新兴铸管李华成：球墨铸铁管轻质化发展趋势

李华成

01球墨铸铁管轻质化发展趋势

在新技术的驱动下，球墨铸铁管市场不断拓展，管径越来越大，壁厚不断减薄，还应用于各类非开挖施工技术。首先，球墨铸铁管自80年代起进入供水行业，目前已经成为国内自来水管网行业最主要的管材。其次，北京、天津等缺水城市的再生水管网使用的管材也多为球墨铸铁管。第三，2010年左右，市政污水管网已经开始使用球墨铸铁管，近期，江苏、浙江、福建、广东等东部沿海城市在市政污水管网领域广泛使用球墨铸铁管，如今中部地区的城市也开始广泛使用。第四，球墨铸铁管还应用于水利长距离调水行业，自2014年在南水北调中开始使用，如今已有十年的历史，效果非常好。此外，传统的农业灌溉都是用渠，现在全部是渠改管，表现出非常可观的节水效益。第五，传统的热力管网多为钢管，平均使用寿命仅13年，而球墨铸铁管的寿命大约是钢管的三倍。五年前，邯郸、临汾、东北等多个地区就已经开始在热力管网领域展开球墨铸铁管工程试点，未来热力市场空间会呈现快速增长的趋势。

新兴铸管生产的DN3000球墨铸铁管

除了市场方面的开拓之外，新兴铸管也在不断研发新的球墨铸铁管非开挖技术。比如顶管施工技术、水平定向钻施工技术、沉管施工技术以及非开挖修复技术。李华成介绍，新兴铸管最近在郑州水务集团开展试点，使用较薄的球墨铸铁管穿插法来修复传统混凝土管，效果非常不错。

C级管和K级管的标准变化

球墨铸铁管在产品标准更新上体现出壁厚减薄发展趋势。李华成介绍，球墨铸铁管来自于西方等发达国家，如美国、英国、法国和日本等，产品标准从早期英标到欧标，再到的ISO标准，最后又发展为国标。首选C级管比K9级管的壁厚要薄，ISO标准在上世纪90年代就提出C级管概念，国内提出C级管概念是在2013年，比西方国家落后了将近十年。国标GB/T 13295-2008版有K级管，也有C级管，2019年版本还是C级管与K级管并行，意味着建设单位可以采用比较厚的传统管，也可以采用比较薄的国际标准管。GB/T 13295下一版本预计在后年推出，仅保留C级管，并取消K级管，更薄的轻质化管子将逐渐出现在用户面前。

K级管与C级管对比

球墨铸铁管的K级和C级，代表了不同的标准和分类方式。K级球墨铸铁管是按管材壁厚等级分类，有K7/K8/K9/K10/K11/K12，系数越高，壁厚越厚，可承受的压力越大。K9级就是我们日常所说的默认的标准壁厚的球墨铸铁管。C级球墨铸铁管是以管材允许工作压力等级分类，推荐压力等级有C25C30C40，代表工作压力分别为2.5MPa、3.0MPa、4.0MPa。

李华成指出，对于供水企业来讲，他们关心的不是壁厚，而是承压能力。李华成介绍，DN80~300供水管首选压力等级是C40，DN300~600是C30，DN700~3000是C25。与传统K9管相比，小口径C级管的允许工作压力下降的较多，DN300~1000之间的中口径C级管压力下降次之，DN1000以上的大口径C级管压力变化很小。

“压力的变化体现出壁厚的变化，即壁厚和压力几乎成正比。而壁厚的下降意味着成本的下降，未来卖到客户手里的C级管价格应该更便宜。”李华成指出，随着工艺的进步，卖到用户单位的C级管一定会越来越便宜。管壁薄、质量好，承压能力又能得到客户认可的管材，才称得上好管材。能生产出这样管材的企业，才具备生存竞争优势。

除了管材的承压能力，大家还关心外荷载情况。观察上图发现，小口径K9级管的环刚度非常高，当口径达到DN3000时，环刚度下降到了12.2KN/m2。与K9级相比，C级管壁厚的调整则主要体现在中小口径管上，但调整后的环刚度依然较高。如下图所示，以DN500口径管做比较，K9级管的公称壁厚是9.0mm，C30管的公称壁厚是7.5mm，相差1.5mm。相应地，较薄的管材意味着成本的降低。

