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滾塑排水檢查井技術現狀與發展趨勢

時間: 2018-10-18 10:38:34   點擊:
  隨著我國城鎮化的深入推進和雨污分流改造的持續實施,城市地下排水管網得以快速發展和不斷完善。據統計,目前全國排水管線的年增長速度為10%。根據市政發展速度和配套比例預測:一個50萬人口城市,每年對檢查井的需求在1萬套左右;全國每年新增和改造的排水檢查井數量至少在150萬套以上。此外,根據最新住宅設計要求,廚房污水和衛生間污水須分流設計,也使得污水出戶管數量翻番,所以目前建筑小區污水檢查井的設計數量是以前的3倍以上。每個小區檢查井數量少則上百個、多則上千個。按全國每年新增住宅建筑面積約3.6億平方米的發展速度計算,初步估計每年需排水檢查井250萬套。綜合下來,全國每年僅排水檢查井市場需求在400萬套以上。
 
  塑料排水檢查井因其質量輕、耐腐蝕、強度高、不滲漏、使用壽命長、安裝工期短以及采用工廠化專業制作,產品質量有保證等特點,由它與埋地塑料排水管材組合而成的無滲漏排水管道系統,在市政建設和建筑小區得到了廣泛應用。
 
  一、行業基本情況
 
  1.1國家政策助力行業發展
 
  我國最早研究開發塑料檢查井是在2002年。當時,埋地塑料排水管己在工程中廣泛應用,但排水檢查井仍然采用磚砌井,不僅由于滲漏造成環境污染,而且造成大量耕地破壞,材料加工過程大量耗費自然資源。用塑料檢查井替代磚砌井是解決這一問題的有效途徑。廣大企業家敏銳地認識到塑料檢查井廣闊的發展前景,以敢為天下先的勇氣開始了塑料檢查井的研制開發工作。
 
  國家適時出臺政策,助力塑料檢查井這一新興產業的發展。建設部2007年第659號公告《建設事業“十一五”推廣應用和限制禁止使用技術(第一批)》第128項推廣應用項目規定:塑料排水管道系統應優先采用塑料檢查井。之后,四川、山西、上海、重慶、江西、北京、山東、河北和云南等地建設部門先后出臺排水檢查井嚴禁使用粘土磚,推廣塑料排水檢查井的有關文件。
 
  經過近十年的發展,我國塑料檢查井產品從最初的自主開發、引進和試用,到現在已經具有相當規模,其中小區井已經得到市場廣泛認可,在工程中大量采用;市政井在部分地區開始試用或采用。
 
  1.2塑料檢查井行業現狀
 
  目前我國塑料檢查井品種主要分為直壁井、收口井和管件井,一般采用分離式結構形式,并由井座、井筒、收口錐體、伸縮節、塑料井蓋和防護井蓋等組成,市政井還需要增加止水環、擋圈、承壓圈、防護蓋座等附件,各組件之間一般為柔性連接,需要有較好的密封性能。井底分為有流槽、無流槽和帶沉泥室等三種形式。加工工藝主要有一次注塑成型工藝、旋轉成型工藝、螺旋纏繞工藝、壓鑄成型工藝、焊接成型工藝、預制拼裝工藝等。據不完全統計,截止到2014年中期,中國塑料檢查井生產企業已達200家左右,年總生產能力:建筑小區塑料排水檢查井約200萬只,市政塑料排水檢查井約25萬只,部分企業還在為上這個項目進行積極地準備。
 
  國內塑料檢查井按照用途主要分為兩類:
 
  建筑小區井主要用于居住區、公共建筑區和和廠區范圍內的道路、綠地以及建筑物周圍,直徑一般不超過800mm,埋深不超過6000mm,且不提供人員下井操作的空間。這類產品歐洲將其定義為淺井或排水管道輔件,其終端在地面,可以讓清潔,檢查和測試設備進入和去除雜物,但不提供人員的進入通道,井筒內徑小于800mm,一般埋深不超過1250mm,這一點也是歐洲標準與國內標準的主要區別。
 
  市政井主要用于市政道路、公共建筑區、居住區、廠區等城市機動車道周圍以及車輛交通區域,直徑最大1.2m,埋深不超過7m,可以提供人員下井操作的空間。這類產品歐洲將其定義為交通區的和深埋的人孔井。埋深一般不超過6m,主要用于建筑結構外人行道或車輛交通區域。
 
