大口徑塑料排水排污管
時間:2005-07-04
隨著大口徑塑料管材生產技術的不斷發展，國家有關部門相繼制定有關淘汰落后產品、推廣使用新型環保產品的產業政策，我國市政工程中新型塑料管材的應用發展非常迅速。同時，我國政府越來越重視環境保護和環境治理問題，尤其是水資源的治理問題。這就預示著國內存在一個巨大的塑料埋地排水排污管道消費市場。
國內外大口徑塑料埋地排水排污管概況
發達國家塑料管應用量最大的領域是室外埋地排水排污管。據歐洲97年的調查，塑料管總用量226.4萬噸中用于排水排污的為127.4萬噸，占到56.2%，這是因為現代化的國家需要建設一個龐大的遍布城鄉的排水排污管道系統，不僅生活排水、工業排水要進入這個管系，另外更多的雨水也需要通過這個排水系統收集處理和輸送。
我國過去在埋地排水領域應用塑料管較為落后，原因一是我國過去對于環保不夠重視，管系建設投資不足，多用傳統的平接口水泥管，二是塑料埋地排水排污管的設計施工和驗收需要全新的規范，我國過去研究應用經驗不足，一直沒有制定，因此，前幾年有幾家企業引進進口生產線后，難以打開市場，只停留在做個別試驗工程的階段。近幾年來我國塑料埋地排水排污管市場開始起步，國家級的設計施工工程已陸續報批，塑料埋地排水排污管已成為新的投資熱點，而大口徑結構壁管更成為其中的首選。
結構壁管依據歐洲標準草案PrEN13476，可分為A型管和B型管，A型管具有平滑的內外表面，可分為A1型和A2型兩種，A1型管壁為多層結構或軸向中空，如PVC芯層發泡管；A2型管壁為螺旋或徑向中空，如韓國中空壁纏繞管。B型管具有平滑的內表面，實芯或中空的螺旋或環形肋的外表面，如雙壁波紋管，聚乙烯纏繞增強管（克拉管）。
結構壁管的生產工藝有直接擠出和纏繞成型兩大類，直接擠出的結構壁管又有雙壁波紋管和環形肋管兩種，管材優點是整體性好，重量輕，且產量高，連接方便可靠，但設備投資較大，纏繞成型的結構壁管優點是可以生產較大口徑的管材，但熔接縫較長，熔接可靠性難以控制和測量，每米重量較高，生產效率低。由于上述原因，雙壁波紋管的應用和發展速度要遠大于纏繞成型的管材。
大口徑埋地排水排污管應用最多的是北歐，其次為法國、奧地利，選擇哪一種類型的結構壁管，要根據各國產業資源和技術要求及城市規劃等條件不同而有所差別。但由于雙壁波紋管的明顯優勢，世界上大多數國家，排水排污管中應用最多的還是雙壁波紋管。我們認為，除非市場需求的管材直徑大到波紋管生產有較大困難，比如直徑超過1200mm，否則纏繞成型的管材因為米重和生產效率的原因，很難與雙壁波紋管競爭。建設部2002年發布的關于《淘汰落后的產品，推廣使用新型建材》的文件中，明確提出，1200mm以下口徑的埋地排水排污管優先選用雙壁波紋管，超過1200mm才推薦使用玻璃夾砂管、聚乙烯纏繞增強管和雙平壁纏繞管。
大口徑埋地排水排污管生產設備的國內外動態
纏繞成型的結構壁管生產設備，國外在上個世紀70年代便已推出，而我國某企業1995年參考韓國技術開發了螺旋纏繞成型設備，但市場未能打開。后來，國內引進了德國KRAH公司成套技術和設備，于1999年投產。此后，國內又有2家企業相繼引進了KRAH公司的技術，逐步占領了超大口徑管材的市場。近年來，韓國一些公司積極向我國推薦一種雙平壁纏繞管生產線，由于雙平壁纏繞管設備簡單，投資資金省，我國部分塑機生產企業，紛紛仿造了雙平壁纏繞管生產線，但由于這種管材本身的諸多缺點，雙平壁纏繞管生產企業的情況并不樂觀，1200mm以下競爭不過雙壁波紋管，1200mm以上管徑競爭不過克拉管，許多生產企業面臨著很大的市場壓力。
