淺談燃?xì)夤こ讨蠵E管道帶壓開(kāi)孔與封堵

上海煤氣第二管線工程有限公司 傅明華 王可棟

1 PE管道相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

針對(duì)聚乙烯混配料，《供應(yīng)氣態(tài)燃料的埋設(shè)式聚乙烯管—公制系列—規(guī)范》(ISO 4437—2007)與《燃?xì)庥寐竦鼐垡蚁?PE)管道系統(tǒng)-第1部分：管材》(GB 15558.1—2003)對(duì)PE管道專(zhuān)用樹(shù)脂進(jìn)行了分級(jí)，對(duì)聚乙烯混配料的密度、熔體流動(dòng)速率、氧化誘導(dǎo)期、揮發(fā)分、水分、炭黑含量、炭黑分散、耐氣體組分、全比例試驗(yàn)、耐慢速開(kāi)裂增長(zhǎng)、氧化誘導(dǎo)期等指標(biāo)給出規(guī)定。燃?xì)夤艿朗┕ぶ?，《聚乙烯燃?xì)夤艿拦こ碳夹g(shù)規(guī)程》(CJJ 63—2008)從材料、管道設(shè)計(jì)、管道連接、管道敷設(shè)、試驗(yàn)與驗(yàn)收七個(gè)方面對(duì)燃?xì)夤艿朗┕は嚓P(guān)環(huán)節(jié)給予規(guī)定，這一標(biāo)準(zhǔn)在2008年8月1日開(kāi)始實(shí)施，促進(jìn)了聚乙烯燃?xì)夤艿赖囊?guī)范化施工。

2 PE管道的帶壓開(kāi)孔與封堵

隨著PE管道在城市燃?xì)夤芫W(wǎng)中的大量運(yùn)用，對(duì)PE燃?xì)夤艿木S修搶修工作已成為燃?xì)廨斉涔救粘＿\(yùn)營(yíng)管理工作中的一項(xiàng)重要工作。一般情形有三種：

(1)對(duì)管道局部的較小孔洞及裂縫，可采用電熔鞍型管件將被破損部分擋住后，通過(guò)電熔焊機(jī)使鞍型管件與管道管壁熔為一體，從而達(dá)到修復(fù)管道目的。

(2)當(dāng)D200以下的管道出現(xiàn)較大破損時(shí)，可利用管道本身的柔軟性，在被破損處兩端用燃?xì)鈱?zhuān)用壓管器將管道壓扁(對(duì)于D63~ D200的管道，用壓扁器并不能完全切斷氣源)，然后把氣源切斷，再對(duì)破損處進(jìn)行維修。

(3)對(duì)于大口徑的管道破損，則在破損處兩端鉆孔(專(zhuān)用PE管鉆孔工具)，然后將隔離球塞(皮碗或囊式)入孔內(nèi)將管道封堵。最后對(duì)中間的破損部分進(jìn)行切割更換處理。對(duì)于不容許停氣的搶修，可在隔離球(皮碗)外側(cè)再鉆兩個(gè)孔，連接旁通管以臨時(shí)供氣。

除以上三種情形之外，直接停氣置換搶修也很普遍。

2.1 帶壓開(kāi)孔、封堵設(shè)備

PE管道帶壓開(kāi)孔與封堵的原理與金屬管道開(kāi)孔封堵原理是一樣的，國(guó)內(nèi)不停輸設(shè)備生產(chǎn)廠商開(kāi)發(fā)出了一套帶壓開(kāi)孔封堵設(shè)備并形成專(zhuān)利(專(zhuān)利號(hào)ZL 02224145.0)。

該系列設(shè)備包括帶壓開(kāi)孔機(jī)、機(jī)架、下堵器，適應(yīng)管徑D160~D300 mm，溫度-10~+40℃，介質(zhì)壓力≤0.4 MPa。

另外一種情況，國(guó)內(nèi)大型塑料制品商結(jié)合自身管材、管件特點(diǎn)開(kāi)發(fā)出了適用其產(chǎn)品系列的帶壓開(kāi)孔設(shè)備，比如亞大塑料制品公司的帶壓開(kāi)孔設(shè)備，見(jiàn)圖1。

該帶壓開(kāi)孔設(shè)備適用公稱(chēng)外徑63~630 mm，有兩種鞍型管件供使用(鞍型直口SATURN、鞍型直口TOPLOAD)，按公稱(chēng)外徑63~630 mm、SDR11、17.6、21分別選擇60 mm帶壓開(kāi)孔刀及120 mm帶壓開(kāi)孔刀。因?yàn)楣懿?、管件均產(chǎn)自同一廠家，所以電熔質(zhì)量得到保證，這種帶壓開(kāi)孔設(shè)備可以按設(shè)計(jì)要求安全、順利帶壓開(kāi)孔。

