中國PCCP發(fā)展現(xiàn)狀和存在的問題及對策(上篇)
文章根據(jù)孟晉忠先生2023年7月25日在中國水利學會組織的“PCCP管線安全提升學術(shù)沙龍”上所作主題報告整理,經(jīng)作者本人2024年8月審核并局部修改定稿,作者同意在本號上發(fā)表以供技術(shù)交流之用。
全文共分四部分,分三篇刊登:
上篇:一、中國PCCP發(fā)展現(xiàn)狀;
中篇:二、PCCP發(fā)展中存在的問題;
下篇:三、針對存在問題的對策;四、PCCP工程常見問題及處理。
歡迎讀者閱讀。
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中國PCCP發(fā)展現(xiàn)狀、存在的問題及對策
(本期閱讀時間大約10分鐘)
PCCP在國內(nèi)的發(fā)展應(yīng)用從幾方面來看:管材應(yīng)用數(shù)量;管材質(zhì)量;建立健全相關(guān)標準體系;引調(diào)水工程管材選擇;PCCP輸水安全可靠性。
從管材應(yīng)用數(shù)量看
我國大陸于1989年引進PCCP生產(chǎn)技術(shù)和部分設(shè)備(臺灣省1968年引進),至今已35年(編者:截止2024年),發(fā)展狀況總體良好。
截止2023年底,PCCP總里程數(shù)約27200km,折合DN1600標準管約40700 km(根據(jù)中國混凝土與水泥制品協(xié)會統(tǒng)計數(shù)據(jù))(編者:主題報告數(shù)據(jù)加上CCPA發(fā)布的2023年P(guān)CCP產(chǎn)量十強企業(yè)數(shù)據(jù)),總長度僅次于美國,但大口徑管道多于美國,成為全球PCCP應(yīng)用最廣泛的國家。
主要用于南水北調(diào)中線干線工程、河南省、河北省南水北調(diào)配套工程、淮水北調(diào)工程、引江濟淮工程、遼寧大伙房二期、遼西北供水、吉林中部城市供水、內(nèi)蒙引綽濟遼、新疆引額濟烏 、哈爾濱磨盤山輸水、山西萬家寨引黃、廣州西江引水等大中型引調(diào)水工程。
PCCP無疑是大中型引調(diào)水輸水工程應(yīng)用數(shù)量最多、口徑最大、應(yīng)用最廣的管材。
從管材質(zhì)量看
美國最早建設(shè)的一項PCCP供水工程已有80余年(1943年)。
我國的PCCP生產(chǎn)質(zhì)量總體是好的,前面介紹的我國大型引調(diào)水工程運行情況都很正常。
遼寧大伙房二期PCCP輸水工程、新疆引額濟烏、哈爾濱磨盤山輸水一期等工程都正常運行超過15年;
廣州西江引水DN3600 PCCP輸水工程正常運行也超過13年。
山西省萬家寨引黃工程DN3000 PCCP 2002年建成投入運行,已不間斷供水20多年,從未發(fā)生過任何質(zhì)量問題。
引黃工程只有一次被高速公路勘察鉆孔110mm,一次被輸氣管道施工用水平定向鉆打穿230mm孔,均采取低壓、小流量供水帶水封堵。這里要說明的是鉆孔處高強鋼絲和鋼筒鋼板均如新的一樣。