  1.3塑料檢查井市場前景
 
  黨的十八大以后,浙江省委省政府作出了“五水共治”的決策,亦即:治污水、防洪水、排澇水、保供水、抓節水,并明確提出,要以治水為突破口推進城鎮建設的轉型升級。該項目計劃從2014年開始,在今后3年內由四級政府共出資700億元,集中解決城鎮和鄉村的“五水”問題。目前,浙江省各地縣已經因地制宜,制定了具體方案,正在如火如荼的實施這一龐大工程。廣大塑料檢查井生產企業抓住這一機遇,將近年來積累的產能和技術能力集中釋放,紛紛在各工程項目中中標,部分名牌產品在一段時間內甚至出現供不應求的局面。塑料檢查井在城市污水管網改造工程中已經展示出不可替代的作用。據了解,我國江蘇、廣東和山東等省市也將出臺類似的水網改造計劃。我國經濟目前正經歷從高速發展期回落到穩定發展期的階段,保增長和環境治理必然是各級政府施政的重要目標之一,相信其他省市在未來5-10年內也會制定類似的計劃或規劃。該計劃的實施將極大推進我國“美麗鄉村”的建設,同時也為我們塑料檢查井企業乃至塑料管道行業提供難得的發展契機。
 
  我國幅員遼闊,各地自然環境和生活習慣差異很大。例如:南方多雨,地下水位較高,而北方干旱少雨,地下水位較低,因此對檢查井的強度要求不同;我國南北方氣溫差異很大,對材料的抗沖擊能力要求區別很大;另外,地區間人口密度和生活習慣都會影響檢查井的選型和使用。面對這一難得的機遇,塑料檢查井企業必須從技術上做好充分的準備。
 
  二、滾塑檢查井技術現狀
 
  2.1滾塑井企業概況
 
  滾塑井的起步雖然晚于注塑井,但由于加工設備和模具投資較少,投資回收期短,項目容易決策,因此其發展速度很快。在不到5年的時間內,滾塑井生產企業雖然規模較小,但數量已經于注塑井企業相當,總的產能和產量也僅次于注塑井而居于第二位。甚至在大型的異型和厚壁的檢查井生產方面以及高寒地區對沖擊性能要求較高的環境下的使用還形成了一定優勢。目前國內普通滾塑井廠家生產315mm到1500mm的檢查井,最大可以生產2400mm的滾塑井。
 
  滾塑檢查井生產鏈主要包括:滾塑設備制造、模具設計和加工以及滾塑檢查井的生產加工等。
 
  2.2滾塑加工設備
 
  目前,國內的滾塑設備日益向大型化發展。從直徑3000型到6500型的穿梭滾塑機和長度15000型搖擺式烘箱滾塑機已經投放市場,在能源方面可使用電、煤、柴油、液化氣或天然氣。隨著人們對成本控制和安全環保等方面意識的提高,采用電磁加熱和生物燃料供熱的滾塑機也開始推廣使用,這種新型的滾塑機可以大大降低能源消耗以及減少對高品質能源的依賴,降低單位加工成本。生產設備的技術進步為我們提供了解決滾塑工藝生產效率較低、能耗較高問題的新的方案。
 
  2.3滾塑加工用樹脂
 
  滾塑檢查井生產用的樹脂,也開始向專業化方向發展。從今年年中召開的全國滾塑專業委員會獲悉,目前已經有企業可以提供滾塑檢查井專用料,該專用料由聚乙烯基礎樹脂經改性而成,在保證較好的流動性情況下提高了材料的剛性,從源頭上保證產品質量。此外,國內樹脂磨粉設備的質量、以及生產效率也取得較大進步,可以滿足滾塑材料的制備。
 