圖1 帶壓開(kāi)孔設(shè)備示意

2.2 鞍型管件與待開(kāi)孔管材之間的熔接

PE管帶壓開(kāi)孔與封堵中一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是：如何保證鞍型管件與待開(kāi)孔管材的熔接質(zhì)量。施工單位在PE燃?xì)夤艿谰S修時(shí)，經(jīng)常遇到待開(kāi)孔管道與管件不配套的情況。由于不同廠家生產(chǎn)的電熔連接機(jī)具或電熔管件的焊接參數(shù)(如電壓、加熱時(shí)間)可能不同，因此，在電熔連接時(shí)，通電加熱的電壓和加熱時(shí)間，應(yīng)按電熔連接機(jī)具或電熔管件生產(chǎn)企業(yè)提供的參數(shù)進(jìn)行。施工單位在熔接前，應(yīng)該對(duì)管材(件)進(jìn)行熔接工藝評(píng)定，以確定其是否可以熔接。實(shí)際上，針對(duì)PE帶壓開(kāi)孔封堵這類(lèi)“特殊”施工，施工單位對(duì)不同廠家的PE管材、管件進(jìn)行熔接工藝評(píng)定是不現(xiàn)實(shí)的。

另外，由于以往國(guó)內(nèi)各廠家生產(chǎn)的聚乙烯管材管件采用的材料并不是完全符合標(biāo)準(zhǔn)的管材專(zhuān)用料，因此不同品牌和不同壓力等級(jí)的聚乙烯管材管件的電熔連接質(zhì)量更是難以保證。

上述樣品均加溶劑適量，機(jī)械振搖至分散均勻，再超聲處理10 min使溶解，放冷，用溶劑稀釋至刻度，搖勻，離心，濾過(guò)，取續(xù)濾液進(jìn)樣，記錄色譜圖。

綜上，由于以上問(wèn)題的存在，阻礙了PE管帶壓開(kāi)孔封堵技術(shù)的普及應(yīng)用。

3 PE管材、管件的電熔連接

3.1 要求電熔連接的特殊情況

《聚乙烯燃?xì)夤艿拦こ碳夹g(shù)規(guī)程》(CJJ 63—2008)規(guī)定：不同級(jí)別和熔體質(zhì)量流動(dòng)速率(MFR)差值(條件是190 ℃、5 kg)不小于0.5 g/min的聚乙烯原料制造的管材、管件和管道附屬設(shè)備，以及焊接端部標(biāo)準(zhǔn)尺寸比(SDR)不同的聚乙烯燃?xì)夤艿肋B接時(shí)，必須采用電熔連接。公稱(chēng)直徑小于90 mm的PE管道宜采用電熔連接(因?yàn)楣軓捷^小的管材，在采用熱熔對(duì)接焊時(shí)其焊接斷面尺寸較小，不能保證焊接強(qiáng)度，因而只能采用電熔承插焊接)。

實(shí)際應(yīng)用中，不同材質(zhì)的管材與管材、管材與管件或閥門(mén)的連接，同材質(zhì)不同系列的管材與管材、管材與管件或閥門(mén)的連接，不同廠家的PE100材料的連接和PE100與PE80材料的連接，由于MFR或壁厚可能有較大差異，應(yīng)當(dāng)采用電熔套筒連接。

3.2 電熔連接的質(zhì)量影響因素

《PE燃?xì)怆娙酃芗娙圻B接耐氣密性的研究》對(duì)注塑PE100電熔管件進(jìn)行了熔接測(cè)試，得到結(jié)論：“隨著通電時(shí)間的延長(zhǎng)，PE燃?xì)怆娙酃芗蜌饷苄圆粩嗌?，?dāng)通PE燃?xì)怆娙酃芗⒐懿碾娙圻B接的耐氣密性達(dá)到最高后，隨著通電時(shí)間的繼續(xù)延長(zhǎng)，PE燃?xì)怆娙酃芗?、管材電熔連接的耐氣密性反而開(kāi)始降低。這主要是因?yàn)椋寒?dāng)通電時(shí)間過(guò)短時(shí)，管材、管件之問(wèn)沒(méi)有充分熔融，管材、管件之間存在縫隙；通電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，管材、管件之間熔融過(guò)頭，冷卻后產(chǎn)生空洞；只有通電時(shí)間適中時(shí)，管材、管件之間才不會(huì)存在縫隙和產(chǎn)生空洞，PE燃?xì)夤芗⒐懿碾娙圻B接的耐氣密性達(dá)到最高?！?/p>

