大口径塑料排水排污管
时间:2005-07-04
随着大口径塑料管材生产技术的不断发展，国家有关部门相继制定有关淘汰落后产品、推广使用新型环保产品的产业政策，我国市政工程中新型塑料管材的应用发展非常迅速。同时，我国政府越来越重视环境保护和环境治理问题，尤其是水资源的治理问题。这就预示着国内存在一个巨大的塑料埋地排水排污管道消费市场。
国内外大口径塑料埋地排水排污管概况
发达国家塑料管应用量最大的领域是室外埋地排水排污管。据欧洲97年的调查，塑料管总用量226.4万吨中用于排水排污的为127.4万吨，占到56.2%，这是因为现代化的国家需要建设一个庞大的遍布城乡的排水排污管道系统，不仅生活排水、工业排水要进入这个管系，另外更多的雨水也需要通过这个排水系统收集处理和输送。
我国过去在埋地排水领域应用塑料管较为落后，原因一是我国过去对于环保不够重视，管系建设投资不足，多用传统的平接口水泥管，二是塑料埋地排水排污管的设计施工和验收需要全新的规范，我国过去研究应用经验不足，一直没有制定，因此，前几年有几家企业引进进口生产线后，难以打开市场，只停留在做个别试验工程的阶段。近几年来我国塑料埋地排水排污管市场开始起步，国家级的设计施工工程已陆续报批，塑料埋地排水排污管已成为新的投资热点，而大口径结构壁管更成为其中的首选。
结构壁管依据欧洲标准草案PrEN13476，可分为A型管和B型管，A型管具有平滑的内外表面，可分为A1型和A2型两种，A1型管壁为多层结构或轴向中空，如PVC芯层发泡管；A2型管壁为螺旋或径向中空，如韩国中空壁缠绕管。B型管具有平滑的内表面，实芯或中空的螺旋或环形肋的外表面，如双壁波纹管，聚乙烯缠绕增强管（克拉管）。
结构壁管的生产工艺有直接挤出和缠绕成型两大类，直接挤出的结构壁管又有双壁波纹管和环形肋管两种，管材优点是整体性好，重量轻，且产量高，连接方便可靠，但设备投资较大，缠绕成型的结构壁管优点是可以生产较大口径的管材，但熔接缝较长，熔接可靠性难以控制和测量，每米重量较高，生产效率低。由于上述原因，双壁波纹管的应用和发展速度要远大于缠绕成型的管材。
大口径埋地排水排污管应用最多的是北欧，其次为法国、奥地利，选择哪一种类型的结构壁管，要根据各国产业资源和技术要求及城市规划等条件不同而有所差别。但由于双壁波纹管的明显优势，世界上大多数国家，排水排污管中应用最多的还是双壁波纹管。我们认为，除非市场需求的管材直径大到波纹管生产有较大困难，比如直径超过1200mm，否则缠绕成型的管材因为米重和生产效率的原因，很难与双壁波纹管竞争。建设部2002年发布的关于《淘汰落后的产品，推广使用新型建材》的文件中，明确提出，1200mm以下口径的埋地排水排污管优先选用双壁波纹管，超过1200mm才推荐使用玻璃夹砂管、聚乙烯缠绕增强管和双平壁缠绕管。
大口径埋地排水排污管生产设备的国内外动态
缠绕成型的结构壁管生产设备，国外在上个世纪70年代便已推出，而我国某企业1995年参考韩国技术开发了螺旋缠绕成型设备，但市场未能打开。后来，国内引进了德国KRAH公司成套技术和设备，于1999年投产。此后，国内又有2家企业相继引进了KRAH公司的技术，逐步占领了超大口径管材的市场。近年来，韩国一些公司积极向我国推荐一种双平壁缠绕管生产线，由于双平壁缠绕管设备简单，投资资金省，我国部分塑机生产企业，纷纷仿造了双平壁缠绕管生产线，但由于这种管材本身的诸多缺点，双平壁缠绕管生产企业的情况并不乐观，1200mm以下竞争不过双壁波纹管，1200mm以上管径竞争不过克拉管，许多生产企业面临着很大的市场压力。
