河北宝硕管材有限公司
客观评价PVC-U和PE供水管道
高长全
(河北宝硕管材有限公司 071051)
摘要：本文从工程地质条件、材料特性、工程造价、工期要求、管道系统配套、安装便利与否、维护等方面对PVC-U和HDPE两种供水中常用的管道产品进行了客观的比较。 关键词：PVC-U、PE、供水管道
The impersonal opinion on PVC-U&PE pipelines used in water supply
GAO CHANG QUAN
(hebei baosoar pipe co,. ltd.)
Abstract: The impersonal opinion on the project condition, material property, cost of project, the require of time limit for a project, pipelines system, installation convenience and maintenance of PVC-U and PE pipelines used in water supply. Key word: pvc-u, PE, pipelines for water supply
聚乙烯树脂是目前世界上产量最大的热塑性通用树脂，聚氯乙烯树脂产量位居第二，这两种树脂具有优良的物理机械性能，较好的加工性能。广泛应用于国民经济的许多领域，其中生产管道是其重要用途之一，PVC用于生产管道起始于上个世纪30年代，至今已有60余年的历史。按照我国标准生产PVC-U供水管道一般选用SG-5型食品卫生级PVC树脂，生产PE供水管道一般选用PE63、PE80和PE100中密度或高密度聚乙烯树脂，用PE生产市政供水管道起始于上个世纪60年代，至今已有40余年的历史。无论是PVC-U供水管道还是PE供水管道由于均具有良好的水力特性、优良的耐化学介质稳定性、长期的使用寿命和优异的卫生性能，因此这两种材质的管道在供水领域均得到了很好的应用。
为使供水单位根据工程的要求选择最好的塑料管材,笔者就PVC-U和PE两种材质管材的优缺点进行客观评价,以供参考。
一、PVC-U和PE供水管道性能对比： PVC和PE均属热塑性高分子材料，由于分子结构上的差异，他们既有性能上的共同之处，也有不同之处，其性能特点见表1。
表1 PVC-U与HDPE供水管材性能对比表
序号 1 2 3 4 5 密度 化学稳定性 水力特性 寿命 卫生性能 性能 PVC-U 1.35-1.46g/cm3 耐大多数酸碱盐和有机溶剂 内壁光滑不结垢n=0.008-0.009 设计寿命>50年 采用锡或Ca/Zn稳定剂，卫生性能符合GB/T17219和卫生部有关水质规范要求 难燃材料 大于3000MPa 冲击强度5-6kg.cm/cm 断裂伸长率100%左右，160mm以下允许弯曲半径为300dn 同PVC-U 同PVC-U 同PVC-U 采用原生料或原生料与本厂回用料，卫生性能符合GB/T17219和卫生部有关水质规范要求 缓燃材料 800 MPa 冲击强度50 kg.cm/cm 断裂伸长率>350%左右， dn≤50mm允许弯曲半径为30dn dn≤160mm允许弯曲半径为50dn dn≤250mm允许弯曲半径为75dn dn>250mm允许弯曲半径为100dn HDPE 0.94-0.965 g/cm3 6 7 8 9 阻燃性 短期弹性模量 耐冲击性 韧性 第 1 页 共 7 页
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10 12 13 14 15 线膨胀系数 静液压强度（长期） 温度对承内压能力的影响 抑菌性 耐氯性 （6-8）×10-5 ≥25MPa 略大 好 好 至少为PVC-U的2倍 ≥20MPa PE80≥8MPa PE100≥10MPa 小 差 差 11 拉伸强度（短期） ≥45MPa 从上表可知：就PVC-U和PE的材料性能而言，PVC—-U供水管材在多数情况下无疑是最好的选择。
