燃?xì)饩垡蚁?PE)管道的性能與應(yīng)用分析

摘 要:介紹了燃?xì)釶E管的性能，分析了《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》GB50028-2006推薦使用的埋地燃?xì)夤艿肋B接方式的特點(diǎn)，并對(duì)其進(jìn)行了比較選擇。

關(guān)鍵詞:燃?xì)釶E管 連接

中圖分類號(hào):TQ325文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2012)04(b)-0051-02

世界各國(guó)工業(yè)化以來，特別是西方國(guó)家進(jìn)入現(xiàn)代化百余年以來，市政建設(shè)中用于輸送常溫下水、氣、油的流體的管道通常采用碳鋼作為管道主體，二次大戰(zhàn)以后，特別是20世紀(jì)60年代以后，隨著技術(shù)的發(fā)展，大量新材料得到開發(fā)和應(yīng)用，在市政燃?xì)夤艿老到y(tǒng)中，由于傳統(tǒng)管道鋼管抗腐蝕性能較低、施工難度大、造價(jià)高等因素，尋求在性能、經(jīng)濟(jì)及實(shí)用性優(yōu)越的管材以替代鋼管作為燃?xì)夤艿溃恢笔强茖W(xué)家和材料生產(chǎn)企業(yè)努力的方向，通過不斷的開發(fā)試驗(yàn)及實(shí)用對(duì)比，聚乙烯PE管材成為替代金屬管綜合性能最好的管材之一。

聚乙烯(PE)管具有:安裝快捷，性能安全可靠，使用周期較長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)，使其應(yīng)用于市政燃?xì)夤こ痰木C合性價(jià)比其它各種管材中是較高的，因此聚乙烯(PE)管已成為目前較為理想的燃?xì)饴竦赜霉懿?，具有較大的開發(fā)和應(yīng)用前景。

1 埋地燃?xì)夤艿拦こ虒?duì)于管材的基本要求

燃?xì)夤艿酪惺芤欢ǖ膲毫ΑＨ細(xì)庑孤?huì)導(dǎo)致爆炸、火災(zāi)、人身傷亡，造成重大經(jīng)濟(jì)損失。因此，對(duì)燃?xì)夤懿牡幕疽笫?有足夠的機(jī)械強(qiáng)度(抗拉強(qiáng)度、延伸率)，連接性好，具有不透氣性。燃?xì)夤懿谋仨毦哂幸韵禄咎匦浴?/p>

1.1 材料的強(qiáng)度性能

管道材料的強(qiáng)度性能從抗拉強(qiáng)度極限、屈服極限、延伸率等幾個(gè)參數(shù)進(jìn)行分析。這幾個(gè)參數(shù)因材質(zhì)的不同而有較大的變化，鋼管的抗拉強(qiáng)度極限一般為335～565MPa，[1]屈服極限一般為205～480MPa，鋼的延伸率越大，其屈服極限越低，塑性越好，則越易焊接加工。

1.2 材料的斷裂韌性

管道斷裂可分為韌性斷裂和脆性斷裂兩種。過大的拉應(yīng)力和裂紋缺陷是韌性斷裂的主要原因，低溫、應(yīng)力和裂紋缺陷3種條件共同作用是脆性斷裂的主要原因。為了防止管道在工作條件下斷裂，在管材生產(chǎn)和施工過程中應(yīng)注意消除管道裂紋缺陷并減小外應(yīng)力。

1.3 材料的可靠連接性能

要求管材在一定的連接(焊接、機(jī)械連接等)工藝方法、工藝參數(shù)和結(jié)構(gòu)形式的條件下，能夠獲得可靠的連接性能。

1.4 材料的抗府蝕性能

城市用燃?xì)庖话闶墙?jīng)過凈化的燃?xì)?，可以不考慮管道的內(nèi)壁腐蝕。室內(nèi)燃?xì)夤艿篱L(zhǎng)期裸露于大氣中，應(yīng)考慮管材外壁的抗腐蝕能力;特別是在大氣環(huán)境比較惡劣大城市，更應(yīng)該注意此項(xiàng)性能。

