钢骨架塑料复合管技术手册.docx
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钢骨架塑料复合管技术手册
钢骨架塑料复合管
应用技术手册
一、钢骨架塑料复合管产品特点、规格及应用…………………………………………………………………2
二、钢骨架塑料复合管原料性能要求……………………………………………………………………………5
三、钢骨架塑料复合管主要性能参数……………………………………………………………………………6
四、钢骨架塑料复合管公称压力计算……………………………………………………………………………8
五、钢骨架塑料复合管水力计算…………………………………………………………………………………11
六、钢骨架塑料复合管的管道设计………………………………………………………………………………14
七、钢骨架塑料复合管的管道布置………………………………………………………………………………21
八、材料验收、存放、搬运和运输………………………………………………………………………………23
九、钢骨架塑料复合管的管道连接………………………………………………………………………………24
十、钢骨架塑料复合管的管道敷设………………………………………………………………………………26
十一、钢骨架塑料复合管的试压与验收…………………………………………………………………………29
十二、钢骨架塑料复合管工程施工质量保证……………………………………………………………………32
十三、钢骨架塑料复合管热膨胀及收缩问题的分析和解决办法………………………………………………33
附录一：
钢骨架塑料复合管化学稳定性…………………………………………………………………………35
附录二：
燃气用钢骨架聚乙烯塑料复合管抢修规程……………………………………………………………39
钢骨架塑料复合管产品特点、规格及应用
1.1产品特点
钢骨架塑料复合管材（件）是一种集钢材与热塑性塑料两种材料优点于一身，有着优良的综合性能的新型复合管材产品。
钢塑两种材料以结构复合方式复合。
管材是由缠绕并焊接成型的管状钢丝网作为加强骨架镶嵌在热塑性塑料管壁中间构成，管件的加强骨架是用薄钢板均匀冲孔后卷筒焊接制成（如图1.1和图1.2）。
管道采取电熔和法兰连接两种方式（如图1.3和图1.4），连接处强度不低于管材本体。
图1.1金属骨架塑料复合管材截面示意图 图1.2管件结构示意图
图1.3电熔连接图1.4法兰连接
钢骨架塑料复合管具有防腐、不结垢、光滑低阻、保温、不结露、耐磨、质轻等塑料管的共同特点，而且其独特的结构还造就了如下特点：
（1）抗蠕变性能好，持久机械强度高
由于塑料在常温及应力作用下会发生蠕变，在较高持久应力下会发生脆性断裂，因此纯塑料管材的许用应力及承压能力较低。
而钢材的机械强度约是高密度聚乙烯塑料的10倍左右，且在聚乙烯使用温度范围内十分稳定，不发生蠕变。
将钢骨架与聚乙烯塑料复合后，钢骨架可有效地约束塑料的蠕变，使塑料本身的耐应力水平也大大地提高。
因此钢骨架塑料复合管材的许用应力与聚乙烯管材相比有大幅度提高。
（2）耐温性能好
聚乙烯管材的强度在其使用温度范围内一般随温度提高而降低，温度每提高10℃其强度约降低10%以上。
由于钢骨架复合管强度约2/3是由钢骨架所承担，所以其强度随使用温度的提高而降低的程度低于聚乙烯管材。
实验结果表明每提高10℃，钢骨架塑料复合管强度降低5%以下。
（3）刚性、耐冲击性好、尺寸稳定性好，又有适度柔性，刚柔相济。