2008年被某單位鉆探誤操作鉆穿的引黃工程PCCP Φ110鉆孔圖片
上世紀,國內(nèi)設(shè)計、原材料質(zhì)量控制、制管工藝、檢驗等無相關(guān)標準,質(zhì)量控制不夠嚴格,PCCP管材也主要應(yīng)用于電廠水循環(huán)系統(tǒng)。
2000年之后,從山西萬家寨引黃工程首次將大口徑PCCP應(yīng)用于大型輸水工程,在國內(nèi)首次對高強鋼絲提出了嚴格的質(zhì)量控制標準(增加了鋼絲抗扭轉(zhuǎn)試驗、氫脆敏感性應(yīng)力腐蝕試驗),采用低堿水泥、控制鋁酸三鈣含量,控制水泥砂漿保護層含水率,纏絲應(yīng)力控制在70%,纏絲應(yīng)力波動值降低到±5%;首次用配件代替鋼管;同時也嚴格了安裝和管溝回填質(zhì)量控制。引黃工程不間斷供水20多年未出現(xiàn)質(zhì)量問題,證明當時的選擇是正確的。
引黃工程施工期間,美國和加拿大咨詢專家評價引黃工程的PCCP質(zhì)量已達到國際一流水平。
之后,在哈爾濱磨盤山輸水一期、南水北調(diào)中線干線京石段應(yīng)急供水、引額濟烏、遼寧大伙房二期等大中型引調(diào)水工程中也相繼得到應(yīng)用。
隨著PCCP的廣泛應(yīng)用,國內(nèi)相關(guān)標準也相繼出臺,很多重要工程對制管原材料、制作工藝、檢驗標準的要求也更加嚴格,近期正在實施的環(huán)北部灣廣東水資源配置工程對高強鋼絲從鋼材盤條開始到拔絲全過程提出了更高要求,是全球最嚴格的。
所以說,PCCP的質(zhì)量總體向好,而且會越來越好,行業(yè)發(fā)展基本健康。
管材質(zhì)量會越來越好主要體現(xiàn)在以下幾方面:
(a)原材料標準更嚴格,特別是PCCP的核心材料鋼絲;
(b)研究水泥砂漿保護層的替代品;
(c)國內(nèi)前幾名的制管企業(yè)工廠內(nèi)實現(xiàn)了全過程數(shù)字化管理;
(d)PCCP植入芯片,可從工廠全過程控制延伸至運行管理。
(e)PCCP供水工程安全性進一步提高:安全監(jiān)測系統(tǒng)正逐步在推廣應(yīng)用;壓實設(shè)備的改進提高了管溝回填壓實質(zhì)量。
從建立健全相關(guān)標準體系看
預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管(PCCP)北美地區(qū)設(shè)計、制作(含配件)、安裝主要遵循ANSI/AWWA C301、ANSI/AWWA C304、ANSI/AWWA M9這三個標準(相關(guān)的原材料、檢測、試驗標準除外)。
我國于1989年引進PCCP以來,從無標準、到標準體系基本健全。
制作標準
2000年以前,PCCP標準管制作標準只有建材行業(yè)的JC 625, 2005年頒布了《預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管》GB/T19685,基本上等同于《預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管》ANSI/AWWA C301。
設(shè)計標準
(a)標準管設(shè)計
《預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管道技術(shù)規(guī)范》(SL702)(設(shè)計等同采用ANSI/AWWA C304)
《給水排水工程埋地預(yù)應(yīng)力混凝土管和預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管管道結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程》 CSCE 140
《給水排水工程管道結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB/T 50332
(b)管配件設(shè)計
《水利水電工程壓力鋼管設(shè)計規(guī)范》SL 281
《給水排水工程埋地鋼管管道結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程》CECS 141
《安裝手冊》 ANSI/AWWA M9、M11
以上標準涵蓋了管材結(jié)構(gòu)設(shè)計、制管原材料、管材制作、檢驗等全過程,這些相關(guān)標準的進一步健全、完善,為規(guī)范行業(yè)的正常發(fā)展起到了保駕護航的作用。
從中國混凝土與水泥制品協(xié)會統(tǒng)計資料看,PCCP在國內(nèi)大口徑引調(diào)水工程中的應(yīng)用最廣。當然這不等于所有引調(diào)水工程中PCCP就是首選管材。
引調(diào)水工程管材選擇
本人在參加的國內(nèi)一些引調(diào)水工程審查、咨詢中,發(fā)現(xiàn):
(1)管材選擇不合理導(dǎo)致工程費用高、運行不安全等方面的教訓(xùn)很多;
(2)技術(shù)人員在管材比選中對不同管材的優(yōu)缺點描述不客觀,有明顯的傾向性。
所以有必要和大家探討一下各種管材及其優(yōu)缺點。
引調(diào)水工程常用的管材有:
預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管(PCCP)
球墨鑄鐵管(DIP)
鋼管(SP)
預(yù)應(yīng)力混凝土管(PCP)
聚乙烯管PE管
PVC管
玻璃纖維增強塑料夾砂管(FRPM)
玻纖帶增強聚乙烯復(fù)合管(RTP)
等等。
各種管材都有優(yōu)缺點,不存在某種管材好差之分。要看使用條件,管徑、輸送介質(zhì)、工壓、敷設(shè)環(huán)境、覆土深度、溝槽開挖回填材料的物理性能等。
所以設(shè)計選材一定要結(jié)合管徑大小、輸送介質(zhì)、壓力等級、外部荷載、敷設(shè)環(huán)境等條件對各種管材的優(yōu)缺點進行客觀分析,通過輸水可靠性、水頭損失、施工運輸條件、運行管理、經(jīng)濟性等方面綜合比選后確定。
要看哪種管材適合這項工程。
不同管材概況
預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管(PCCP)、預(yù)應(yīng)力混凝土管(PCP)