1.5 材料的溫差適應(yīng)性

在惡劣環(huán)境條件下，如低溫(0～-20℃)、高溫(40℃)時(shí)，管材不發(fā)生低溫脆裂和高溫變形。

2 燃?xì)庥镁垡蚁?PE)管道特性

PE燃?xì)夤苁且詢?yōu)質(zhì)聚乙烯樹脂為主要原料，添加必要的抗氧劑、紫外線吸收劑等助劑，經(jīng)擠出加工而成的一種新型產(chǎn)品，是能夠滿足上述要求的埋地燃?xì)夤懿闹弧?/p>

2.1 聚乙烯(PE)管的定義

(1)PE管原料分類:

PE管習(xí)慣上按照密度分為低密度及線型低密度聚乙烯(LDPE及LLDPE)管(密度為0.900-0.930g/cm3)，中密度聚乙烯(MDPE)管(密度為0.930-0.940g/cm3)和高密度聚乙烯(HDPE)管(密度為0.940-0.965g/cm3)。

根據(jù)PE管的長(zhǎng)期靜液壓強(qiáng)度(MRS)，國(guó)際上將聚乙烯管材料分為PE32、PE40、PE63、PE80和PE100五個(gè)等級(jí)。

(2)PE燃?xì)夤芤?guī)格:聚乙烯燃?xì)夤懿膰?guó)標(biāo)目前分為SDR11和SDR17.6兩個(gè)系列，國(guó)產(chǎn)PE管規(guī)格從De32～De400;最新發(fā)布的ISO標(biāo)準(zhǔn)和歐洲標(biāo)準(zhǔn)已將管材的公稱外徑擴(kuò)大到630mm。

2.2 聚乙烯(PE)管的連接方式

《燃?xì)庥镁垡蚁┕艿篮附蛹夹g(shù)規(guī)則》(TSG D2002-2006)推薦的PE管的連接方式主要有熱熔、電熔連接方式。

(1)熱熔連接

熱熔連接原理是將兩根PE管道的配合面緊貼在加熱工具上來加熱其平整的端面直至熔融，移走加熱工具后，將兩個(gè)熔融的端面緊靠在一起，在壓力的作用下保持到接頭冷卻，使之成為一個(gè)整體。

(2)電熔連接

聚乙烯管電熔焊接的原理是用電熔焊機(jī)給鑲嵌在電熔管件內(nèi)壁的電阻絲通電加熱，其加熱的能量使管件和管材的連接界面熔融。在管件兩端的間隙封閉后，界面熔融區(qū)的熔融物在高溫和壓力作用下，其分子鏈段相互擴(kuò)散，當(dāng)界面上互相擴(kuò)散的深度達(dá)到了鏈纏結(jié)所必須的尺寸，自然冷卻后界面就可以得到必要的焊接強(qiáng)度，形成管連可靠的焊接連接。

3 聚乙烯(PE)管在燃?xì)忸I(lǐng)域中的應(yīng)用

20世紀(jì)50年代，PE63開始用作壓力管道的材料，并用于較大管徑的管道工程。80年代初到90代，在PE63的基礎(chǔ)上成功研發(fā)了PE80，較好地滿足輸氣管道特性要求。西方發(fā)達(dá)國(guó)家在管道燃?xì)夤こ躺洗笈坎捎昧薖E燃?xì)夤埽绶▏?guó)1970年開始使用PE管，從1980年以后除2MPa城市干線外，PE管在燃?xì)廨斉涔芫W(wǎng)的建設(shè)中完全取代了鋼管。英國(guó)從1969也開始使用PE燃?xì)夤堋?0年代末研制出用雙峰共聚工藝生產(chǎn)的PE100材料，這一PE100材料的出現(xiàn)，使大口徑管的使用具有很大優(yōu)勢(shì)。

我國(guó)從80年代初期開始PE燃?xì)夤艿难芯抗ぷ鳎?995年國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布了《燃?xì)庥寐竦鼐垡蚁┕懿摹稧B15558.1-1995、《燃?xì)庥寐竦鼐垡蚁┕芗稧B15558.2-1995以及建設(shè)部頒發(fā)的《聚乙烯燃?xì)夤艿拦こ碳夹g(shù)規(guī)程》CJJ63-95。國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局于2003年發(fā)布《燃?xì)庥寐竦鼐垡蚁?PE)管道系統(tǒng)? 第一部分:管材》GB15558.1-2003代替GB15558.1-1995;2005年發(fā)布了《燃?xì)庥寐竦鼐垡蚁?PE)管道系統(tǒng)? 第二部分:管件》GB15558.2-2005;2006年頒布了《燃?xì)庥镁垡蚁┕艿篮附蛹夹g(shù)規(guī)則》TSG D2002-2006。以上一系列實(shí)踐、研究、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程制訂、更新，對(duì)聚乙烯燃?xì)夤艿陌l(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)有力的基礎(chǔ)，也為聚乙烯燃?xì)夤艿涝诠艿廊細(xì)夤こ讨械膽?yīng)用確定了理論依據(jù)和設(shè)計(jì)、施工標(biāo)準(zhǔn)。