钢的弹性模量通常是高密度聚乙烯弹性模量的200倍左右，由于钢骨架的加强作用使钢骨架塑料复合管的刚性、耐冲击性及尺寸稳定性优于纯塑料管材，同时由于网状钢骨架本身又是一种柔性结构，从而使复合管在轴向也有一定柔性，因此该管材具有刚、柔结合的特点，从而使装卸、运输、安装的适应性及运行的可靠性好。
地上安装可节省支座数量，成本低，地下安装可有效承受由于沉降、滑移、车辆等造成的突发性冲击载荷。
中小管径可作适当弯曲随地势起伏布置，节省管件。
（4）热膨胀系数小
由于普通碳钢线膨胀系数为10.6～12.2×10-6（1/℃），聚乙烯管材线膨胀系数为170×10-6（1/℃），钢骨架塑料复合管在网状钢骨架的约束下，复合管材的热膨胀性大大改善，低于常用的塑料管材。
通过测试，钢骨架塑料复合管线膨胀系数为35.4～35.9×10-6（1/℃），仅是普通碳钢管材3～3.4倍。
实验结果表明，埋地安装时一般可不用热补偿装置，管材采用蜿蜒状铺设即可起到吸收（或释放）膨胀的作用，从而使安装成本降低。
（5）不会发生快速开裂
纯塑料管特别是大口径纯塑料管在持久环向应力的作用下，易产生突发外部载荷、局部缺陷、应力集中等造成的快速开裂（瞬间几百米至千米以上），因此目前国际上对管材塑料的抗快速开裂性能提出了很高的要求。
由于钢网的存在使塑料的变形及应力均不会达到其产生快速开裂的临界点，因此从理论上讲钢骨架复合管不存在快速开裂，实际试验也证明了这一点。
（6）钢、塑两种材料复合均匀可靠。
目前市场上的钢塑复合管由于钢、塑之间的复合是连续规范的界面。
长期使用在交变应力的作用下易脱层，导致连接处泄漏，内部出现瓶颈状收缩，堵塞介质流动。
与其相比，钢骨架塑料复合管是网状结构，钢网与塑料互相交织浑然一体，复合表面积大而不规则，两种材料互相约束力大而均匀，应力集中小，不会发生脱层现象。
（7）双面防腐
钢骨架复合在塑料之中，管材内外表面具有相同的防腐性能，耐磨，内壁光滑，输送阻力小，不结垢，不结腊，节能效果明显，用于地埋及有腐蚀性环境条件下十分经济方便。
（8）自示踪性好
由于钢骨架的存在，使埋入地下的钢骨架塑料复合管可以用通常的磁性探测的办法寻找定位，避免由于其它挖掘工程而造成的破坏。
而这种破坏是纯塑料管及其它非金属管发生最多的破坏。
（9）产品结构性能调整方便灵活
可以通过改变钢线直径、强度、网格间距、塑料层厚度、塑料种类来调整产品的结构与性能，以满足不同的耐压、耐温、防腐要求。
（10）制造成本低、性能价格比高、市场竞争力强
材料成本是管材制造成本的主体，钢材价格是塑料价格的1/3左右，而钢骨架塑料复合管的钢丝与塑料的用量比在1.2:
1左右，所以较大直径钢骨架塑料复合管的制造成本低于功能与其相同的塑料管材，从而具有更强的市场竞争力。
上述特点决定了钢骨架塑料复合管优越的安全可靠性和经济性，其不仅能满足目前普通塑料管适用范围内的要求，而且可以更大程度地适用于各种工业领域，取代不锈钢等金属防腐管材。
1.2产品规格及参数
1.2.1管材系列
表1.1管材系列
公称内径Dn（mm）
65
100
150
200
250
300
350
400
500
公称璧厚e（mm）
9
9
12
12.5
12.5
12.5
15
15
16
公称
压力
（MPa）
工业
2.5
1.6
2.0
1.6
1.25
1.6
1.0
1.6
1.0
1.6
1.0
1.6
1.0
1.6
燃气
1.0
0.8
0.8
0.7
0.8
0.5
0.8
0.44
0.8
0.44
0.8
0.44
0.8
0.44
0.8
给水
2.5
1.6
1.6
1.6
1.0
1.6
1.0
1.6