管道壁厚该如何选择？这就需要进行管道结构设计分析，具体有三种状态：

a)埋地运行状态，即管道承受内水压力与外部荷载共同作用。内水压力对管道有回圆作用，可以抵消部分弯曲应力，不是最不利状态。

b)埋地空管状态，即管道仅承受外荷载作用。为最不利状态。

c)明装运行状态（或管线检修状态），即管道仅承受内水压力。为最不利状态。

管道结构分析时三种状态

李华成指出，管道壁厚等级的选择是通过不断优化直至与实际相符的过程，既要保证结构的安全性也要避免不经济造成浪费。设计中根据工程实际先选择某一较低等级的管，判断是否满足变形和强度的要求，通过不断的循环和试算最终选择出既安全又经济的壁厚等级。

球墨铸铁管结构设计可以参考以下标准：一是ISO国际标准《球墨铸铁管设计方法》，二是《水利水电工程球墨铸铁管道技术导则》，三是《排水球墨铸铁管道工程技术规程》。李华成提到，前两个标准使用起来方便简单，第三个则相对复杂些。

管道结构设计标准

管道内压设计方面，主要考虑两种情况。一是管材处于正常工作状态的情况，二是发生水锤时的情况。球管厂家进行了大量的爆管试验可以发现，爆管的破坏性内部压力，远远大于内部最大工作压力和理论上爆管的破坏性内部压力。所以，球墨铸铁管在内压设计方面是非常合理的。

管道外荷载的设计主要考虑土壤的荷载和交通荷载对管材产生的变形。如何抵抗变形？主要在于管材的环刚度、回填方式以及夯实度。如果球墨铸铁管的环刚度特别高，就可以降低回填要求。大口径管的环刚度比较低，对于回填土的要求就高，小口径管的要求就低。

李华成表示，C级管在国际上已经普遍开始采用了，未来也会成为主流。ISO2531-2009《输水用球墨铸铁管、管件和附件》取消了K级管，仅采用了C级管。经过十几年的推广和使用，国外球墨铸铁管工程以C级管为主。GB/T 13295-2019《水及燃气用球墨铸铁管、管件和附件》在未来的发展中也会顺从国际发展趋势，采用了C级管，取消了K级管。

李华成介绍了C级管的一些注意事项。C级管壁厚的锌涂层应不低于200g/m2，这样管子变薄了，但是防腐效果会增强。球墨铸铁管应采用专用工具起吊，装卸时应轻吊轻放，在倒运、运输时应垫稳、垫牢，不得相互撞击，以免对管子及外防护涂层造成损坏。吊运时应使用专用吊钩。应使用挂胶钩或在吊钩外包橡胶皮等，达到保护水泥内衬层和外防腐锌层及外漆膜不受破坏的目的。另外，沟槽内木块和垃圾，砖、石及其它带有棱角的坚硬杂物应清除干净。

02‍球墨铸铁管在漏损控制方面优势明显

国家对供水管网漏损控制以及供水管材的使用上均提出了明确的目标。根据中国城镇供水排水协会《2021城镇水务统计年鉴（供水）》，2021年，我国城镇管网综合漏损率平均值在16.16%。2022年1月19日，住房和城乡建设部办公厅 国家发展改革委办公厅发布的《关于加强公共供水管网漏损控制的通知》 (建办城〔2022〕2号)中提到，全国城市公共供水管网漏损率力争控制在9%以内。直径100毫米及以上管道，鼓励采用钢管、球墨铸铁管等优质管材。直径80毫米及以下管道，鼓励采用薄壁不锈钢管，新建和改造供水管网要使用柔性接口。

在排水管材的要求上，《城镇生活污水处理设施补短板强弱项方案》中提到，优先采用球墨铸铁管、承插橡胶圈接口钢筋混凝土管等管材。

日本在漏损控制方面做得非常好，球墨铸铁管的使用比例占56.6%，供水效率达到92.6%，未计量供水率为7.4%。其中，做得最好的城市是东京市，漏损率可以控制在2.3%以下。

此外，绍兴水司DN100及以上的管材主要采用球墨铸铁管，DN100以下，主要采用不锈钢复合管。绍兴市2012年的漏损率控制在3.7%，2023年修正后的漏损率值已经接近0了。

球墨铸铁管在漏损控制上体现出非常明显的优势。相关资料数据显示，日本过去50年的球墨铸铁管破损事故率不到0.03/年/公里，法国1995年至2006年的平均破损事故率约为0.04次/年/公里。德国情况也类似，使用外防腐涂层球墨铸铁的平均破损事故率也非常低，为0.03次/年/公里。

总之，球墨铸铁管表现出了使用寿命长、维护成本低、运营成本低、报废成本低等特点，用全生命周期观点来看，球墨铸铁管经济成本是较低的且运行安全较高的优质管材。

编辑：李丹