臧國松:技術創新助推PCCP行業快速發展
山東電力管道工程公司總經理臧國松
一、PCCP成為21世紀我國鋪設高工壓、大口徑輸水管道首選的理想管材
預應力鋼筒混凝土管(Prestressed Concrete Cylinder Pipe)簡稱PCCP,是采用薄鋼板卷制的筒體與鋼制承、插口鋼圈焊接成鋼筒,經水壓檢驗無滲漏點后,用立式振動成型法在筒體內外澆灌混凝土或采用離心法在筒體內襯混凝土構成管芯,然后在混凝土管芯外施以鋼絲抗拉強度70%的預壓應力纏繞環向高強鋼絲(纏絲間距根據工況確定),再在外層噴射以致密水泥砂漿保護層,組成的一種復合輸水管材。根據鋼筒在管芯中位置的不同,PCCP可分為:內襯式預應力鋼筒混凝土管(PCCPL)和埋置式預應力鋼筒混凝土管(PCCPE)。根據密封膠圈數量又可分為單膠圈管(PCCPSL和PCCPSE)和雙膠圈管(PCCPDL和PCCPDE)。PCCP兼具鋼管和混凝土管的優點,又有許多其它管材不具備的優良特性:能承受較高的內外荷載、壓力損失小、施工便捷、安裝簡單、接頭密封可靠、抗震能力強、防腐性能好、維護方便、性價比高、使用壽命長,國內業界公認的設計使用壽命為50年。國際上,各國通常采用美國水工協會耐腐蝕委員會的研究數據,認為PCCP的使用壽命可達到75~100年,如美國普萊斯兄弟公司于1943年生產的PCCP至今仍在正常使用。相比之下,金屬管材只有20~30年的設計使用壽命。
自1939年法國邦納管道公司成功研制PCCP以來,PCCP已在美洲、歐洲、非洲及亞洲的多個國家得到廣泛使用。我國開發研制PCCP起步較晚,初期因認識程度不足,發展緩慢,從2001年后進入高速發展期,經過多個工程的實際應用及檢驗,現已深受設計、使用單位的青睞,目前廣泛應用于跨流域引水、農業輸水、城市輸水、配水、工業園區輸水、火電廠和核電廠輸水、循環水管道以及大型壓力排污管道等工程中,PCCP已經成為21世紀我國鋪設高工壓、大口徑,尤其是管徑2000mm以上輸水管道首選的理想管材。
二、PCCP技術引進和發展
1985年,當時的水利電力部成立了“大直徑管道引進工作組”,在全國調研大直徑管道生產行業發展情況,隨后又成立專家組,對前蘇聯、澳大利亞、日本、德國、美國等國的大直徑管道生產進行考察,最終立項確定引進美國先進技術生產PCCP管道。這項歷史重任落到了山東電力管道公司肩上。1988年,山東電力管道公司在國內率先引進具有世界先進水平的美國艾美榮(Ameron)公司預應力鋼筒混凝土管生產技術和關鍵設備。
1989年11月4日,我國第一節PCCP管在山東電力管道工程公司下線,開始了我國規模化、標準化生產PCCP的新紀元。山東電力管道工程公司生產的DN800內襯式預應力鋼筒混凝土管和DN1600、DN2600嵌置式預應力鋼筒混凝土管分別于1988年和1990年通過部級鑒定,并被認定為國家級重大新產品,被國家有關部門審定為火電廠建設推薦管道、工程建設推薦產品和全國基礎建設推薦產品,作為水利電力部國家重點技術引進項目,山東電力管道項目的成功實施,填補了我國輸水管材空白,拉開了PCCP在我國發展的序幕。
山東電力管道工程公司是國內PCCP行業的開創者,創造了多個國內第一:首家引進、消化、吸收世界先進技術;建成我國第一條預應力鋼筒混凝土管(PCCP)生產線,生產出我國第一節PCCP管道,為國內第一個應用PCCP管建設的輸水項目—淄博引黃工程提供DN1600PCCP優質管材, 工程全長12.5km,試通水一次成功,20年來管線滴水不漏,始終正常運行;為國內第一個應用大直徑PCCP的電廠循環水管道工程—華能德州循環水工程提供DN2600PCCP管材;在國內第一家制造出核電站用PCCP及其管件;第一家實現了PCCP出口;第一家成功研制出頂進施工法用鋼筒混凝土管;第一家在輸水管道工程中成功實現PCCP管設計、制造、運輸、施工安裝一體化……,20多年來始終引領行業發展。[Page]
2001年,山西萬家寨引黃工程汾河水庫至太原市呼延水廠的43.2km 輸水管道, 采用了通徑達3000mm的PCCP管道,這個工程是繼長江三峽、黃河小浪底之后的全國第三大水利工程,是世界級的跨流域引水工程,當時更是國內規模最大的PCCP管道工程。山東電力管道工程公司憑借雄厚的實力和良好的信譽,一舉中標該工程第X標段,全長26.7km,工程總造價1.6億元。標準管結構設計,嚴格按照美國AWWAC304標準,管道工作壓力分別為0.6MPa、0.8MPa和1.0MPa,管頂覆土分別為2m、4m、6m和8m。管道要穿過汾河主河道11次,穿越隧洞6次,與煤氣管道交叉19次,與供水管道交叉20次,穿越公路19次,與鐵路交叉5次,還與污水、電力管道交叉,需采用強防腐和弱防腐管道,共需要200多種規格型號的管道及配件,管道生產執行AWWAC30l標準,管配件結構設計嚴格執行AWWA M9和M11手冊,該工程一期于2002年9月中旬全線貫通,10月18日成功通水,至今運行良好。山東電力管道工程公司被山西省引黃工程管理局授予“2002年度引黃工程建設先進單位”榮譽稱號,成為PCCP施工企業中唯一獲此殊榮的企業,一炮打響了山東電力管道的品牌,第一次讓國人真正認識了中國的PCCP。