  2.4滾塑加工模具
 
  模具設計是滾塑檢查井制造的核心技術,得到一套比較完整的檢查井規格至少需要60套模具。滾塑檢查井的技術進步也主要體現在模具的創新。國內第一代滾塑井主要是根據國外的樣品進行模仿。因為當時對國外應用條件并不了解,且模具設計加工水平有限,產品結構單一、強度較低,壁厚不均勻;井座采用內插式與支管單層連接,單層受力容易產生變形,只適合埋地很淺、直徑較小的檢查井;此外,井座導流槽不明顯,影響使用功能;模具的拆裝過于復雜,難以適應大規模生產。第二代滾塑井結構得到大幅度改進,增加了導流槽,對加強筋進行了重新設計,克服了滾塑工藝材料密度較低,剛性不足的缺陷;支管采用承口聯接并增加了加強筋,提高了密封性能。但由于產品自身太重,增加了成本,用戶難以接受,且仍然存在模具拆裝過于復雜的問題。目前市場上較為流行的第三代滾塑檢查井在以下幾方面得到了進一步改進:1)支管承口采用雙層結構,增加了強度,不易發生形變;2)上井口、井身和直管承口采用實心結構,且井身加強筋經圓弧過渡,進一步增加了井體的剛性;3)對原材料的配方進行調整,除改善了產品的機械性能外,還可以增加各種著色劑以及增加防霉和抗菌功能;4)參照注塑井的經驗,對加強筋的分布進行重新設計,導流槽的設計也進一步向注塑井靠近;5)1000mm以上檢查井井座帶有收口;6)模具進行人性化設計,拆裝更為快捷便利。
 
  在模具加工制造方面,為了提高加工效率和加工精度,國內已有企業將多用于汽車模具制造的無模成形先進技術,成功移植到檢查井模具制造當中。該方法是一種不需要任何模具卻可以獲得精密幾何尺寸金屬板件的成形方法。具體方法為先將復雜的三維數字模型沿高度方向分層,形成一系列斷面二維數據,并根據這些斷面輪廓數據,從頂層開始逐層對板材進行局部的塑性加工。在計算機控制下,安裝在三軸聯動的數控成形機床上的成形壓頭,先走到模型的頂部設定位置,對板材壓下設定的壓下量,然后按照第一層斷面輪廓,以等高線的方式,對板材施行漸進塑性加工。在模型頂部板材加工面形成第一層輪廓曲面后,成形壓頭再壓下一個設定高度,沿第二層斷面輪廓運動,并形成第二層輪廓曲面,如此重復直到整個工件成形完畢,然后進行焊接拼裝,完成模具制造。
 
  目前國內滾塑檢查井模具制造企業,產業集中度非常高,據了解,僅蘇南一家企業就承擔了國內70%的滾塑井模具設計加工和制造。
 
  2.5滾塑檢查井技術水平
 
  從對滾塑檢查井的測試結果看,目前市面上較好的滾塑井完全可以通過現行建設部標準規定的各項性能指標。對于歐洲標準要求的結構完整性,僅限于我們完成測試的樣品,已有企業通過了水深3000mm(H=3)的真空負壓試驗。滾塑工藝的優點之一是同一套模具,可以通過適當增加供料量增加壁厚,進而提高井座的剛性。從這個意義上來說,滾塑井座完全有能力通過水深更深的結構完整性試驗。由于聚乙烯材料的模量比聚丙烯的模量平均低約30%,且聚乙烯的密度又比聚丙烯高,達到同樣的強度,其厚度和重量自然比聚丙烯材料的注塑井高。但在實際使用當中,由于聚乙烯材料韌性好,在高寒地區安裝和應用具有獨特的優勢。近期又有企業對滾塑模具結構進行了全新的設計,材料采用茂金屬催化劑生產的新型聚乙烯樹脂,加工出來直徑1000mm滾塑井座樣品已經送達我們測試中心進行系統的評價,期望得到滿意的結果。
 
  滾塑和注塑檢查井的主區別是井座的加工工藝不同,對大部分廠家來說,井筒和其他部件大致形同,不再贅述。但市場上確可以見到井筒、井座以及錐體等一次滾塑成型的檢查井。從工藝特點來說,根據具體工程要求,量身定做一次成型的滾塑整體檢查井的方法是可行的,且完全可以避免各組件之間的滲漏,缺點是必須根據訂單制作模具,由于體量太大,耗能高且生產效率較低,綜合成本很高,又難以解決長距離運輸問題,這種方法更適合進行大型儲存和運輸罐體的制作,不太適合檢查井的生產。
 
  在現有技術條件下,從原料、能耗、設備和模具投入、效率和市場需求等各方面綜合評價,注塑井和滾塑井仍然是各有優勢。一般認為,注塑工藝比較適合大批量1000mm以下口徑的檢查井,滾塑井則更適合于中等批量,口徑較大的檢查井,二者將處于競爭中的長期共存,直到某種技術實現質的突破。
 
  三、塑料檢查井標準與規范現狀
 
  3.1塑料檢查井現行標準
 
  對國內塑料檢查井影響最大的標準是CJ/T 233-2006《建筑小區排水用塑料檢查井》和CJ/T 326-2010《市政排水用塑料檢查井》兩個建設部標準。兩個標準的編寫主要參考了歐洲標準BS EN 13598.2-2004《在交通區的和深埋的人孔井和檢查井規范》。
 