直接擠出成型的雙壁波紋管生產線分為PE和PVC兩種，PVC雙壁波紋管生產線，其中 PVC由于材料特性的原因，管材的口徑和波峰高度都受到了限制。國外生產雙壁波紋管設備的企業主要有：科瑪、尤尼克、赫格勒、德羅斯馬赫、富朗克斯等，國內第一條PE雙壁波紋管是在1997年山西塑料總廠引進的科瑪公司生產線（口徑500mm）安徽國風也相繼引進了尤尼克、科瑪的PE雙壁波紋管生產線。后來又有幾條進口生產線被引進，但生產能力遠遠不能滿足我國市場的需求，且國外進口設備價格昂貴，使投資回報率大大降低。最近二、三年，國內一些有實力的塑機企業已經開始了大口徑雙壁波紋管生產線的研究開發。這些企業在借鑒吸收國外先進生產設備的基礎上，通過技術攻關，對比國外各種設備的優缺點，利用優勢互補，成功推出了具有國際先進水平的大口徑雙壁波紋管生產線。濰坊中云機器公司已向市場成功地推出了十幾條生產線，獲得了市場的廣泛認可。目前，直徑達1200mm的雙壁波紋管生產線正在開發之中。如果這一技術取得成功，將更大的促進國內雙壁波紋管的應用。目前在世界范圍內，真正能生產800mm以上的雙壁波紋管生產線的廠家也不過二、三家。
選購大口徑塑料埋地排水排污管生產設備要注意的幾個問題
由于國內存在的巨大的排水排污塑料管的市場，導致對塑料排水排污管道的需求巨增，國內已有多家具有相當實力的塑膠公司和上市公司紛紛涉足這一在塑料消費量中份量巨大的市場。在市場經濟環境下，如何使用自己的產品更具有競爭力，獲得更大的市場份額，是所有已經涉足和將要涉足大口徑塑料埋地排水排污管材生產的企業最關心的問題。
要使產品具有競爭力，首要的工作是降低產品的成本。所有已經從事塑料管材生產的企業都清楚，塑料管材生產中原材料成本占據了管材生產總成本的75～85%左右， 雙壁波紋管之所以得到比其它形式的埋地排水排污管更大更快的發展，更廣泛的工程應用，除了產品性能，生產效率之外，一個最重要的因素，就是雙壁波紋管這種管壁結構使其與其它管壁結構的塑料埋地排水排污管相比，可以做到同樣環剛度下，單位米重更輕，即滿足一個工程需要的原料更少，自然成本就更低，與其它管壁結構的塑料管材在競爭時，就會占有極大的成本優勢。這也正是為什么一些有實力的廠家要花費數百萬元乃至數千萬元做雙壁波紋管項目，而不是選擇花費數十萬元去做中空壁纏繞管產品的一個最根本的原因。因為除產品性能、生產效率這二個因素外，即使雙壁波紋管生產線的設備投資要遠高于中空壁纏繞管設備投資，但分攤到每米管材當中，設備投資的成本與管材總成本相比，幾乎可以忽略不計。
眾所周知，在雙壁波紋管的生產中，管材的一個重要指標是環剛度。采用相同的原料，生產相同直徑的雙壁波紋管時，波峰結構是否科學合理，直接決定了環剛度的高低，換句話說，即可在環剛度相同時獲得更輕的米重。當然管材的環剛度也不是越大越好，究竟一個工程是使用SN4，還是SN8的環剛度的管材，這要由市政設計部門根據塑料管材的工作原理，施工條件，管材的埋深，回填層的密實度以及管材鋪設完成后，所受的負載（動負載還是靜負載）等多個因素，然后按照有關設計標準和規范，選擇一個合適的環剛度值。作為雙壁波紋管生產企業，這就要考慮一個問題：如何使管材在保證環剛度的前提下，盡可能降低管材的單位米重，也即降低成本？所以，具有市場競爭力的雙壁波紋管，一定要有科學合理的波峰，這樣則用料越少，單位米重也越小，成本就越低。所以，欲涉足雙壁波紋管生產的廠家，在選擇生產設備時，一定要注意比較各個生產設備廠家提供的管材波峰形狀，即波峰不但要有足夠的高度來保證高環剛度，還要有足夠的寬度來保證降低成本。
科學的管壁結構是生產高質量，低成本的雙壁波紋管的基礎，最終要靠先進可靠的生產設備來實現管材的生產。不管是進口雙壁波紋管生產線，還是國產雙壁波紋管生產線，基本都由下列幾部分構成：擠出系統、波紋成型系統、冷卻系統、切割及下料系統和生產線控制系統。在這幾大部分當中，波紋成型系統和生產線的控制系統是整個生產線的核心組成部分，欲涉足雙壁波紋管生產的廠家應格外留意。