1、密度：仅就材料本身的密度看，PVC-U大于HDPE，但是，同一口径、同一压力等级的管材，PVC-U管材的米重与HDPE管材相近。以dn110mm1.0MPa管材为为例列表说明：
表2 PE给水与PVC-U给水管材米重对比表（dn110mm1.0MPa）
产品标准 GB/T13663-2000 GB/T13663-2000 GB/T13663-2000 GB/T10002.1-1996 ISO4422.2-1996 原料等级 PE63 PE80 PE100 PVC250 PVC250 公称壁厚 10.0 mm （SDR11） 8.1 mm （SDR13.6） 6.6 mm （SDR17） 4.8 mm 4.2 mm 米重，kg/m 3.227 2.657 2.191 2.465 2.171 这表明无论是PVC-U还是PE管材皆便于搬运。 2、化学稳定性
无论是PVC-U还是PE在供水环境温度下皆耐酸、碱、盐和大多数有机溶剂的侵蚀，在含有上述介质的腐蚀性土壤中，PVC-U和HDPE管材在不做外防腐的条件下均能满足使用要求，具体耐腐蚀性数据可参照ISO/TR10358《塑料管材和管件—耐耐腐蚀性等级表》（Plastics pipes and fittings-Combined chemical-resistance classification table）。
3、水力特性
PVC-U和HDPE均属于水力光滑管，设计时可选用相同的糙率系数（约0.009）。 4、长期使用寿命问题
根据ISO相关标准规定，PVC-U和HDPE供水管道20℃，设计使用寿命均不低于50年。 5、卫生性能
输水管的卫生性关系到千家万户的饮水安全，是水司领导和老百姓普遍关心的问题。前段时间个别竞争对手和个别记者带有偏见地说PVC-U管材使用铅盐稳定剂污染水质，更有个别“所谓”行业的“专家”因其本人可能代表Ca/Zn和稀土稳定剂厂商的利益，不负责任地说使用机锡稳定剂的PVC-U管材也有毒，从而导致人们认为所有的PVC-U管材都有毒。在欧洲特别是北美（包括美国）有机锡稳定剂仍在PVC中大量使用，且无任何迹象表明使用的有机锡稳定剂有毒，对人的中枢神经有损伤。这里我可以肯定地告诉大家，只要严格按照标准组织生产，PVC-U供水管和PE供水管一样均能满足供水要求。第一，铅盐是PVC加工的传统高效热稳定剂，属重金属盐类，铅离子在人体内可累积，对人体机能产生不同程度的影响。但是正规企业采用高效双螺杆挤出机和先进的混配料系统生产PVC-U供水管材时，由于添加铅稳定剂的量在0.5-2%左右，相对较少，而且大量的试验研究已证实：铅盐稳定剂难溶于水，而且由内向外迁移速度非常小，管材与水接触的内表面上的铅稳定剂在管道冲洗消毒时已被冲掉，因此以往这些企业生产的含铅PVC-U供水管材符合国家有关卫生标准要求，埋在地下的管材可以放心使用，不存在对水质的污染问题。就世界情况看，除北美PVC管的生产几乎全部使用有机锡外，包括欧洲的部分国家在PVC管的生产中仍在大量使用铅盐稳定剂，来自欧洲稳定剂协会的资料表明欧洲到2015年在PVC管的生产中全部禁铅，我们国家在今年三月十八日建设部发布的《关于发布<建设部推广应用和限制、禁止使用技术>的公告》218号公布中禁止含铅PVC-U管材用于
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城镇供水。其中一个很重要的原因是在生产铅盐稳定剂和使用过程中由于粉尘飞扬造成对环境的污染，与之接触的人吸入粉尘会对身体健康产生不利影响。因此禁铅是大势所趋。具有高度社会责任感的河北宝硕管材有限公司本着对社会、对环境和对人们身体健康负责的精神，不惜牺牲本企业利益，自2001年始在其生产的PVC管材中（包括供水与排水）全部使用进口或国内外资厂生产的有机锡稳定剂（吨成本提高至少200元）。
