提升管道抗震防灾能力 助推水务行业新质生产力发展
发布时间:2025-02-10 浏览次数:2582
提升管道抗震防灾能力 助推水务行业新质生产力发展
——抗震双密封管道技术在水务领域的应用优势
随着城市韧性建设目标的推进,水务行业亟需解决传统管道系统漏损率高、抗振能力弱等痛点。本文聚焦抗震双密封(又称环卡双密封或环卡密封式)不锈钢管道技术,通过分析其结构创新、性能优势及工程实践,论证该技术如何破解传统挤压技术和传统大口径管道连接难题,助力水务行业实现高质量发展。研究结果表明,抗震双密封技术通过内外双密封、加强筋保护及三道锁紧环设计,显著提升管道抗震防灾能力,降低漏损率,为新质生产力在水务领域的应用提供技术支撑。
水务系统是城市生命线工程的核心,其安全性与可靠性直接影响城市韧性。然而,传统管道连接技术(如沟槽式、卡压式)存在抗振性能不足、安装复杂、漏损率高等问题,尤其在大口径管道(DN150以上)应用中更为突出。国家对2027年“可复制推广经验”与2030年“高水平韧性城市”目标的提出,倒逼行业向高质量技术转型。抗震双密封(又称环卡密封式或环卡双密封)不锈钢管道技术凭借其结构创新与性能突破,成为推动水务新质生产力发展的关键路径。

我国建筑行业在历经二十余年的高速发展后进入到新的阶段,党的二十大及二十届三中全会提出建设“好房子”的新方向,“安全、绿色、低碳、智能”成为未来发展的主线,其中“安全”要求建筑本体及设备设施都能够结构牢固、防震抗灾。目前我国室内供水和消防管道都是分段设计,小口径管以螺纹和挤压连接为主,大口径管以沟槽连接为主。挤压连接属于一体式接头具有较好的防震抗灾能力,而沟槽式连接属于拼装式接头在防震抗灾方面则表现较弱。挤压连接于上世纪末进入我国,应用已非常广泛,连接可靠、安装快捷、经济性好。2022年,在卡压和环压基础上发展起来的抗震双密封连接打破了挤压技术只能用于小口径管的局限,将连接口径扩展到DN400,不仅解决了一幢大楼不得不采用两种及两种以上安装工艺的问题,更大幅度提升了管网的防震抗灾能力,成为给排水行业助力“好房子”建设的重大贡献。
建筑给水和消防用大口径管道早期采用的是焊接或法兰连接,但这两种连接方式对安装人员有技能要求,施工不方便,综合造价也高,在沟槽连接进入市场以后逐渐被替代。沟槽连接成为了大口径管道连接的主流技术,该连接方式具有简便、经济、安全、可拆卸等优点,但因其属于拼装式接头,需要现场加工管材槽口,对管道中轴的水平度及保持力要求较高,在使用时有微渗漏现象的发生。
沟槽连接施工规程CECS151《沟槽式连接管道工程技术规程》第3.4.1条规定“沟槽式管接头采用的平口管件和附件,端部的槽口应在管件生产厂加工成型,不得在施工现场切割开槽。”反映出槽口质量对于沟槽连接安装非常重要。同时该规程在2017年修编时,修订内容全部是关于槽口加工的细节和要点,从侧面印证了沟槽连接现场预制环节确实存在较多不确定因素。以南京地铁一号线南延线共青团路站消防和空调水管道安装为例,项目部的QC小组对工程前期安装的管道进行水压试验,发现卡箍接头的一次合格率非常不理想,试验结果如下:
不合格原因包括:沟槽质量不合格、管道不平直、胶垫错位、胶垫破损。其中沟槽质量不合格占到质量缺陷的75%,主要由三方面因素造成
1、工人质量意识不强;
2、技术交底不到位;
3、滚槽设备带病工作。
管道不平直除了是试压不合格的第二大因素,更是管接头后期漏水的主要诱因。拼装式接头是靠各部件的紧密配合实现的抱紧和密封,一旦发生配合错位就会带来功能失效。在GB5135.11《自动喷水灭火系统 第11部分:沟槽式管接件》标准中,严格限制接头错位,如DN200管道要求偏转角小于1°

为保证管中轴水平,CECS151《沟槽式连接管道工程技术规程》加强了沟槽管道支吊架的设置量和质量要求,该规程2019版相比2003版将支架的布设从施工章节提到了设计章节。尽管如此,沟槽连接管道仍然无法避免因地下震动、沉降、水锤、支架松驰等原因导致接头渗漏水,这种现象在地铁沿线物业更为普遍。
上世纪中期挤压连接技术已在欧洲和美国大范围应用,于上世纪末传入我国。最早生产卡压产品的是无锡金羊为单卡压连接,随后深圳雅昌引进了双卡压产品,但均只能连接≤DN100口径的管道;同期成都共同创立了环压连接方式,将单卡压的O形密封腔改为更宽幅度的圆筒状密封腔,通过增大密封功能强化连接部位的密封性能,实现了DN150管道的环压连接。但上述连接方式进入市场已二十余年,始终未能解决更大口径及更好密封管道的连接。

同期,国内其他新型管道企业也纷纷开展研发攻关,希望能将挤压连接技术应用于更大口径的管道。最早出现的双O形圈卡压,其在管件头设置两个O形圈,但由于O形圈是靠密封材料的过盈量实现密封,两个O形圈的摩阻力使得管材在插入时变得困难,甚至可能造成密封件的损坏,这种连接方式现在仅用于DN50以下管道。随后出现的承插压合连接技术是将管接头的承口做成了双层的夹层结构,安装时在管材端涂抹厌氧密封胶后插入管件承口再用工具进行压接,该技术采用涂抹厌氧液体胶密封。