直接挤出成型的双壁波纹管生产线分为PE和PVC两种，PVC双壁波纹管生产线，其中 PVC由于材料特性的原因，管材的口径和波峰高度都受到了限制。国外生产双壁波纹管设备的企业主要有：科玛、尤尼克、赫格勒、德罗斯马赫、富朗克斯等，国内第一条PE双壁波纹管是在1997年山西塑料总厂引进的科玛公司生产线（口径500mm）安徽国风也相继引进了尤尼克、科玛的PE双壁波纹管生产线。后来又有几条进口生产线被引进，但生产能力远远不能满足我国市场的需求，且国外进口设备价格昂贵，使投资回报率大大降低。最近二、三年，国内一些有实力的塑机企业已经开始了大口径双壁波纹管生产线的研究开发。这些企业在借鉴吸收国外先进生产设备的基础上，通过技术攻关，对比国外各种设备的优缺点，利用优势互补，成功推出了具有国际先进水平的大口径双壁波纹管生产线。潍坊中云机器公司已向市场成功地推出了十几条生产线，获得了市场的广泛认可。目前，直径达1200mm的双壁波纹管生产线正在开发之中。如果这一技术取得成功，将更大的促进国内双壁波纹管的应用。目前在世界范围内，真正能生产800mm以上的双壁波纹管生产线的厂家也不过二、三家。
选购大口径塑料埋地排水排污管生产设备要注意的几个问题
由于国内存在的巨大的排水排污塑料管的市场，导致对塑料排水排污管道的需求巨增，国内已有多家具有相当实力的塑胶公司和上市公司纷纷涉足这一在塑料消费量中份量巨大的市场。在市场经济环境下，如何使用自己的产品更具有竞争力，获得更大的市场份额，是所有已经涉足和将要涉足大口径塑料埋地排水排污管材生产的企业最关心的问题。
要使产品具有竞争力，首要的工作是降低产品的成本。所有已经从事塑料管材生产的企业都清楚，塑料管材生产中原材料成本占据了管材生产总成本的75～85%左右， 双壁波纹管之所以得到比其它形式的埋地排水排污管更大更快的发展，更广泛的工程应用，除了产品性能，生产效率之外，一个最重要的因素，就是双壁波纹管这种管壁结构使其与其它管壁结构的塑料埋地排水排污管相比，可以做到同样环刚度下，单位米重更轻，即满足一个工程需要的原料更少，自然成本就更低，与其它管壁结构的塑料管材在竞争时，就会占有极大的成本优势。这也正是为什么一些有实力的厂家要花费数百万元乃至数千万元做双壁波纹管项目，而不是选择花费数十万元去做中空壁缠绕管产品的一个最根本的原因。因为除产品性能、生产效率这二个因素外，即使双壁波纹管生产线的设备投资要远高于中空壁缠绕管设备投资，但分摊到每米管材当中，设备投资的成本与管材总成本相比，几乎可以忽略不计。
众所周知，在双壁波纹管的生产中，管材的一个重要指标是环刚度。采用相同的原料，生产相同直径的双壁波纹管时，波峰结构是否科学合理，直接决定了环刚度的高低，换句话说，即可在环刚度相同时获得更轻的米重。当然管材的环刚度也不是越大越好，究竟一个工程是使用SN4，还是SN8的环刚度的管材，这要由市政设计部门根据塑料管材的工作原理，施工条件，管材的埋深，回填层的密实度以及管材铺设完成后，所受的负载（动负载还是静负载）等多个因素，然后按照有关设计标准和规范，选择一个合适的环刚度值。作为双壁波纹管生产企业，这就要考虑一个问题：如何使管材在保证环刚度的前提下，尽可能降低管材的单位米重，也即降低成本？所以，具有市场竞争力的双壁波纹管，一定要有科学合理的波峰，这样则用料越少，单位米重也越小，成本就越低。所以，欲涉足双壁波纹管生产的厂家，在选择生产设备时，一定要注意比较各个生产设备厂家提供的管材波峰形状，即波峰不但要有足够的高度来保证高环刚度，还要有足够的宽度来保证降低成本。
科学的管壁结构是生产高质量，低成本的双壁波纹管的基础，最终要靠先进可靠的生产设备来实现管材的生产。不管是进口双壁波纹管生产线，还是国产双壁波纹管生产线，基本都由下列几部分构成：挤出系统、波纹成型系统、冷却系统、切割及下料系统和生产线控制系统。在这几大部分当中，波纹成型系统和生产线的控制系统是整个生产线的核心组成部分，欲涉足双壁波纹管生产的厂家应格外留意。