大連引碧入連工程,是山東電力管道工程公司第一次成功實施集制造、運輸、安裝于一體獨立承接模式建設的工程,也是我國第一次運用這種施工模式高質量建成的輸水管道工程。
大連引碧工程辦公室為山東電力管道工程公司送上了“引碧入連,造福百姓”的大紅錦旗,該工程為山東電力管道公司吹響了全方位進軍管道制造施工一體化市場的號角。
隨著產品的進一步推廣,PCCP在一些國家重點、特大型工程中倍受青睞,舉世矚目的南水北調中線京石段管道總供水工程全長約80km,其中惠南莊~大寧段管道輸水總長56.359km 使用PCCP鋪設,管道構成中52.375km為標準DN4000 PCCP,2.280km為DN4000PCCP隧洞內穿管;1.7034km為DN4000及DN3600鋼制配件,工程采用雙排鋪設,DN4000管線總長112km,工作壓力為0.8MPa,覆土深度為3.0~10.5m。2005年11月,山東電力管道工程公司憑借雄厚的實力和良好的業績在國內外8家競標單位中脫穎而出,中標南水北調中線管道制造工程31km,合同額達3.5億元。
于2007年10月9日,提前21天完成DN4000PCCP生產任務,共生產PCCP5823根,鋼配件4500噸,所有成品檢驗合格率達100%,受到國務院南水北調辦公室、南水北調中線干線管理局等領導的高度評價。該工程于2008年建成投入使用,現已從河北省調水至北京。這是國內目前生產使用的最大口徑管道,標志著我國生產、使用PCCP取得了歷史性的突破。
廣州西江引水工程是一項大型水利工程和市政項目,是廣州市迎接亞運會、保障供水水源安全的重點工程。采用DN3600PCCP雙管線輸水,從西江取水至廣州西部水廠,管線總長68.36km。2009年,山東電力管道工程公司中標廣州西江引水工程26km,合同額2.7億元,2010年4月份完成合同生產任務后又續簽合同額4800萬元的新增任務,2010年9月西江引水工程舉行試通水儀式,展示了山東電力管道工程公司的PCCP精品樣管,并將其永久保存在了業主展廳里。
成功引進PCCP技術,是山東電力管道走向新發展的拐點,也成為我國混凝土管道行業發展的一個重要轉折。從PCCP在我國“生根”,到“開花”、“結果”,已經歷了20多年的風雨歷程,目前全國PCCP生產企業有50多家,山東省現在已建設了6個PCCP生產線,其中山東淄博龍泉管道工程有限公司于1999年投資建設PCCP生產線,經過積極運作,目前已躋身國內優勢企業行列,參與了國內多項重點引水工程,在國內具有較強的競爭實力。
三、PCCP成功應用于核電項目建設
1997年,廣東嶺澳核電站一期項目建設過程中,原管道設計擬采用法國邦納公司產品,由于成本高等原因,業主希望在國內尋找能替代生產的單位,山東電力管道工程公司以雄厚的實力承接了該工程,該項目所用管件技術要求高、規格多(包括SEC直管段、變徑管、三通管、CTE管等)、制造難度大,在生產過程中,山東電力管道公司攻克了DN1200直線管開Φ1000孔、鋼管襯膠防腐、高裝配精度要求等一系列技術難關,成功設計制作了技術含量很高的異型管件。
1998年,山東電力管道工程公司自主研發的核電站用PCCP及其管件成功應用于嶺澳核電站SEC、CTE一級質保管道工程中,并受到了法國監理的高度評價,實現了PCCP管材占領核電市場零的突破,填補了國內空白。由于良好的產品質量及售后服務,2006年,山東電力管道工程公司又承接了嶺澳核電二期工程管配件加工任務,此后其產品相繼在多個核電項目得到應用,2008年承接了遼寧紅沿河核電一期工程、福建寧德核電一期,2009年至今,先后承接了廣東陽江核電、遼寧紅沿河二期、廣州臺山核電、福建寧德核電二期、廣西防城港核電一期等工程項目。隨著核電建設的快速發展,核電管配件的需求量會越來越多,PCCP及相關產品在核電領域還有很好的應用前景。[Page]
四、PCCP成功走向國際市場