2022年抗震双密封式管接头面市,把挤压连接的适用口径提高到了DN400,该技术的诞生实现了建筑人“一栋楼一种安装工艺”的夙愿。
抗震双密封连接是将卡压和环压优点结合在一起的组合型创新。卡压放置O型圈的凸环除了是管件的密封腔外也是管件承口的加强筋,有利于增强接头的刚性以及均匀分布来自外界的冲击力;环压是圆筒状密封腔,其通过增大密封功能区实现更好的密封效果,但接头的刚性强度比卡压有所降低。抗震双密封连接通过在卡压O型环的外沿再增加一道环压密封腔,把卡压接头刚性足和环压接头密封好的优点融为一体,大大增强了连接部位的强度和密封性能。
抗震双密封连接的技术特点如图:

1、内外双密封。抗震双密封管件内侧O形圈起主力密封作用,外侧密封圈起辅助和备份作用。当管道出现水压异常或接头遭受外力冲击时即使内侧密封圈不能封住水流,但其已大幅消减水流的冲击力,加之外侧密封圈的功能区更大,封堵溢出的水流绰绰有余。
2、三道锁紧环。压接时管材管件在安装工具的作用下发生形变,在凸环的两侧和管件的外沿压出三道锁紧环,每道环的下嵌是1.2个管材的壁厚,由此管材管件互嵌咬合产生强大的抱紧力。
3、加强筋保护。抗震双密封管件的加强筋增加了接头的结构刚性,同时凸环外侧的环压密封腔又是对加强筋的保护,起到缓冲外力冲击的作用,只要加强筋不被扰动和破坏里面的O形圈就能稳定工作。
通过数据分析,管道失效90%发生在接头处,而其中又有90%是密封出现问题,抗震双密封连接最显著特点是接头的双密封结构。
从密封设计原理来讲,当密封材料硬度值为70、压缩率达到15%时最大接触压力可达2Mpa,通常情况下管道密封设置一道O型圈已没有问题。但由于O形圈的压缩率是由管材的外径、管件的内径、凸环的深度、O形圈的直径、压接模块的磨损程度等多个因素共同决定,加之民用产品的公差一般放得比较大,导致安装后每个接头的压缩率并不恒定,如若再遇到插管时划伤密封圈必然造成管接头漏水。已投入使用的管道也存在原本压缩率刚好达标,后期使用中因接头受外力冲击出现松动,使得压缩率又变为不达标从而产生漏水、渗水的现象。
为了保证管道在O形圈密封失效后仍能稳定工作,抗震双密封管件在O形圈的外侧增加了环压密封腔。该结构解决了管道密封的四个问题,首先双密封设计是借鉴消防的“一用一备”逻辑,在管道遭遇突发意外时如果内侧密封圈封不住时,由外侧密封圈可以及时补位;其次外侧密封腔是在安装过程中加套矩形密封圈,避免了管材插入管件刺破密封圈的问题;第三外侧密封腔的压缩率不是靠预紧力而是通过压接工具将橡胶圈由矩形变为月牙形,压缩率为18%左右,在硬度不变的前提下,密封圈的最大接触压力与压缩率密切相关且呈线性关系;第四外侧密封腔矩形密封圈的体积相比O形圈的体积增加数倍使得压缩率的基数变大,基数越大对结构的细小变化越不敏感,承接外力冲击和扰动的能力也就越强。
正是基于双密封的结构特点,抗震双密封连接实现了挤压连接技术在大口径管的突破,并能满足2.5MPa的使用要求,同时提升了管网防震抗灾的能力。

在抗震双密封连接的偏转角实验中,模拟管道遭遇大冲击大变形的场景,选取两段管径为DN300、长度为3米的管和一个直接管件压接为一套系统,打入水压2.75MPa,用吊车对连接部位上拉,当偏转角>10°拉力3064kg时稳压30分钟,系统未出现渗水。
首先弥补了第一代和第二代挤压技术及大口径管道传统连接方式的不足。相比焊接、法兰连接金属管挤压连接的工艺更简单、快捷、成本更低;相比沟槽连接无需现场加工,接头质量没有隐患,杜绝了沟槽接头后期错位渗水的问题。

其次解决了一栋大楼多种连接方式的问题。简单化、一致性是机电设备装配的终极方向,一栋大楼多种连接方式既不方便施工的组织管理也不利于物业的后期运营维修,抗震双密封连接从DN15连到DN400基本能够满足室内给排水及消防管道的需求。
第三省工节材经济性能更优。挤压连接的最大优势就是施工方便快捷,对操作工无专业技能要求,不需要现场预制加工,相比传统工艺大幅节省工时。同时由于管材不需要套丝、开槽所需厚度,抗震双密封连接的管材壁厚降低经济性更好。此外,沟槽连接为了保证管道中轴水平一个管件需要设置两个支架,而抗震双密封的接头一体性好一个接头只需要一个支架,在支架单项省材省工40%以上。
第四根据住建部的部署,未来的好房子建设要求结构牢固、防震抗灾。特别是供水及消防管网需要在特殊时刻为人民群众的生命财产安全保驾护航,抗震双密封管道的防震抗灾能力远超其它安装工艺,还具有安装方便、经济性好的特点。
综上所述,挤压连接技术在欧洲已成熟应用70余年,抗震双密封连接是在卡压和环压基础上创新的技术,其将二者的优点融为一体把连接的口径扩大到DN400,其内外双密封、三道锁紧环、加强筋保护的技术特点大幅提升了管网防震抗灾的能力,对推动未来好房子建设具有重大意义。