美国PCCP管的失效及对中国给水管道应用的警示.pdf
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1、规 划 战略 水利规划与设计 2 0 1 5年第 3期 DOI :1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 6 7 2 2 4 6 9 2 0 1 5 0 3 0 0 1 美国 P C C P管的失效及对 中国给水管道应用的警示 沈之基 ,郑小 明 ( 1 上海 原水股份有限公司 ,上海 2 0 0 0 8 5 ;2 中国城镇供水排 水协会科学技术委员会管道技术部 ,上海 2 0 1 4 0 0 ) 摘 要 :P C C P管很 高的失效 可能性和 失效的灾难性 , 已导致 美 国现在 已经 不再 生产 P C C P管。向 中国输 出技 术 的 阿美隆公 司、普赖斯兄 弟公 司已经停
2、产关闭。 美国的水 务机构 已经对 自己系统 中的 P C C P采取降压 、审核运 行、 内外部检查及修复或更换 管道 等等行 动。P C C P管主要失效模 式是钢 丝腐蚀 管爆 裂 ,保护钢 丝的 水泥砂 浆防护层 自身脆弱 ,运行 中得不 到保 护,它 的寿命 成为 P C C P管寿命 的决 定 因素 ;高 内压 的 大 口径 P C C P管线“ 膨胀 量” 大 ,特 别 危 险 。 关键 词 :输水管 ;P C C P管 ;失效 ;钢丝腐蚀 中图分类号 :T V 4 9 文献标识码 :c 文章编号 :1 6 7 2 2 4 6 9 ( 2 0 1 5 ) 0 3 0 0 0 1
3、0 3 1 P CC P管在 中国的应 用 近 十年 来 ,P C C P管 在 中 国 迅 猛 发 展 ,据 行 业 协会统计 报告 ,2 0 1 0年 ,中国年生产 能力 已突破 3 0 0 0 k m,年生产 量达到 1 5 0 0 k m( 美 国最高 年产量 在 1 9 7 1年 ,为 3 , 5 6 3 , 3 2 7英 尺 ,约 1 1 0 0 k m) , 累 计使 用量 已达 8 0 0 0公 里 。 中 国 现 在 已是 P C C P管 年生产使用量世界最高的国家 。 国家 发 改委 、水 利部 、建 设 部 等七 部 委 ,2 0 0 5 年联 合 发 布 的 “ 中
4、国 节 水 技 术 政 策 大 纲 ”明 示 , D N1 2 0 0以上 口径 的输水 管线 优先 采用 P C C P 。 引进这项技术 以来 ,中国几乎所有介绍文章都 接受 这样 的 论 断 :P C C P是 钢 管 和 混 凝 土 压 力 管 两 者优 势组 合 、经 济且 耐 蚀 。 中 国 P C C P专 家 近年 在 很多篇文章中称 P C C P寿命可达 1 0 0年。 2 P CC P管在美 国的应用及 失效 2 1 P CC P管 的爆 裂损 坏 问题 已经 非 常突 出 美 国是 P C C P管 的先 行 者 ,美 国 自来水 协 会 研 究基 金会 ( A w w
5、 a R F ) 在 2 0 0 8年 发 布 了 “ P C C P失 效 ” 专题 报告 ,并 “ 希 望这 个结 果将 应用 于整 个 世界 ” 。 由于 P C C P的较高的失效可能性 ,它的性能在 很长一段时问以来 ,是水务 当局感兴趣 的问题。约 2 0年前 ,美 国 自来 水协会研究基金会 和 国家垦务 局就 曾启 动 了研 究 “ 预 应 力 混 凝 土 管 的性 能 ”的项 目 ,可惜 的是 报告 没 有 公布 ;2 0 0 8年 ,A w w a R F终 于发 布 了“ P C C P失 效 ” 的研 究 报 告 。这 个研 究 项 目 开始 于一 个调 查 ,美 国
6、十余 个 地 区或 城市 的水务 机 构参 与这 个项 目调查研 究 ,如 :国家 垦务 局 、加 州 水资源部和休斯敦、达拉斯、圣地亚哥等等大城市 水务部门,因此报告能够对北美 P C C P性能有代表 作用 。报 告 的 目标 是对 失 效作 统计 分 析和 开 发一 个 评估 模 型 , 调查研究结果 ,美国 自上世纪 4 O年代开始到 2 0 0 6年 ,累计 生 产使 用 P C C P约 3 0 0 0 0 k m,项 目研 究者 已经知道 的美 国 P C C P失 效事 件 : 第 1类别 失 效 ( 灾 难 性 破 裂 和 泄 漏 C a t a s t r o p h i