第二，有机锡稳定剂是目前北美（包括美国）在PVC-U供水管材中大量使用的热稳定剂，欧洲禁铅后，PVC管材使用的热稳定剂大多数国家首选有机锡稳定剂，少数国家选择Ca/Zn稳定体系。这里有必要澄清两个概念：“有机锡”和“有机锡稳定剂”，有机锡稳定剂是有机锡的一类，用于PVC加工热稳定剂的有机锡是一烷基和二烷基锡。这两类有机锡是PVC的高效无毒热稳定剂。在世界卫生组织（WHO）水质导则中对一烷基和二烷基锡在饮用水中含量没任何限制，并特别强调“没任何证据证明一烷基和二烷基锡有毒”，而对另一类有机锡三烷基锡——通常用于生产杀虫剂、木材防腐剂以及海洋船舶底漆，在饮用水的限量为0.002mg/L。我国卫生部的《生活饮用水输配水设备及防护材料卫生评价规范》对饮用水中的锡含量规定为不超过0.002mg/L，显然比WHO水质导则严格得多。即使如此，使用法国阿托菲纳公司生产的有机锡稳定剂也能轻松达到这一规定。比如：宝硕管材公司。
第三，关于HDPE供水管材的卫生性能可以肯定地说使用原生混配料生产的管材不存在卫生问题。但是不排除行业内个别企业出于成本考虑，进口垃圾PE料用于饮水管的生产，这样的管材卫生性能不言自明。希望水司选管时引起高度重视。
6、阻燃性
PVC-U管材氧指数在46%以上，属难燃性(具有自熄性)材料；PE属缓燃性材料，埋地管可不考虑此项性能，若明敷应考虑材料的防火性能。
7、弹性模量
PVC-U供水管的弹性模量约是HDPE管的4倍，表明PVC-U供水管抵抗变形的能力远大于HDPE管，依据变形量公式：
3Kb?0(Wc?Fc) fD?DL3EpIp?0.061Ed?0式中：DL—变形滞后效应系数，可取1.2~1.5。当设计要求管侧回填土压实系数大于95%时，DL可取1.5；
Kb—管底弧形土基的基床系数，当土基支撑角≥90°时，一般可取0.1； Wc—管道单位长度上管顶处的竖向土压力（KN/mm）；
Fc—管道单位长度上地面车辆轮压传送到管顶处的竖向压力（KN/mm）； Ep—管材的弹性模量，可取3000MPa（3KN/mm2）； Ed—管侧土的综合变形模量（KN/mm2）。
在相同回填条件下，即相同的土壤的综合变形模量和相同的允许变形率下，PVC-U管比HDPE管可以承受更大的荷载，但是依据水锤公式，PVC-U抗水击能力不如HDPE。
水锤公式：
?F?a?a?vg1
?w1c*di(?)gkEp*en式中：△F—管内水的流速，可取平均流速v(m/s)；
a——压力波回流的速度（(m/s）
γw——水的重力密度，取得10KN/m3；
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K——水的体积模量，20℃时为2200MPa； c——管端固定度，可取0.9；
Ep——管壁的弹性模量，可取3000MPa en——管壁的计算厚度m。
因此在要求管道承受较高的荷载时优选PVC-U，在地形复杂、开关阀门频繁的使用场合可考虑HDPE管材。
8、耐冲击性
HDPE管材冲击强度约为PVC-U的十倍。表明HDPE抵抗外冲击的能力大于PVC-U管材，而且HDPE的脆化温度约为-75℃，而PVC-U管材为-18℃，因此作为供水管材，在0℃以下施工时HDPE抵抗破坏的能力比PVC-U强，但是只要安装人员按操作规程进行作业，两种管材均能在低温下施工。
9、韧性
HDPE管材具有良好的柔韧性，其断裂伸长率至少是PVC-U管材的3.5倍，表明HDPE管对管基变化适应能力强。在地震多发区、软土区等复杂地质条件下可优选HDPE管材，此外dn160以下的HDPE管材可盘卷供应，减少接头数量，加快了施工进度，而且HDPE由于具有良好的挠曲性，它的转弯可利用其挠性敷设，减少了管件用量。