“隨著銅電阻絲電阻的升高，PE燃?xì)夤芗蜌饷苄圆粩嗌?，?dāng)銅電阻絲電阻升高到最大值后，PE燃?xì)夤芗?、管材電熔連接的耐氣密性趨于穩(wěn)定。這主要是因?yàn)椋寒?dāng)銅電阻絲電阻過(guò)低時(shí)，電阻絲發(fā)熱量不夠，管材、管件塑料樹(shù)脂不能充分熔融，使得管材、管件之間存在縫隙?！?/p>

“管材、管件的MFR越接近，其相容性越好，管件電熔連接后氣密性越好?！?/p>

“管材、管件之間配合尺寸增大，電熔連接后耐氣密性降低，只有管材、管件配合尺寸在0.05~0.20 mm之間時(shí)，電熔后才不會(huì)產(chǎn)生縫隙和空洞，電熔連接后耐氣密性良好?！?/p>

3.3 電熔鞍型連接的質(zhì)量檢驗(yàn)

對(duì)于熱熔連接接頭，主要檢查接頭翻邊的對(duì)稱(chēng)性、接頭對(duì)正性，并進(jìn)行翻邊切除檢驗(yàn)。一般對(duì)于材料問(wèn)題如熔體質(zhì)量流動(dòng)速率不匹配、受潮，操作問(wèn)題如壓力、溫度、時(shí)間參數(shù)設(shè)置不當(dāng)?shù)然灸軌虬l(fā)現(xiàn)。而對(duì)于電熔連接接頭，接頭的融合情況都包覆在電熔管件內(nèi)，在熔融料沒(méi)有大量溢出的情況下，質(zhì)量檢驗(yàn)只能從電熔管件上的觀察孔來(lái)判斷，對(duì)于材料本身及軸線不一致引起的質(zhì)量問(wèn)題往往無(wú)法發(fā)現(xiàn)。因此電熔鞍形連接的質(zhì)量判斷相對(duì)比較困難。

《聚乙烯燃?xì)夤艿拦こ碳夹g(shù)規(guī)程》(CJJ 63—2008)提到對(duì)于電熔鞍型連接質(zhì)量檢驗(yàn)：

(1)電熔鞍型管件周邊的管材上應(yīng)有明顯刮皮痕跡(為了確認(rèn)已經(jīng)去除焊接表面上的氧化層)；

(2)鞍型分支或鞍型三通的出口應(yīng)垂直于管材的中心線(如果不垂直會(huì)導(dǎo)致虛焊)；

(3)管材壁不應(yīng)塌陷；

(4)熔融料不應(yīng)從鞍型管件周邊溢出；

(5)鞍型管件上觀察孔中應(yīng)能看到少量熔融料溢出，但溢料不得呈流淌狀(如果溢料說(shuō)明已過(guò)焊)。

《燃?xì)庥镁垡蚁┕艿篮附蛹夹g(shù)規(guī)則》(TSGD 2002—2005)對(duì)電熔鞍型焊接工藝評(píng)定檢驗(yàn)與試驗(yàn)要求：

(1)外觀檢查；

(2)DN≤225擠壓剝離試驗(yàn)；

(3)DN＞225撕裂剝離試驗(yàn)。

以上兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)提到的聚乙烯管道接頭質(zhì)量檢驗(yàn)主要靠目視檢測(cè)和破壞性試驗(yàn)。目視檢測(cè)不能直接觀察到接頭的內(nèi)部狀況，其檢測(cè)可靠性不高；破壞性試驗(yàn)是一種抽樣檢測(cè)方法，抽樣比例極小，難以代表施工質(zhì)量(尤其針對(duì)PE管帶壓開(kāi)孔封堵這種特殊施工，無(wú)法抽樣只能外觀檢驗(yàn)后進(jìn)行氣密性試驗(yàn))。國(guó)外研究人員早在九十年代就開(kāi)始了對(duì)PE管道熔接接頭進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)的相關(guān)研究實(shí)踐。我國(guó)的《無(wú)損檢測(cè) 聚乙烯管道焊縫超聲檢測(cè)》(JB/T 10662—2006)提到了熱熔對(duì)接焊縫、套接焊縫的超聲檢測(cè)方法，由于聚乙烯材料超聲波衰減系數(shù)大(0.49~0.51 dB/mm范圍內(nèi)變化)以及電熔接頭中金屬絲信號(hào)干擾導(dǎo)致常規(guī)超聲檢測(cè)方法無(wú)法有效檢出接頭缺陷。近幾年，浙江大學(xué)與浙江省特種設(shè)備檢驗(yàn)中心利用超聲相控陣技術(shù)及B掃描成像技術(shù)對(duì)電熔承插接頭進(jìn)行缺陷檢測(cè)，經(jīng)試驗(yàn)證實(shí)具備應(yīng)用于工程實(shí)踐的可行性。

