂措施

　　在2016年1月的世紀(jì)寒潮影響下，蘇州工業(yè)園區(qū)給水管道漏水及水表冰裂情況嚴(yán)重，對居民正常用水造成了廣泛且持久的影響[1-2]。給水關(guān)系民生問題，因此，需從教訓(xùn)中吸取經(jīng)驗(yàn)，對各類立管抗低溫性能進(jìn)行研究，在面對下一次寒潮時(shí)能做到將影 響降至最低。

　　小區(qū)給水立管是指豎向布設(shè)在多層或高層建筑物上，聯(lián)通單元總管到用戶水表之間的給水管道，是供水系統(tǒng)的最末端[3]。本試驗(yàn)主要研究給水管網(wǎng)立管在嚴(yán)寒天氣條件下，管道凍裂與氣溫、管道材質(zhì)、管徑、是否受風(fēng)、管道內(nèi)水流狀況、是否加蓋保溫棉的關(guān)系，做到未雨綢繆提前對給水管道進(jìn)行保護(hù)措施，確保在下一次寒潮到來之際能夠有條不紊地應(yīng)對，達(dá)到安全穩(wěn)定給水的目的。

　　管道施工論文范例：淺談漂管法施工在供水管道工程中的應(yīng)用

　　1蘇州工業(yè)園區(qū)住宅立管概況

　　截至2015年底，根據(jù)立管材質(zhì)、管道口徑和鋪設(shè)方式3個方面統(tǒng)計(jì)的立管數(shù)據(jù)可知如下。

　　(1)立管材質(zhì):內(nèi)襯塑鍍鋅管占蘇州工業(yè)園區(qū)立管總量的79.3%;其次是PPR管，占蘇州工業(yè)園區(qū)立管總量的8.5%;剩余為PVC管、不銹鋼管、鋁塑管以及PE管，其中，不銹鋼管使用量雖然僅占到總量的1.8%，卻是超高層小區(qū)必備的材質(zhì)。

　　(2)管道口徑:立管口徑主要集中在DN40～DN50，占總量的62.3%。

　　(3)鋪設(shè)方式:立管鋪設(shè)位置分為樓梯間、管道井和外墻壁這3種，其中:位于管道井的立管占總量的61.0%，樓梯間立管占比30.0%，外墻壁立管占比9.0%。如表1所示，對蘇州工業(yè)園區(qū)在2016年寒潮下?lián)p壞的立管從管徑、材質(zhì)和損壞原因3方面進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)，可知管徑DN15～DN40的立管占所有損壞立管的56.8%，內(nèi)襯塑鍍鋅管占損壞總量的73.0%，對于立管損壞原因主要為凍裂和管道老化。另外，內(nèi)襯塑鍍鋅管的破壞量占該材質(zhì)管道使用量的22.8%，PPR管、不銹鋼管占比分別為57.9%和12.5%。

　　2立管測試試驗(yàn)

　　2.1立管測試試驗(yàn)原理

　　進(jìn)行立管測試試驗(yàn)的控溫試驗(yàn)箱，該試驗(yàn)箱型號為CH331P，內(nèi)部長高寬為3470mm×2200mm×2570mm，體積達(dá)到20m3。能控制在恒溫狀態(tài)下，溫度調(diào)節(jié)為-40～80℃，可手動設(shè)置且溫度可恒定。當(dāng)溫度降至設(shè)置所需溫度時(shí)，偏差在1℃以內(nèi)，濕度同樣可進(jìn)行控制，保證恒溫恒濕。且在試驗(yàn)箱外有顯示屏可直觀顯示試驗(yàn)箱內(nèi)實(shí)時(shí)溫度及濕度。

　　通過1根與現(xiàn)場水源管徑一致的管道接通試驗(yàn)現(xiàn)場水源，通過異徑接頭接到總進(jìn)水管上，將水流通進(jìn)現(xiàn)場的保溫水箱，試驗(yàn)水溫達(dá)到1～3℃開始測試。進(jìn)水管上安裝與進(jìn)水管管徑一致的球閥，該球閥可關(guān)閉或開啟用于測試水流靜止或流動狀態(tài)這2種情況。經(jīng)球閥后通過三通將水流分為三路:一路安裝2根立管，立管測試部分均用活接頭連接，方便拆裝測試管道，之后再通過異徑接頭變徑為可安裝活接頭對水表進(jìn)行測試;另一路同樣安裝2根立管，立管測試部分均用活接頭連接，方便拆裝測試管道;最終三路各自通過異徑接頭變徑為與進(jìn)水管管徑一致，再通過三通流出后形成循環(huán)再接入進(jìn)水管。