預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管(PCCP)結(jié)構(gòu)示意圖

預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管(PCCP)




預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管 (PCCP)管件

預(yù)應(yīng)力混凝土管(PCP)
球墨鑄鐵管(DIP)、鋼管(SP)、聚氯乙烯管(PVC管)、玻璃纖維增強塑料夾砂管(FRPM)、聚乙烯管(PE管)、鋼絲網(wǎng)增加聚乙烯復(fù)合管、玻纖帶增強聚乙烯復(fù)合管





球墨鑄鐵管(DIP)
螺紋焊涂塑鋼管(內(nèi)環(huán)氧外PE)








玻璃纖維增強塑料夾砂管(FRPM)




聚乙烯管(PE管)


PE管直管與直管熱熔焊接


PE管開孔管現(xiàn)場制作

鋼絲網(wǎng)增強聚乙烯復(fù)合管結(jié)構(gòu)示意圖


玻纖帶增強聚乙烯復(fù)合管(RTP)結(jié)構(gòu)示意圖
PCCP輸水安全可靠性
PCCP用于大中型引調(diào)水工程是安全可靠的。
美國供水協(xié)會1997年統(tǒng)計數(shù)據(jù),PCCP在北美地區(qū)的失事率為十萬分之七。
我國未見統(tǒng)計數(shù)據(jù),也有少數(shù)工程發(fā)生過爆管事件,爆管原因為多方面的,如:

管材質(zhì)量原因
使用了不合格管材,由于管材質(zhì)量原因發(fā)生爆管的都是幾個規(guī)模小,設(shè)備簡陋、無相關(guān)技術(shù)人員的企業(yè)生產(chǎn)的質(zhì)量不合格的PCCP;

設(shè)計原因
強腐蝕環(huán)境未采取措施、工壓選擇不合理、盲目設(shè)置陰極保護導(dǎo)致過保護造成嚴重斷絲等;

運行管理原因
實際上各種管材都發(fā)生過接頭漏水和爆管,迄今為止,找不出一種未發(fā)生過爆管的管材。只是大口徑管材爆管后的影響大,包括供水影響范圍、次生災(zāi)害等,另外,應(yīng)用得多的管材爆管的相對數(shù)量多,按應(yīng)用總量和爆管數(shù)量比較,PCCP爆管率相對較低。




某省×××工程PCCP爆管

某省×××工程DIP接頭漏水

2017年5月某省×××工程DIP爆管


某省地下管道(SP)爆管

×××工程鋼管(SP)焊接接口開裂漏水

國內(nèi)某工程PCP供水管道發(fā)生爆管

某省×××工程PE管接頭漏水


某省×××工程PVC管發(fā)生縱裂


某省×××工程FRPM管發(fā)生爆管


×××工程鋼絲網(wǎng)增強聚乙烯復(fù)合管爆管
從已建PCCP供水管道工程的運行情況看,20多年前制作的管材,只要是合格的管材,都能做到安全可靠地運行。
隨著管材質(zhì)量的全面提升,特別是從原材料控制 、各生產(chǎn)工序的數(shù)字化控制,PCCP管材質(zhì)量會更高、更穩(wěn)定。
隨著管線工程先進監(jiān)測設(shè)備和監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用,采用PCCP作為輸水管材的引調(diào)水工程會更加安全、更可靠。
(未完待續(xù)……。請關(guān)注下期“中國PCCP發(fā)展現(xiàn)狀、存在的問題及對策(中篇))
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