1.0
1.6
1.0
1.6
1.0
1.6
工业
增强型
4.0
4.0
3.2
3.2
3.2
3.2
2.5
2.0
2.0
注：
公称压力是管材在预期寿命50年，输送20℃且相对管材塑料具有化学稳定性的介质时允许使用的最大压力，若实际使用压力高于公称压力，应调整钢骨架的强度，使产品爆破压力≥使用压力×3（输送介质是水）或爆破压力≥使用压力×3.0×1.6（输送介质是燃气），若介质温度高于20℃时，公称压力应进行修正。
输送液化石油气（气态）时最大工作压力为0.1MPa；输送液化石油气／混空气时最大工作压力为0.2MPa；输送人工煤气时最大工作压力为5KPa。
1.2.2管配件系列
各种规格配件包括11.25°弯头、22.5°弯头、45°弯头、90°弯头、三通、异径管件、电熔套筒，活套法兰，法兰盲板等。
1.2.2.1电熔管件：
表1.2电熔管件系列
规格
产品
Dn65
Dn100
Dn150
Dn200
Dn250
Dn300
Dn350
Dn400
Dn500
电熔套筒
●
●
●
●
●
●
●
●
●
三通
●
●
●
●
●
●
●
●
●
11.250弯头
—
—
●
●
●
●
●
●
●
22.50弯头
—
—
●
●
●
●
●
●
●
450弯头
●
●
●
●
●
●
●
●
●
900弯头
●
●
●
●
●
●
—
—
—
1.2.2.2法兰管件：
表1.3法兰管件系列
规格
产品
Dn65
Dn100
Dn150
Dn200
Dn250
Dn300
Dn350
Dn400
Dn500
三通
●
●
●
●
●
●
●
●
●
11.250弯头
—
—
●
●
●
●
●
●
●
22.50弯头
—
—
●
●
●
●
●
●
●
450弯头
●
●
●
●
●
●
●
●
●
900弯头
●
●
●
●
●
●
—
—
—
1.2.2.3异径管件：
表1.4异径管件系列
规格
Dn100-65
Dn150-100
Dn200-150
Dn250-200
Dn300-200
Dn300-250
Dn350-300
Dn400-300
Dn400-350
Dn500-400
1.2.2.4鞍型抽头：
表1.5鞍型抽头系列
规格
DN150/Φ63
DN200/Φ63
DN250/Φ63
DN300/Φ63
1.3产品的适用范围
（1）油田：
油田集输油管、污水管、原油、成品油输送管，油井注入聚合物管、卤水处理管等。
特别适用于高含硫的油、气、水等介质输送.
（2）市政建筑：
市政给排水、天然气和煤气输送。
（3）船舶：
船上污水管、给排水管、压舱水管等生活管系和结构管系。
（4）煤矿：
水煤浆、煤层气、粉煤灰管线。
（5）矿山：
矿浆输送管、工程用井管、泵送用管
（6）其他：
冶金、有色、电力、饮食等行业用管。
钢骨架塑料复合管原料性能要求
2.1钢骨架塑料复合管用骨架钢丝技术性能要求
（1）材质：
Q235A（GB700-80）；
（2）退火状态：
抗拉强度＝550～650N/mm2；
（3）表面镀铜，镀层均匀，不脱落，无漏镀，镀层厚度1~3μ；
（4）钢丝表面应光滑平整，不得有任何凸凹，刃伤等缺陷及油污、灰垢等污染；
（5）钢丝直径公差：
φ±0.05mm。
2.2钢骨架塑料复合管所用塑料性能要求
钢骨架塑料复合管用于承压管材，例如，燃气管、排污管、给水管、输油管和工业用管，生产钢骨架塑料复合管塑料采用高密度或中密度聚乙烯管道专用塑料，其性能指标如下：
密度≥0.93g/cm3（基础树脂）
熔流率（熔融指数）0.4～0.6g/10min（190℃，5Kg）
挥发分含量＜350mg/kg