　　因此，該試驗(yàn)裝置可同時(shí)測試4組立管，大大減少了測試時(shí)間及測試成本。本次僅對立管試驗(yàn)進(jìn)行分析。試驗(yàn)在4根測試立管上分別安裝1個溫度傳感器，分別測試立管水溫1、立管水溫2、立管水溫3、立管水溫4，在試驗(yàn)箱內(nèi)安裝1個溫度傳感器用來測試環(huán)境溫度，可輸出模擬量信號，通過信號轉(zhuǎn)換器至數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)直觀顯示。立管爆管的原因是管道內(nèi)水結(jié)冰導(dǎo)致體積增大，對管道產(chǎn)生壓力，當(dāng)壓力強(qiáng)度及壓力時(shí)間達(dá)到一定程度時(shí)，管道將會爆裂。不管何種管材的管道，只要內(nèi)部水流達(dá)到結(jié)冰所需冰點(diǎn)溫度(0℃)，管道爆裂只是時(shí)間長短的問題。因此，本試驗(yàn)主要是測試不同情況下不同管材內(nèi)水溫下降至0℃的趨勢及時(shí)間。

　　2.2立管測試試驗(yàn)步驟及參數(shù)設(shè)置

　　立管測試試驗(yàn)操作步驟是在管道內(nèi)充滿水后將前后閘門關(guān)閉，使管道內(nèi)水流保持靜止，并使用增壓泵使管道內(nèi)水壓保持在0.3MPa左右(模擬正常立管供水壓力)[4-5]。

　　測試24h，通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)觀察立管內(nèi)水溫，若水溫逐步降至0℃則試驗(yàn)立即結(jié)束。若24h內(nèi)水溫一直未下降至0℃，測試24h后試驗(yàn)也立即結(jié)束。給水管網(wǎng)立管在嚴(yán)寒天氣條件下發(fā)生凍裂的因素有很多，如環(huán)境溫度、管道材質(zhì)、管道新舊、管徑大小、管道長度、管道內(nèi)水流狀況以及是否加蓋保溫棉等[6-8]。通過前期研究，發(fā)現(xiàn)管徑和管長對試驗(yàn)結(jié)果幾乎無影響，因此，按照某小區(qū)舊管道的管徑大小以及控溫試驗(yàn)箱的實(shí)際大小，選擇管長3m(“∩”型管道總長度為3m)、管徑為DN40的立管進(jìn)行試驗(yàn)。

　　另外，前期研究中管道內(nèi)水流只有處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)才會發(fā)生凍裂等損壞，因此，本試驗(yàn)針對管道內(nèi)水流處于滿管靜止?fàn)顟B(tài)下的立管進(jìn)行深入研究。接下來將通過控制變量的方法對管道材質(zhì)、管道新舊以及是否加蓋保溫棉3個因素進(jìn)行立管試驗(yàn)分析。對3種材質(zhì)的立管(內(nèi)襯塑鍍鋅管、PPR管和不銹鋼管)、3種保溫棉厚度下(裸露狀態(tài)、包裹25mm保溫棉和包裹40mm保溫棉)、2種環(huán)境溫度(-5、-10℃)、1種管徑(DN40)、1種管道長度(3m)、1種管道內(nèi)水流狀態(tài)(滿管靜止)、2種管道新舊以及不銹鋼管的4種連接方式(環(huán)壓、焊接、單卡壓和雙卡壓)下的48種不同組合的立管抗低溫性能測試試驗(yàn)，進(jìn)行試驗(yàn)記錄立管內(nèi)水溫降至0℃的過程。