10、线膨胀系数
HDPE供水管材具有较大的线膨胀系数，在温差较大地区使用时，连接后应及时回填。在与其它材质管道连接时，由于HDPE较高的线膨胀系数易引起接口泄漏甚至破坏，而PVC-U供水管材无此之虞。
11、抗拉
PVC-U管材的抗拉强度远高于HDPE，这意味着PVC-U管材能承受更大的纵向应力。 12、静液压强度
PVC的静液压强度高于HDPE。静液压强度是表示承受内压的主要指标，也是管道壁厚设计的重要依据。例如：
一个dn160，Pn0.8MPa的管材，对于PVC-U管材壁厚为：
en?Pndn0.8?160??4.9mm2??Pn2?12.5?0.82525??12.5MPac2Pndn0.8?160??7.7mm2??Pn2?8?0.8
??对于HDPE100，其壁厚为：
en???1010??8MPac1.25
这里PE 管比PVC管厚57%，也就是说由于PVC-U有较高的静液压强度，同样口径、同等使用条件下PVC-U比PE100过流能力高8%（以dn160为例），反之HDPE的过流能力和压力等级与PVC相同时，HDPE管需要一个更大的外径，需要更高的投入。
13、温度对承内压能力的影响
HDPE和PVC-U是热塑性材料，工作温度对其承内压能力有一定的影响。下表给出了PVC和HDPE 0-60℃的比较值。在某一温度下管材的最大操作压力可通过递减系数乘以额定压力得到。
表3 不同温度的压力下降系数
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递减系数 河北宝硕管材有限公司
PVC 0-20 20-27 32 38 43 49 54 60 1.0 0.88 0.75 0.62 0.50 0.40 0.30 0.22 PE 1.0 0.96 0.88 0.80 0.74 0.66 0.58 0.50 从上表数据可以看出，HDPE比PVC—U受温度影响小。输水温度升高时，其承压能力下降相对较小，作为水司特别是使用地表水的供水单位，对输水温度的变化对塑料管网承压能力的影响应给予足够的重视，否则会降低管网的长期使用寿命。
14、抑菌性
研究表明PVC-U管道内细菌的滋生数值远低于HDPE管道。
100806040200PVC-UPE15、耐氯性
我国的饮用水多通过加氯的方式消毒。饮水中或多或少地含有Cl—，Cl—含有对输水管道产生不同程度的侵蚀，而PVC-U供水管道具有较好的耐氯性。非常适合输送氯气消毒的饮用水。而PE输水管的耐氯性能有待时间的进一步验证。日本的自来水消毒与我国相同，他们在用LDPE管道输水时发现由于水中Cl—的侵蚀发生管壁脱层，HDPE耐氯性如何尚待进一步考证。 二、施工比较
1、PVC-U管道与HDPE管道施工的比较 项目 连接 形式 接 口 特 点 PVC-U管 表4 PVC-U管和PE管材施工比较
HDPE管
弹性密封圈连接、粘合剂粘接、热熔连接、电熔连接、法兰连接、机械压紧连法兰连接、机械压紧连接、丝扣接、钢塑过渡管件连接。 连接。 弹性密封圈连接可靠性高，对施工人员素质要求不高，施工工具简单，施工速度快，如我公司在北京“引万入良”工程中，φ710PVC-U管一个接口的时间为10分钟。 热熔连接的工艺和设备较简单，但要保证焊接质量稳定并不容易，施工人员必须经过技术培训。合格焊口的强度可以达到管材、管件本体强度，并且直径基本保持不变，为非开挖施工创造了条件。接口速度比PVC-U管慢，如φ630HDPE管一个接口的时间为1小时。 粘合剂粘接一般适用于口径较电熔连接的突出优点是质量可靠（减少人为因小（φ200以下）管材的连接，素）和施工效率高，但热熔管件的制造技术要受人为影响较大，施工人员需经求较高，成本较高。一些大口径管件需进口。 过培训。 第 5 页 共 7 页