炭黑含量2.0~2.5%
热稳定性（200℃）＞20min
慢速裂纹扩展＞165h
长期静液压强度≥8MPa
2.3钢骨架塑料复合管管件骨架性能要求
2.3.1低碳钢板钢骨架原料采用20钢或合金钢板。
2.3.2表面镀层钢骨架表面需镀防锈层，镀层表面平整光滑、不脱落、无漏镀、不得有油污、灰垢等污物。
三、钢骨架塑料复合管主要性能参数
钢骨架塑料复合管是一种承压管材，由于它独特的结构决定了钢骨架塑料复合管具有集钢材和热塑性塑料两种材料优点于一身，同时也决定了钢骨架塑料复合管具有卓越的性能特点。
（1）受压开裂稳定性
取长度为100±10mm的管材样品进行试验，样品置于液压机板间进行缓慢下压，10～15S压至管材直径的50%，管材应无裂纹
（2）纵向尺寸收缩（110°，保持1h）
按《热塑性塑料管材纵向回缩率的测定》GB／T6671的规定进行测定为≤0.4%
（3）短期静液压强度试验
按《流体输送用热塑性塑料管材耐内压试验方法》GB6111的规定进行测定。
20℃，1h，压力为：
公称压力×2无破坏
80℃，165h，压力为：
公称压力×2×0.71无破坏
（4）耐候性试验
按《塑料自然气候暴露试验方法》GB／T3681规定方法，管材积累接受≥3.5GJ/m2老化能量后，仍能满足上述（3）项性能要求。
（5）不圆度
按《塑料管材尺寸测量方法》GB/T8806测量，管材不圆度应不大于5%
（6）公称压力修正系数
若输送的液体介质温度高于20℃时，公称压力应进行修正。
其修正系数如表3.1：
表3.1输送水公称压力温度修正系数
温度t（℃）
0＜t≤20
20＜t≤30
30＜t≤40
40＜t≤50
50＜t≤60
60＜t≤70
70＜t≤80
公称压力修正系数
1
0.95
0.90
0.86
0.81
0.70
0.60
若输送的燃气介质温度高于20℃时，公称压力应进行修正。
其修正系数如表3.2：
表3.2输送燃气公称压力温度修正系数
温度t（℃）
-20﹤t≤0
0﹤t≤20
20﹤t≤25
25﹤t≤30
30﹤t≤35
35﹤t≤40
公称压力修正系数
0.9
1
0.93
0.87
0.8
0.74
（7）线膨胀系数管材线膨胀系数35.4～35.9×10-6（1/℃）
（8）管材允许弯曲半径
表3.3管材允许弯曲半径
规格（内径d）
65~150
200~300
350~400
500
允许弯曲半径R，mm
≥80d
≥100d
≥110d
≥120d
注：
管段上有接头时，R不应小于200d。
（9）表3.4架空敷设支架间距
规格
50
60
80
100
125
150
200
250
300
350
400
500
支架间距（m）
3.0
3.5
4.0
4.2
4.5
5.0
5.4
5.7
6.0
6.0
6.0
6.0
（10）管材爆破压力
管材爆破压力≥公称压力×3
（11）表3.5管材环刚度
规格
150
200
250
300
400
500
环刚度（KPa）
47.52
21.26
16.05
9.28
7.32
5.52
（12）钢骨架塑料复合管输送介质温度不宜超过80℃
（13）管材表面电阻为＞1013Ω×㎝
体电阻率为＞1016Ω
介电强度为700KV/㎝
（14）管材20℃时热导率0.43W×（m×k）-1
（15）管材介电常数2.33
（16）介电损耗:
50Hz时6×10-4
103Hz时8×10-4
104Hz时7×10-4
105Hz时6×10-4
（17）管道当量粗糙度：
0.010
（18）海澄－威廉系数：
140
（19）管材耐磨性