  在我國塑料檢查井處于起步階段,對產品理解不深、應用經驗嚴重不足的背景下,積極采用國外先進標準,其思路是完全正確的。這兩個標準的出臺,解決了標準“有”的問題,為促進塑料檢查井的發展起到了非常關鍵的作用。此外,該兩個標準第一次將國外檢查井的大量測試項目和測試方法引進國內,填補了我國檢查井測試技術的空白,這些工作都具有開創性。當然,由于當時的產品水平所限以及測試手段不完備,標準制定存在較大困難并具有一定的局限性。
 
  3.2標準存在的主要問題
 
  最主要的問題是沒有將井座的長期性能評價方法列入標準。井座的長期性能是通過負壓試驗測定井座結構的完整性來評價的。該試驗要求在環境溫度下,在不少于1000h內,不斷記錄流體截面中點的豎直形變和水平形變。將所得時間~變形的數據根據ISO9969進行外推,預測檢查井50年的形變。要求試驗結束后檢查井應不出現裂縫或銀紋,預計50年豎直H的變形小于主排污管外徑的5%,預計50年水平W變形小于主排污管外徑的10%。由此可見,短期負壓試驗代替不了長期性能的預測。
 
  另一個問題是標準對系統性試驗強調不夠。國外標準對井座與井筒,井筒與其它附件如:伸縮節、錐體之間等都分別有較為嚴格的密封性能要求。兩個國內標準這方面要求不嚴,導致部分企業對系統密封性沒有給予應有的重視。
 
  第三個問題是兩個標準間缺乏協調性。歐洲標準主要以埋深分為淺井(不超過1.25m)和人孔井(不超過6m),并分別制定標準。他們的理念是埋的越深,水位越高對井座要求越高,地表部件承受豎向荷載較大。我國小區井標準適用范圍為埋深6m,市政井標準為埋深7m,實際上這一點對井座的性能要求應該是相當的,應該根據水深有統一的測試要求。對于接近地表部分的檢查井部件,應該按照所承受的負載等級分別進行測試。
 
  3.3關于塑料檢查井應用技術規程
 
  2013年建設部的CJJ/T 209-2013《塑料排水檢查井應用技術規程》正式發布。該標準對塑料檢查井的要求除滿足上述建設部兩個標準外,還將歐洲市政井標準BS EN 13598.2-2009的主要性能要求納入其中,特別是增加了井底座穩定性能測試,可以根據不同水深,在實驗室對井座的長期性能做出評價。該標準的實施將逐步消除目前檢查井使用中的最大隱患,也為塑料檢查井下一步的技術改進指出了方向。需要注意的是,根據歐洲標準,水深H不會超過6m,亦即負壓不會超過-0.6bar,建設部的規范較歐洲標準進一步提高了穩定性試驗的負壓條件,是非常難以通過的。
 
  此外,CJJ/T 209-2013提出了井座軸向靜荷載試驗要求。根據該要求,900-1000mm的井座埋深若為5-6m,需要進行190kN,1000h的靜荷載試驗,該項要求十分苛刻!根據我們掌握的情況,目前國內注塑和滾塑井座等主流產品的抗軸向靜荷載能力不會超過100kN。若達到這一要求,塑料檢查井的成本將成倍增加,是生產企業和用戶所不能承受的。換言之,軸向靜荷載要求實際上將塑料檢查井的埋深限制在3m以內,這顯然是業內不愿意看到的。對于這一指標要求,建議進一步進行研究。
 
  四、發展趨勢和建議
 
  4.1盡快制訂科學合理的國家標準
 
  我國塑料檢查井產業已經具有相當規模,應用范圍已經涉及市政、工業和居住區以及村鎮建設等各領域,但行業標準與地方標準、產品標準與應用規程之間的技術要求還不統一,這種現狀是目前造成產品質量參差不齊的重要原因之一,有時候甚至對企業和用戶產生誤導。標準化的現狀和技術水平落后于產品發展速度,急需國家標準出臺。據了解,目前國家標準委和國家標準化協會已經立項或計劃立項編制塑料檢查井標準。塑料檢查井的國際標準為ISO 13272:2001,其內容與歐洲標準相同。鑒于采用國際標準是我國的國策,因此可以預計,所編制的國家標準與目前行業內廣泛認可的歐洲標準BS EN 13598.2-2004的性能要求不會有太大差異,但由于國內實際情況比國外復雜,使用環境更加苛刻,未來國家標準的部分技術指標會略高于國外標準。
 