要进行高质量的双壁波纹管的生产，波纹成型系统起着至关重要的作用，所有生产双壁波纹管的关键技术也集中于此。波纹成型系统细分可分为波纹成型机、波纹成型模块、挤出模头和冷却定型三大部分。先看波纹成型机，波纹成型机的作用是使安装在其上面的波纹成型模块连续稳定的运行，并且提供波纹成型所必须的抽真空功能和冷却功能。正如前面所述，因为高环刚度、低成本的双壁波纹管必然要求既高又宽的波峰形状，而目前国内基本上采用“内正压、外负压”的波纹成型方法，即双壁波纹管的外壁是靠压缩空气和真空吸附的双重作用成型波纹状的。要使波纹成型模块在成型上连续稳定的运行，成型机的模块运行轨道设计尤为重要，优秀的波纹成型机模块运行轨道设计可大大提高机器的使用寿命，而轨道设计的优劣虽无法直观地看出，但却可以通过成型机模块运行的驱动电机的功率大小间接的反映出来。优秀的轨道设计应该是摩擦力很小。摩擦力越小，磨损就越低，寿命就越长。因为摩擦力越小，波纹成型机的驱动电机功率越小，所以，判断成型机的模块运行轨道设计是否合理，只需看一下驱动模块运行的电机功率即知。在双壁波纹管的生产中，波纹成型模块也起着至关重要的作用，一是由于波纹成型模块直接决定波峰形状，二是由于波纹成型模块的制造工艺直接影响管材质量，目前，用于大口径波纹管生产的模块基本上都是铝合金材质的，先铸造成型，然后进行机械加工。好的波纹成型模块应该具有足够好的强度，以及良好的散热性，因为熔融的塑料必须在形成持定形状之后，迅速定型，这就要求波纹成型模块的材质具有良好的散热性，从而将塑料释放出的热量及时带走。机头冷却系统的作用也是将管材定型，它的工作要求应该是强度高，散热快。铜质的冷却芯棒的传热系数高，但铜的强度和钢度差；不锈钢的强度高，钢度好，但它的传热系数小。所以，最理想的冷却定型材料应该是与波纹成型模块同样材质的铝合金。
生产双壁波纹管的模头由于工艺原因，与生产实壁管的模头有很大的不同。生产波纹管时，一方面要求模头是双层流道结构，另一方面，由于波纹成型模块回转半径的限制要求模头的长度很长。由于模头是双层流道结构，每层流道的厚度与生产实壁管的模头相比较薄，而且模头的温度和内部压力很高，所以对模头材质的要求较高，理想的材质应该是与挤出机的机筒、螺杆使用同样的材质——38CrMoALA，经过氮化处理后，精度高，强度高，稳定性好，价格虽高，但使用可靠，能确保管材的产品质量。
要使用生产线的各个组成部分有机的联系起来，一套先进可靠的控制系统必不可少。目前，国内外大多数设备生产厂家都采用了PLC可编程逻辑控制器，作为生产线的控制系统，使用自动化程度和控制精度有了很大的提高。有些厂家更是采用了最新PCC智能控制系统，它与PLC控制系统相比，在配置上多了一台工业PC，从控制结构上讲，由PC作为中央控制器，通过多个PLC控制器来控制整条生产线的各个部分，从而使其具有能从各个PLC控制器收集并处理数据的智能功能，而且PCC智能控制系统的人机界面采用大尺寸彩色触摸屏，极大地方便了操作使用和生产线监控。
双壁波纹管连接方式一般有承插连接，哈夫块联接和管件套筒连接几种常见方式。其中采用承插连接方式时，PE双壁波纹管的扩口是在线做成的，而不是像PVC双壁波纹管采用专门的扩口机生产。不论是欧洲标准草案prEN13476，还是我们国家马上要颁布的PE双壁波纹管国家标准，都对双壁波纹管的承口最小厚度有明确要求。以DN/ID500mm为例，二个标准的最小承口壁厚均要大于11.4mm，然而目前不管是国内生产线，还是进口生产线，二层叠加的壁厚也达不到标准的要求。况且现在国内外有些厂家所讲的PE双壁波纹管双层扩口技术事实证明还不太成熟，主要是双壁粘接的问题一直没有解决，并且即使在小口径（400mm以下）管材上能勉强做出双层扩口，其成品率也很低。所以，从实际的应用来看，对于密封性要求较高的场合，除采用外固哈夫块连接方式外，我们认为用套筒管件连接是一个比较好的解决办法。小口径管件可用注塑成型，大口径管件可用吹塑成型。
当然，对于一条双壁波纹管生产线的其他组成部分，例如挤出系统、切割和下料系统也应与上述关键设备相匹配。这样才能稳定、连续、可靠地使设备运行，又不至于造成浪费。就挤出系统而言，目前，生产800mm口径的双壁波纹管生产线配置的挤出机、在中等口径范围（200～800mm），一般配置一台90/30单螺杆挤出机、一台120/30单螺杆挤出机较为合适，而不必一味追求较大直径的挤出机，从而避免造成能耗过高。同等机型，国外进口设备甚至配置一台75/30挤出机，一台90/30挤出机、直径更小。决定波纹管产量的关键关不在挤出机的排量，而是决定于波纹成型系统的波纹成型效率。