在水速7~8m/s及水温30℃—35℃的条件下，用直径为50mm的HDPE管和钢管进行试验（水中混有15%的砂子）表明HDPE管1600小时后腐蚀量为4mm，而同样磨量对钢管来说不到1000小时。
（20）化学稳定性见附录一。
四、钢骨架塑料复合管公称压力计算
遵照钢骨架塑料复合管的应力分布规律，在公称压力下，管壁处于弹性变形范围内，按中径公式，下式成立，见图4.1：
图4.1钢骨架塑料复合管应力分布图
上式其实是常见中径公式的演变，只是将复合管壁厚与应力的乘积分解成纬线钢丝与塑料各自应力与壁厚的乘积两部分。
还由于a是未知数，δ1也较值小，两项对计算结果影响不大，可忽略不计。
所以：
对于直管：
计算中，因
所占比重很小，为了计算方便可忽略不计。
将
、
以及
代入上式得：
计算公称压力PCN
对于输送燃气的FG管，考虑燃气组分对塑料可能产生的影响及燃气的危险性，根据国际标准，其公称压力的确定应在上式计算的基础上再除以1.6。
此系数1.6是基于塑料在额定设计应力下（PE80为6.3MPa），但FG管中塑料应力仅为0.6MPa，显然系数过于偏大，对FG管强度显然过于保守。
因此，如何正确的确定这一系数，对发挥承压潜力有很大的价值，这也是FG管强度计算中有待深入探讨的课题。
对于管件：
同理计算公称压力为：
——钢板骨架壁厚，mm
——FG管公称壁厚，mm
——公称压力，MPa
——FG管内径，mm
——纬线钢丝直径，mm
s——纬线钢丝中心距或钢板骨架纵向排孔间距，mm
——折合纯PE管圆筒壁厚，mm
σsb---钢骨架的拉伸极限，MPa
——钢骨架的许用应力，MPa（为
）
——PE的设计应力，MPa（对PE80，
/235.3）
——纬线钢丝或钢板骨架折合钢筒壁厚，mm
——径线钢丝折合钢筒壁厚，mm
N——经线根数
，
上式中，
、
、
、
是分别由FG管规格系列及工艺可能性而预先确定的。
在此基础上，再进一步确定钢骨架及PE的材质，经反复计算、调整中心距
，即可选出满足公称压力
及安全系数n要求的s值，并满足净间距
的工艺要求，FG管的计算公称压力
再经园整、系列化最后确定公称压力PN。
管件的计算与直管雷同。
根据此PCN的计算公式，还可进一步计算在公称压力下，钢骨架与PE各自承担的份额。
证明如下：
钢骨架承担的压力为：
PE承担的压力为：
两者的比值为：
根据各规格FG管
及
的数值，可计算出平均比值约为1/11，PE所能承担的压力约为公称压力的8%。
从承担强度的观点，PE材料承担的压力比钢骨架要小得多。
这就是FG管接近钢管力学特性的决定性因素。
五、钢骨架塑料复合管水力计算
5.1钢骨架塑料复合管燃气管道水力计算
我国的城镇燃气管道应按输送燃气压力P分为5级，并应符合下表要求：
表5.1城镇燃气输送压力（表压）分级
名称
压力（MPa）
高压燃气管道
A
0.8＜P≤1.6
B
0.4＜P≤0.8
中压燃气管道
A
0.2＜P≤0.4
B
0.005＜P≤0.2
低压燃气管道
P≤0.005
居民生活和公共建筑燃气小时计算流量（0℃和101.325Kpa），宜按下式计算：
式中：
Qh－燃气小时计算流量（m3/h）；
Qa－年燃气用量（m3/a）；
n－燃气最大负荷利用小时数（h）；
其值为：
Km－月高峰系数。
计算月的日平均用气量和年的日平均用气量之比；
Kd－日高峰系数。
计算月中的日最大用气量和该月日平均用气量之比；
Kh－小时高峰系数。
计算月中最大用气量日的小时最大用气量和该日小时平均用气量之比。
A:
低压钢骨架塑料复合管燃气管道单位摩擦阻力损失宜按下列公式计算：
式中：