山東電力管道工程公司始終走在我國PCCP行業和企業生產技術的最前端,所生產的PCCP不僅在國內國家重點工程上使用,還率先打開了國際市場的大門:1994年,出口新加坡1.5kmDN1600PCCP及配套管件,在PULAU SAKRA聯合電廠循環水工程中使用;2000年出口毛里求斯DN900、DN1 200 PCCP及其管件(各種彎頭、三通、短管)共計10km,用于污水管道工程上使用;2010年出口菲律賓2km DN2400mmPCCP及管配件,用于電廠循環水管道工程。
五、堅持科技創新,始終引領PCCP行業發展
20多年來,山東電力管道作為我國PCCP行業先驅,堅持科技創新,積極與國內外的PCCP科研單位開展技術交流與合作,探索研究新工藝、開發新產品、引進先進生產管理模式,在管道結構、工藝設計、生產制造、施工安裝、防腐保護等各個方面都積累了豐富的理論和實踐經驗。
隨著PCCP生產技術的不斷完善以及對引進設備的消化吸收,山東電力管道公司書寫著一個又一個PCCP行業的奇跡:
(1)成功地研制生產出鋼筒混凝土頂管,在西安黑河引水工程、杭州污水管道等工程中得到成功應用,成為全國首家設計生產頂進施工法用鋼筒混凝土管的企業,為管道的科研開發開辟了新的領域;(2)研制出PCCP管生產的雙層纏絲工藝及雙層纏絲機刮平裝置,滿足了各種復雜的工況條件;(3)成功開發、設計、應用滿足工程要求的鎧裝接頭和鎧裝管道;(4)研制了國內第一臺無動力翻管機,使大型PCCP管生產更加快捷、安全;(5)開發出第一代PCCP管道結構設計軟件;(6)研制出了適應工程需要的各種管材、管配件等。
以上這些工藝技術及設備的開發,在我國均屬首創。
目前山東電力管道工程公司已發展壯大成為擁有9條PCCP管道生產線、3條電桿生產線,固定資產5.1億元、年產值近5億元的大型國有企業,始終走在PCCP行業發展的最前列。公司現已累計生產PCCP壓力管1600余公里,成功應用于140多個管道工程項目,產品遍及國內20多個省、市、自治區,向山西萬家寨引黃工程、北京南水北調工程、沈陽大伙房引水工程、遼寧阜新引白水源工程、廣州西江引水工程、山西晉城下河泉北流供水工程、膠東引黃供水工程、華能日照電廠二期工程、新泰自來水公司管道工程、沈陽康平電廠循環水管道工程等多個國家重點工程、省市重點輸水管道工程項目提供DN600~DN4000PCCP優質管材。是國家PCCP管道標準的主要起草單位之一,是中國混凝土與水泥制品協會副會長單位、壓力管工作部主任單位,擁有國家“管道工程專業承包一級”資質。
六、國內PCCP行業技術水平
進一步提高近兩年來,內襯式預應力鋼筒混凝土管(PCCPL)技術有了較大的改進。國產小口徑PCCP鋼筒自動螺旋卷焊機日趨成熟,主要特點是:焊接速度快,勞動生產率高,焊縫平整、光滑,設備自動化程度高。在焊接過程中,可任意改變焊接速度。全套設備占地面積小,可節省大量的土建費用,已有多家生產企業采購了該設備,小口徑鋼筒利用帶芯模的大螺旋制筒機生產也有了應用;PCCPL成型工藝也由原來的單一臥式離心生產,發展至目前可以采用立式內模振動成型工藝,由機械澆灌料立式成型取代人工投料的離心成型工藝,在同時需要PCCPL管和PCCPE管的生產項目中優勢突顯,減少了臥式離心生產設備的投入,同時減少了投料人員,成型時間大大縮短,生產效率顯著提高,成本也大幅降低,目前DN1000、DN1200兩種規格的產品均實現了立式振動生產,不僅節省了設備投入,而且效率提高40%以上。
針對一些工程小批量管道生產,部分PCCP設備廠家開發了PCCPE生產用纏絲輥射一體機,將纏絲、輥射兩臺設備合二為一,減少了場地占用,節省了投資,進一步提高了生產效率。
伴隨高性能混凝土技術的發展,在管芯混凝土中加入鋼纖維的薄壁預應力鋼筒混凝土管(BPCCP)應運而生,管材重量大大減輕,可以節省運輸及安裝成本。
七、目前PCCP 生產經營中存在的主要問題
1、原材料及能源大幅漲價,使企業利潤大幅降低,生產經營困難;2、由于市場競爭激烈,企業間競相壓價,無序惡性競爭依然是行業面臨的主要問題;3、重復建設極為嚴重,盲目建廠現象較為普遍存在;4、生產裝備機械化、自動化程度仍然較低,勞動強度大,作業環境差。
上述這些問題,即是當前行業存在的主要問題,也是今后一個時期行業應重點解決的問題,否則難以適應社會主義市場經濟發展的需要。現有各PCCP生產企業應以市場為導向,不斷開發新產品和加強應用技術的研究,滿足城鄉建設的需要,促進行業健康發展。
總之,在PCCP的發展過程中還有很多工作要做,還有很長的路要走,愿大家同心協力,為PCCP行業的發展共同努力。
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