　　3立管測試試驗(yàn)結(jié)果與分析

　　3.1管道材質(zhì)對立管抗低溫性能的影響

　　對不銹鋼管、PPR管和內(nèi)襯塑鍍鋅管3種材質(zhì)的立管管道進(jìn)行抗低溫性能測試[9]。由于不銹鋼管之間有4種連接方式:環(huán)壓、焊接、單卡壓和雙卡壓，本試驗(yàn)也一并考慮。不同環(huán)境溫度下(-5、-10℃)不同保溫棉厚度(0、25mm和40mm)的不同材質(zhì)立管管道內(nèi)水溫降至0℃的時(shí)間分布。在裸露狀態(tài)下(保溫棉厚度為0mm)，各種材質(zhì)立管內(nèi)水溫降至0℃的時(shí)間無明顯差異;但在包裹25mm保溫棉及40mm保溫棉厚度的情況下，PPR管的抗低溫性能最差，雖然PPR管具有良好的保溫耐熱性能，但其抗低溫性能卻不及其他材質(zhì)的立管。

　　3.2保溫棉厚度對立管抗低溫性能的影響

　　對各個立管包裹不同厚度的保溫棉進(jìn)行立管管道的抗低溫性能測試。選擇立管裸露狀態(tài)(0mm)、包裹保溫棉厚度為25mm和40mm這3種變量因 素進(jìn)行試驗(yàn)，并分別在-5℃和-10℃的環(huán)境溫度下進(jìn)行。分別為-5℃和-10℃的環(huán)境溫度下，包裹不同保溫棉厚度立管管道內(nèi)水溫降至0℃的時(shí)間分布。同等材質(zhì)的立管，在-5℃環(huán)境溫度下立管內(nèi)水溫降至0℃比-10℃環(huán)境溫度下立管內(nèi)水溫降至0℃時(shí)間長。

　　由2種環(huán)境溫度下立管內(nèi)水溫降至0℃所需時(shí)間可知，裸露狀態(tài)下的立管的抗低溫性能最差，包裹40mm厚度保溫棉的立管的抗低溫性能最佳。由包裹保溫棉的效果可知:包裹25mm厚度的保溫棉能夠?qū)⒃�先處于裸露狀態(tài)下的不銹鋼管、內(nèi)襯塑鍍鋅管和PPR管的抗低溫性能提高4.1倍、4.4倍和2.7倍;包裹40mm厚度的保溫棉能夠?qū)⒉讳P鋼管、內(nèi)襯塑鍍鋅管和PPR管的抗低溫性能提高6.2倍、6.6倍和4.5倍。因此，包裹保溫棉的措施對不同材質(zhì)的立管的抗低溫性能的提高均有效果，包裹保溫棉厚度越厚對立管內(nèi)水溫保溫效果越好，即立管的抗低溫性能就越好，其中，對內(nèi)襯塑鍍鋅管和不銹鋼管的抗低溫性能的提高最顯著。

　　4結(jié)語

　　(1)在不同環(huán)境溫度和不同保溫棉厚度的條件下，3種管道材質(zhì)中，不銹鋼管道對立管內(nèi)水溫保溫效果最好，即不銹鋼管的抗低溫性能最好。但當(dāng)環(huán)境溫度達(dá)到-10℃時(shí)，不銹鋼管和內(nèi)襯塑鍍鋅管的抗低溫性能都較好。未來蘇州工業(yè)園區(qū)立管鋪設(shè)可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際需求，并綜合考慮管道特性及成本等因素進(jìn) 行管道材質(zhì)的選擇，使管道材質(zhì)選擇達(dá)到最優(yōu)化。

　　(2)由保溫棉厚度的分析可知，包裹保溫棉厚度越厚對立管內(nèi)水溫保溫效果越好，即立管的抗低溫性能越好，且包裹保溫棉的措施對內(nèi)襯塑鍍鋅管和不銹鋼管的抗低溫性能的提高最顯著，包裹40mm厚度的保溫棉最大能將立管的抗低溫性能提高6.6倍。因此，在寒冷氣候下，用戶可使用保溫材料對家中的水管立管進(jìn)行包裹，這樣通過簡單的保護(hù)措施能夠避免立管凍裂的情況發(fā)生，從而保證居民的用水安全。

　　(3)從新舊程度不同的管道來看，相同環(huán)境溫度、相同管道材質(zhì)和相同保溫措施下，并不是新管道的抗低溫性能就高于舊管道的抗低溫性能，舊管道中的結(jié)垢物反而能影響其抗低溫性能。因此，在關(guān)注舊管道防凍裂的同時(shí)，也不能忽略對新管道的防護(hù)。

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　　作者：潘婷婷，吉海娜，肖健，袁陸妗

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