4 聚乙烯混配料、管件

4.1 聚乙烯混配料現(xiàn)狀

國(guó)外進(jìn)口樹(shù)脂在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)處于絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，國(guó)內(nèi)石化企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)也已投入大量精力進(jìn)行研發(fā)生產(chǎn)，取得了一定進(jìn)展，但存在滿足要求的生產(chǎn)企業(yè)少、樹(shù)脂牌號(hào)少、質(zhì)量性能不穩(wěn)定等問(wèn)題。

4.2 電熔管件

國(guó)內(nèi)存在大量從事電熔管件生產(chǎn)的企業(yè)，尤其是近十年來(lái)大量外資在國(guó)內(nèi)建廠，極大提高了管件供應(yīng)量，這一方面滿足了我國(guó)燃?xì)夤芫W(wǎng)建設(shè)對(duì)電熔管件的需求，另一方面也造成了“在多種供應(yīng)商、多種原料、多種生產(chǎn)規(guī)范下生產(chǎn)的管件、管材匯織一張燃?xì)夤芫W(wǎng)”的局面，導(dǎo)致日后管網(wǎng)維修難度加大、管網(wǎng)維護(hù)成本提高。

5 結(jié)語(yǔ)

筆者認(rèn)為，為了能夠?qū)崿F(xiàn)安全、保質(zhì)的PE管開(kāi)孔封堵，有以下幾個(gè)問(wèn)題需要解決或完善：

(1)地方燃?xì)夤芫W(wǎng)建設(shè)、管理單位應(yīng)借鑒G5+組織(香港中華燃?xì)?、北京燃?xì)?、廣州燃?xì)?、深圳燃?xì)?、成都燃?xì)饨M成)制定的G5+標(biāo)準(zhǔn)模式，對(duì)PE材料供應(yīng)商、原料、生產(chǎn)規(guī)范等提出嚴(yán)格要求，指定原料，保證混配料質(zhì)量；

(2)進(jìn)一步完善國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)檢測(cè)和控制電熔管件焊接性能和焊接質(zhì)量的性能指標(biāo)，比如加大對(duì)PE管道無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的研發(fā)與實(shí)踐，進(jìn)而形成國(guó)家、地方、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；

(3)PE管件、管材供應(yīng)商與國(guó)內(nèi)不停輸設(shè)備生產(chǎn)廠商合作，將各自的管件管材熔接優(yōu)勢(shì)與帶壓開(kāi)孔封堵設(shè)備優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，形成系列PE帶壓開(kāi)孔、封堵設(shè)備(比如燃?xì)夤芫W(wǎng)建設(shè)、管理公司指定某家管材、管件供應(yīng)商，該供應(yīng)商提供的管材與管件相互配套，管件與國(guó)內(nèi)不停輸設(shè)備廠商的開(kāi)孔設(shè)備相配套，這樣就徹底解決了燃?xì)夤芫W(wǎng)中多品牌管材、管件問(wèn)題，同時(shí)也為PE管帶壓開(kāi)孔提供了應(yīng)用條件)；

(4)燃?xì)夤芫W(wǎng)建設(shè)、管理公司牽頭，召集地方造價(jià)站、設(shè)計(jì)單位、施工單位，合理確定特殊施工(諸如此類(lèi)帶壓開(kāi)孔、封堵類(lèi)施工)的定額，建立、健全相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范、施工工法，規(guī)范設(shè)計(jì)、施工。

PE管帶壓開(kāi)孔、封堵技術(shù)有一定實(shí)際應(yīng)用價(jià)值和發(fā)展前景，隨著PE管道在城市燃?xì)夤芫W(wǎng)中比例的不斷加大、PE材料質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)以及工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)一步完善和落實(shí)、PE材料市場(chǎng)的進(jìn)一步規(guī)范，這項(xiàng)技術(shù)必將同金屬管道帶壓開(kāi)孔封堵技術(shù)一樣得到普及應(yīng)用，發(fā)揮其在燃?xì)夤芫W(wǎng)維修搶修中的作用。