  目前,國內對塑料檢查井的部分技術指標還存在較大爭議,主要原因是所采用的實驗室測試方法大都從國外引進或根據類似產品的經驗確定,對于能否準確地表征現有產品的性能,缺乏試驗數據支撐。根據國外經驗,最可靠的方法是通過檢查井的實際埋設獲取數據,進行試驗驗證,也就是我們所說的全尺寸試驗方法。目前國內已有企業建立了塑料排水系統全尺寸試驗裝置如圖2和圖3所示,為開展這項工作創造了條件。
 
  該裝置可以根據需要設定實驗條件,通過土壤和外部的液壓裝置給樣品施加外部載荷,模擬檢查井實際埋設情況。通過定期觀察檢查井各部分受力情況以及所發生的形變,得到其結構強度以及長期性能數據。例如:針對目前爭議較大的軸向荷載這一指標,完全可以通過試驗驗證數據確定。該項研究工作還可以為企業的產品設計開發和技術改進提供依據。
 
  我國各地對檢查井的應用要求以及鋪設條件相差很大,各地區和企業也可以根據地方特征,制訂地方或企業標準和規范。例如在北部寒冷地區,對產品的抗低溫沖擊性能和抗跌落性能要求就非常重要,設計時還要考慮凍土層的影響等;我國南方地區在設計時應該更多地考慮地下水的影響,安裝時還要考慮采取抗浮措施等。當然,任何行業和企業編寫的標準和規范必須高于國家標準。
 
  4.2提高塑料檢查井的科技含量
 
  國內塑料檢查井生產企業已經接近200余家,但技術水平卻嚴重參差不齊。近年來,行業中的領軍型企業充分利用科技手段,推進產品的技術進步。例如一些企業采用產學研合作方式,將有限元分析方法用于模具設計,優化產品結構,降低了研發成本,縮短了研發周期,很快完成產品的更新換代。在材料更新方面,已經有企業將北歐化工近期推出的排污水用高模量聚丙烯牌號BorECO™BA415E等用于注塑檢查井并獲得成功,產品表現出良好的剛性和沖擊性能的平衡特性。近期還有企業將齊魯石化采用茂金屬催化劑生產的PE R334HL牌號用于滾塑井加工,也取得了良好的試驗效果。針對滾塑檢查井強度較低這一不足,還有的企業計劃在模具當中增加輔助加強筋如:在環向增加鋼帶或正廳嵌入金屬籠等;還有的企業希望將發泡工藝用于檢查井制作,以在不降低剛性的情況下減少產品重量。當然,這些工作還需要進一步完善,需要進行大量的試驗驗證。
 
  4.3擴大塑料檢查井的應用領域
 
  近年來,一些企業將排水塑料檢查井生產技術用于開發其他管道井,擴大了檢查井的應用領域且收到了很好的效果。主要品種包括:電力電纜井、通訊井、儀表和閥門井、檢查井式水窖、雨水收集滲透井、油污隔離井、雨水格柵井以及化糞池等。一些城市的通訊、電力或燃氣等專業部門已經發文全面推廣這類專用塑料井。當然,由于各類井用途不同,需要進行技術改進,滿足不同功能要求。圖4和圖5給出了其中代表性的產品。這些塑料檢查井的延伸產品也是重要的發展趨勢之一。
 
  4.4問題和建議
 
  從工程反饋信息得知,塑料排水檢查井推廣中還存在一些問題,如質量問題:不同企業的塑料檢查井的質量,從結構設計、規格尺寸、原材料使用等各方面相差很大,用戶難以辨別。工程招投標采用最低價中標,造成惡性競爭,產品質量得不到保證;價格問題:塑料檢查井目前無工程預算、概算定額,建設方主要考慮購買檢查井的直接成本,沒有計算綜合成本,更不會考慮使用塑料檢查井帶來的環境效益等;施工問題:從事塑料檢查井施工的隊伍一般由臨時拼湊而成,很少經過專業訓練,存在大量不按照規范施工,甚至野蠻施工的現象,為塑料排水檢查井管道系統運行埋下隱患,影響塑料排水檢查井的聲譽。這些實際問題仍然需要各級政府繼續出臺有關政策,對市場進行規范,生產企業也應該加強自律,共同維護好市場秩序。
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