7、c r u p t u r e s a n d l e a k s ) ,有 4 3 5个 ;第 2类别失效 ( 严 重劣 化或 结构 弱化 一通 过 检查 看 到 的 S i g n i f i c a n t d e t e r i o r a t i o n o r s t r u c t u r a l we a k n e s s d i s c e r n e d b y i n s pe c t i o n ) 和第 3类别 ( 服务能力减少一暂停服务 ,完全 或部分替代 L o s s o f s e r v i c e T i me o u t o f s e r v i c
8、 e 、F u l l o r p a r t i a l r e p l a c e me n t ) 的失 效有 3 5 6 6 2个 。 这些失 效发 生年 份 ,第 1类平 均 值为 l 3 9 5 年 ,第 2 、3类 失效 为 1 6 7 5年 。 3 0 0 0 0 k mP C C P管 线 ,发 生 4 3 5个 第 1类 别 失 效 ,3 5 6 6 2个 第 2类 别 和 第 3类 别 的 失 效 ,从 数 字上 看 ,同其他 管材 相 比也 不是 特 别 严 重 ;不 过 , 考虑到使用 的 P C C P口径较 大 ,失效 管线 几乎 都 在 3 0英 寸 ( 相 当
9、 D N 7 5 0 ) 以 上 ;失 效 的 主 要 模 式 是爆裂 ,失效发生 时间在投入运行 后 十多年 ,不 是很 长 ;所 以 从 后 果 看 ,P C C P失 效 是 严 重 的 , 作者简介 :沈之基( 1 9 4 1年一 ) ,男 ,高级工程 师。 规 划 战略 水利规划与设计 2 0 1 5 年第 3 期 4对 P C CP管的失效原 因解析 因信 息有 限 ,难 以 明 白美 国不 再 生 产 使 用 P C C P的 全 面情 况 和 细 节 ,难 以对 美 国 的 这个 变 化 做 出切实 的深 入 理解 。这 里从 中 国实 际 出发 ,在对 中 国 P C C P
10、发 展过 程 了解 的基 础 上 , 以管 道技 术 工 作 的经验 、供 水业 主立 场 视 角 ,对 P C C P的性 能和 未 来 作 出分 析 。 P C C P具有经济和 耐腐蚀特点 ,其核心手段是 采用高强度钢丝和预应力技术。钢丝的设计应力是 钢 管钢 材 的 5倍 以上 ,由此 节约 了钢 材 而 取得 经 济 性 ;混 凝 土和砂 浆 包裹 钢丝 和钢 筒 ,由此 取 得 了耐 腐蚀 。这些 是发 展 这个 产 品时开 发 人 员 的期 望 ,也 是 这个 产 品投入 运行 一段 时 间 内 的表现 ;但 是 随着 时间推 移 ,P C C P的 实际 表现 同期 望有 很
11、大 的差 异 , 原来的耐腐蚀方面的优势并不如设计理想 。 4 1 水 泥层 耐腐 蚀 、寿 命长 的解 读一 衬 里层 同外 保 护层 有 不 同 4 1 1 铸铁 水 管采 用水 泥砂 浆衬 里层 有 5 01 0 0 年 的寿命 。 水泥砂浆衬 里层对输水 铸铁管 、钢管提供 5 0 年 以上 的 安全 服务 ,可 以有 5 01 0 0年 的寿 命 ,这 是 已经 有众 多事 实证 明并得 到公 认 的 ;水 泥砂 浆 衬 里 涂层 ,在 同它 接 触 的铁 、钢 表 面形 成 P H1 2的 环 境 ,铁 钢钝 化 ,所 以能 确保 铁钢 不 发生 腐 蚀 ;这 里 要指 出 ,这
12、样环 境 能形成 并保 持 ,首 先 条 件是 涂 层 稳定 ,不发生裂缝 、脱 离;铸铁 管、钢管运行 时, 所有的内外负载都由铁钢简体承担 ,筒体传递给衬 里层 的应力非常之小 ;筒体在外 ,涂层在 内,简体 保护着涂层 ,内压有利于水深入涂层细部 ,水泥颗 粒 的水化 作 用继 续 ,涂层 更 加致 密 ,细 小 裂缝 还 可 自己愈合 ;内压还有利于涂层 同管壁结合。衬里层 保 护 了管道 内壁 ,管 道保 护 了衬 里 ,这 就是 内衬 水 泥砂浆层能长期保护管道 内壁 的原 因。 4 1 2 P C C P管水 泥保 护层 自身得 不到 保 护 ,难 以 为钢 丝提供 可 靠保 护
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