要進行高質量的雙壁波紋管的生產，波紋成型系統起著至關重要的作用，所有生產雙壁波紋管的關鍵技術也集中于此。波紋成型系統細分可分為波紋成型機、波紋成型模塊、擠出模頭和冷卻定型三大部分。先看波紋成型機，波紋成型機的作用是使安裝在其上面的波紋成型模塊連續穩定的運行，并且提供波紋成型所必須的抽真空功能和冷卻功能。正如前面所述，因為高環剛度、低成本的雙壁波紋管必然要求既高又寬的波峰形狀，而目前國內基本上采用“內正壓、外負壓”的波紋成型方法，即雙壁波紋管的外壁是靠壓縮空氣和真空吸附的雙重作用成型波紋狀的。要使波紋成型模塊在成型上連續穩定的運行，成型機的模塊運行軌道設計尤為重要，優秀的波紋成型機模塊運行軌道設計可大大提高機器的使用壽命，而軌道設計的優劣雖無法直觀地看出，但卻可以通過成型機模塊運行的驅動電機的功率大小間接的反映出來。優秀的軌道設計應該是摩擦力很小。摩擦力越小，磨損就越低，壽命就越長。因為摩擦力越小，波紋成型機的驅動電機功率越小，所以，判斷成型機的模塊運行軌道設計是否合理，只需看一下驅動模塊運行的電機功率即知。在雙壁波紋管的生產中，波紋成型模塊也起著至關重要的作用，一是由于波紋成型模塊直接決定波峰形狀，二是由于波紋成型模塊的制造工藝直接影響管材質量，目前，用于大口徑波紋管生產的模塊基本上都是鋁合金材質的，先鑄造成型，然后進行機械加工。好的波紋成型模塊應該具有足夠好的強度，以及良好的散熱性，因為熔融的塑料必須在形成持定形狀之后，迅速定型，這就要求波紋成型模塊的材質具有良好的散熱性，從而將塑料釋放出的熱量及時帶走。機頭冷卻系統的作用也是將管材定型，它的工作要求應該是強度高，散熱快。銅質的冷卻芯棒的傳熱系數高，但銅的強度和鋼度差；不銹鋼的強度高，鋼度好，但它的傳熱系數小。所以，最理想的冷卻定型材料應該是與波紋成型模塊同樣材質的鋁合金。
生產雙壁波紋管的模頭由于工藝原因，與生產實壁管的模頭有很大的不同。生產波紋管時，一方面要求模頭是雙層流道結構，另一方面，由于波紋成型模塊回轉半徑的限制要求模頭的長度很長。由于模頭是雙層流道結構，每層流道的厚度與生產實壁管的模頭相比較薄，而且模頭的溫度和內部壓力很高，所以對模頭材質的要求較高，理想的材質應該是與擠出機的機筒、螺桿使用同樣的材質——38CrMoALA，經過氮化處理后，精度高，強度高，穩定性好，價格雖高，但使用可靠，能確保管材的產品質量。
要使用生產線的各個組成部分有機的聯系起來，一套先進可靠的控制系統必不可少。目前，國內外大多數設備生產廠家都采用了PLC可編程邏輯控制器，作為生產線的控制系統，使用自動化程度和控制精度有了很大的提高。有些廠家更是采用了最新PCC智能控制系統，它與PLC控制系統相比，在配置上多了一臺工業PC，從控制結構上講，由PC作為中央控制器，通過多個PLC控制器來控制整條生產線的各個部分，從而使其具有能從各個PLC控制器收集并處理數據的智能功能，而且PCC智能控制系統的人機界面采用大尺寸彩色觸摸屏，極大地方便了操作使用和生產線監控。
雙壁波紋管連接方式一般有承插連接，哈夫塊聯接和管件套筒連接幾種常見方式。其中采用承插連接方式時，PE雙壁波紋管的擴口是在線做成的，而不是像PVC雙壁波紋管采用專門的擴口機生產。不論是歐洲標準草案prEN13476，還是我們國家馬上要頒布的PE雙壁波紋管國家標準，都對雙壁波紋管的承口最小厚度有明確要求。以DN/ID500mm為例，二個標準的最小承口壁厚均要大于11.4mm，然而目前不管是國內生產線，還是進口生產線，二層疊加的壁厚也達不到標準的要求。況且現在國內外有些廠家所講的PE雙壁波紋管雙層擴口技術事實證明還不太成熟，主要是雙壁粘接的問題一直沒有解決，并且即使在小口徑（400mm以下）管材上能勉強做出雙層擴口，其成品率也很低。所以，從實際的應用來看，對于密封性要求較高的場合，除采用外固哈夫塊連接方式外，我們認為用套筒管件連接是一個比較好的解決辦法。小口徑管件可用注塑成型，大口徑管件可用吹塑成型。
當然，對于一條雙壁波紋管生產線的其他組成部分，例如擠出系統、切割和下料系統也應與上述關鍵設備相匹配。這樣才能穩定、連續、可靠地使設備運行，又不至于造成浪費。就擠出系統而言，目前，生產800mm口徑的雙壁波紋管生產線配置的擠出機、在中等口徑范圍（200～800mm），一般配置一臺90/30單螺桿擠出機、一臺120/30單螺桿擠出機較為合適，而不必一味追求較大直徑的擠出機，從而避免造成能耗過高。同等機型，國外進口設備甚至配置一臺75/30擠出機，一臺90/30擠出機、直徑更小。決定波紋管產量的關鍵關不在擠出機的排量，而是決定于波紋成型系統的波紋成型效率。
