球墨铸铁管在供水行业已有近30年的新兴发展历史，广泛应用于市政供/排水管网、铸管展水厂长距离输水、李华WhatsApp%E3%80%90+86%2015855158769%E3%80%9150%20ton%20crane%20rental城乡一体化管网等水利工程项目。成球新兴铸管股份有限公司（以下简称“新兴铸管”）研究院副院长李华成在“2024供水高锋论坛”上提到，墨铸球墨铸铁管在漏损控制方面优势明显，铁管未来管材将呈现轻质化发展趋势。轻质
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，铸管展管径越来越大，李华壁厚不断减薄，成球还应用于各类非开挖施工技术。墨铸首先，铁管球墨铸铁管自80年代起进入供水行业，轻质目前已经成为国内自来水管网行业最主要的新兴管材。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，WhatsApp%E3%80%90+86%2015855158769%E3%80%9150%20ton%20crane%20rental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
除了市場方面的開拓之外，新興鑄管也在不斷研發(fā)新的球墨鑄鐵管非開挖技術(shù)。比如頂管施工技術(shù)、水平定向鉆施工技術(shù)、沉管施工技術(shù)以及非開挖修復(fù)技術(shù)。李华成介紹，新興鑄管最近在鄭州水務(wù)集團(tuán)開展試點(diǎn)，使用較薄的球墨鑄鐵管穿插法來修復(fù)傳統(tǒng)混凝土管，效果非常不錯(cuò)。
C级管和K级管的标准变化
球墨鑄鐵管在產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)更新上體現(xiàn)出壁厚減薄發(fā)展趨勢。李华成介紹，球墨鑄鐵管來自于西方等發(fā)達(dá)國家，如美國、英國、法國和日本等，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)從早期英標(biāo)到歐標(biāo)，再到的ISO標(biāo)準(zhǔn)，最后又發(fā)展為國標(biāo)。首選C級(jí)管比K9級(jí)管的壁厚要薄，ISO標(biāo)準(zhǔn)在上世紀(jì)90年代就提出C級(jí)管概念，國內(nèi)提出C級(jí)管概念是在2013年，比西方國家落后了將近十年。國標(biāo)GB/T 13295-2008版有K級(jí)管，也有C級(jí)管，2019年版本還是C級(jí)管與K級(jí)管并行，意味著建設(shè)單位可以采用比較厚的傳統(tǒng)管，也可以采用比較薄的國際標(biāo)準(zhǔn)管。GB/T 13295下一版本預(yù)計(jì)在后年推出，僅保留C級(jí)管，并取消K級(jí)管，更薄的輕質(zhì)化管子將逐漸出現(xiàn)在用戶面前。
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，對(duì)于供水企業(yè)來講，他們關(guān)心的不是壁厚，而是承壓能力。李华成介紹，DN80~300供水管首選壓力等級(jí)是C40，DN300~600是C30，DN700~3000是C25。與傳統(tǒng)K9管相比，小口徑C級(jí)管的允許工作壓力下降的較多，DN300~1000之間的中口徑C級(jí)管壓力下降次之，DN1000以上的大口徑C級(jí)管壓力變化很小。
“壓力的變化體現(xiàn)出壁厚的變化，即壁厚和壓力幾乎成正比。而壁厚的下降意味著成本的下降，未來賣到客戶手里的C級(jí)管價(jià)格應(yīng)該更便宜。”李华成指出，隨著工藝的進(jìn)步，賣到用戶單位的C級(jí)管一定會(huì)越來越便宜。管壁薄、質(zhì)量好，承壓能力又能得到客戶認(rèn)可的管材，才稱得上好管材。能生產(chǎn)出這樣管材的企業(yè)，才具備生存競爭優(yōu)勢。
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，管道壁厚等級(jí)的選擇是通過不斷優(yōu)化直至與實(shí)際相符的過程，既要保證結(jié)構(gòu)的安全性也要避免不經(jīng)濟(jì)造成浪費(fèi)。設(shè)計(jì)中根據(jù)工程實(shí)際先選擇某一較低等級(jí)的管，判斷是否滿足變形和強(qiáng)度的要求，通過不斷的循環(huán)和試算最終選擇出既安全又經(jīng)濟(jì)的壁厚等級(jí)。
球墨鑄鐵管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以參考以下標(biāo)準(zhǔn)：一是ISO國際標(biāo)準(zhǔn)《球墨鑄鐵管設(shè)計(jì)方法》，二是《水利水電工程球墨鑄鐵管道技術(shù)導(dǎo)則》，三是《排水球墨鑄鐵管道工程技術(shù)規(guī)程》。李华成提到，前兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)使用起來方便簡單，第三個(gè)則相對(duì)復(fù)雜些。
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級(jí)管在國際上已經(jīng)普遍開始采用了，未來也會(huì)成為主流。ISO2531-2009《輸水用球墨鑄鐵管、管件和附件》取消了K級(jí)管，僅采用了C級(jí)管。經(jīng)過十幾年的推廣和使用，國外球墨鑄鐵管工程以C級(jí)管為主。GB/T 13295-2019《水及燃?xì)庥们蚰T鐵管、管件和附件》在未來的發(fā)展中也會(huì)順從國際發(fā)展趨勢，采用了C級(jí)管，取消了K級(jí)管。
李华成介紹了C級(jí)管的一些注意事項(xiàng)。C級(jí)管壁厚的鋅涂層應(yīng)不低于200g/m2，這樣管子變薄了，但是防腐效果會(huì)增強(qiáng)。球墨鑄鐵管應(yīng)采用專用工具起吊，裝卸時(shí)應(yīng)輕吊輕放，在倒運(yùn)、運(yùn)輸時(shí)應(yīng)墊穩(wěn)、墊牢，不得相互撞擊，以免對(duì)管子及外防護(hù)涂層造成損壞。吊運(yùn)時(shí)應(yīng)使用專用吊鉤。應(yīng)使用掛膠鉤或在吊鉤外包橡膠皮等，達(dá)到保護(hù)水泥內(nèi)襯層和外防腐鋅層及外漆膜不受破壞的目的。另外，溝槽內(nèi)木塊和垃圾，磚、石及其它帶有棱角的堅(jiān)硬雜物應(yīng)清除干凈。
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。