ΔP－钢骨架塑料复合管燃气管道摩擦阻力损失（Pa）；
λ－钢骨架塑料复合管燃气管道摩擦阻力系数；
l－钢骨架塑料复合管燃气管道的计算长度（m）;
Q－钢骨架塑料复合管燃气管道的计算流量（m3/h）
d－钢骨架塑料复合管燃气管道内径（mm）；
ρ－燃气的密度（Kg/m3）；
T－设计中所采用燃气温度（K）；
T0－273.16K。
根据燃气在管道中的不同运动状态，其λ值有不同的计算公式，将值代入上式，可以得到不同流态的实用单位长度的摩擦阻力损失计算公式：
Re＝dv/μ
Re－雷诺数
d－钢骨架塑料复合管内径（mm）；
v－钢骨架塑料复合管燃气管道计算流速（m/s）；
μ－0℃和101.325Kpa时燃气的运动粘度（m2/s）
a.层流状态：
（Re≤2100）
b.临界状态：
（2100＜Re≤3500）
c.紊流状态：
（Re＞3500）
式中：
k－钢骨架塑料复合管燃气管道内表面的当量绝对粗糙度（mm）。
取0.01。
B：
中、高压钢骨架塑料复合管的单位长度的摩擦阻力损失宜按下列公式计算：
式中：
P1－钢骨架塑料复合管起点的压力（绝对KPa）；
P2 －钢骨架塑料复合管终点的压力（绝对KPa）；
Z－压缩因子，当燃气压力小于1.2MPa（表压）时，Z取1；
L－钢骨架塑料复合管的计算长度（km）。
水力计算中钢骨架塑料复合管与聚乙烯管道水力计算方法相同，与钢管的区别在于K值的不同，钢骨架塑料复合管的K值和钢管的K值相差20倍，因此在管径、长度、压力降相同的情况下，钢骨架塑料复合管的输气能力要比钢管高。
燃气尤其是带有粉尘的燃气，在聚乙烯管内流动与管壁摩擦将产生静电，为了不使静电过分积累，除采取必要措施外，对钢骨架塑料复合管内介质的流速要有所限制，我国行业标准《聚乙烯燃气管道工程技术规程》CJJ63-95规定“中压管道允许压力降可由该级管道的入口压力至次级管网调压器允许的最低入口压力之差确定，流速不宜大于5m/s”。
若按此流速作钢骨架塑料复合管网设计时，介质输送的经济性大为降低，且钢骨架塑料复合管的优越性不能体现。
以下是国外气体管道流速的规定：
（1）炼油装置压力管线V=15～30m/s;
（2）美国《化工装置》中天然气管道V≤30.5m/s;
（3）液化石油气气体管V=8～15m/s;
（4）焦炉气管V=4～8m/s;
按以上数据并根据钢骨架塑料复合管独特的性能和国外聚乙烯管道设计流速的有关资料，建议钢骨架塑料复合管输送介质的流速不宜超过15m/s；
5.2钢骨架塑料复合管供水管道水力计算
A．供水管道水力计算基本公式：
式中：
－钢骨架塑料复合管沿程水头损失（
）
－钢骨架塑料复合管内径（
）
－管段长度（
）
－重力加速度（
）
－钢骨架塑料复合管管内的平均水流速度（
）；
－水力摩阻系数
Re－雷诺数
－水的运动粘度（
）
－水温（℃）
－管道当量粗糙度，取0.010
B．局部水头损失按下列管网沿途水头损失的百分数采用：
a．城市给水管网为8％～12％；
b.住宅小区给水管网为12％～18％
c．生产给水网；生产、消防公用给水管网；生活、生产、消防共用给水管网均为20%；
d．灭火栓系统消防给水管网为10%；
e．生产、消防共用给水管网为15%。
由于钢骨架塑料复合管内表面光滑，并根据钢骨架塑料复合管的实际使用情况，在与金属管相同通流面积、长度和起点压力的情况下、钢骨架塑料复合管的水头损失小，流通能力高、噪声小，因此在使用钢骨架塑料复合管的情况下，可适当提高水的流速，表5.2是推荐的设计流速。
表
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