2006年，《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》GB50028-2006的修訂也向聚乙烯(PE)管在燃?xì)忸I(lǐng)域中的應(yīng)用敞開了大門，這為聚乙烯(PE)管在燃?xì)獍惭b中大展拳腳，提供了廣闊的空間。

4 燃?xì)饩垡蚁?PE)管的優(yōu)越性

4.1 材料強(qiáng)度高

與其它各種常見材料相比，聚乙烯(PE)管的材料強(qiáng)度高，具體指標(biāo)見表1。[1]9

4.2 使用壽命長(zhǎng)

與其它各種常見材料相比，聚乙烯(PE)管的使用壽命較長(zhǎng)，具體指標(biāo)見表2。[1]9

4.3 安全性能高

(1)強(qiáng)度高的管材是安全性的基礎(chǔ)

由表1可以看出，聚乙烯(PE)管，與常用的其他燃?xì)夤鼙容^，它的抗拉強(qiáng)度達(dá)到和超過碳鋼管，PE燃?xì)夤茼g性好，耐沖擊強(qiáng)度高，重物直接壓過管道不會(huì)導(dǎo)致管道破裂。高強(qiáng)度的不銹鋼管承壓較高，能承受外力撞擊和較高的輸送介質(zhì)的壓力，是安全性好的基礎(chǔ)。

(2)耐腐蝕性好的管材是安全性的保障

碳鋼管道最忌輸送介質(zhì)和外部環(huán)境的腐蝕，由其基本性能知，就耐腐蝕性能而言，PE管是各種流體輸送管材中的佼佼者，具有卓越的耐腐蝕性能:除少數(shù)強(qiáng)氧化劑外，可耐多種化學(xué)介質(zhì)的侵蝕，它在各種含氧量、溫度、pH值溶液中均有良好耐腐蝕性，一旦表面受損也很快能在常態(tài)下自然氧化愈合，因此一般不會(huì)發(fā)生局部腐蝕，能切實(shí)保障管材的安全性。

(3)PE管具有可靠的連接性能:-PE管道獨(dú)特的電熱熔焊接和熱熔對(duì)接焊技術(shù)，使接口強(qiáng)度高于管材本體強(qiáng)度，接縫不會(huì)由于土壤移動(dòng)或載荷的作用而斷開，從而保證了接口的安全可靠性。

4.4 施工性能良好

管道質(zhì)輕、運(yùn)輸、安裝方便，焊接工藝簡(jiǎn)單，施工快捷，工程綜合造價(jià)明顯降低;同時(shí)PE管為柔性管道，具有高韌性和良的撓性。工程適應(yīng)性強(qiáng)，在市政燃?xì)夤こ毯妥≌^(qū)庭院里的各專業(yè)管道多，管位緊張，在這種復(fù)雜的施工環(huán)境中，它有一種柔韌性，能在許可的曲率半徑下可自然彎曲規(guī)避，蜿蜒敷設(shè)安裝。

目前，國(guó)內(nèi)聚乙烯(PE)管的施工已逐漸使用全自動(dòng)焊接全面替代手動(dòng)焊接，PE管的全自動(dòng)焊接體現(xiàn)了一下幾點(diǎn)工藝優(yōu)越性:

(1)全自動(dòng)熱熔對(duì)接焊機(jī)利用計(jì)算機(jī)控制焊接的工藝參數(shù)和工藝過程，可避免人為因素影響。

(2)全自動(dòng)熱熔對(duì)接焊機(jī)，可以選定最佳熱熔焊接參數(shù)，并保持很小的公差，大大減少了操作人員對(duì)焊接過程的干預(yù)程度，從而保證了焊接質(zhì)量。

(3)全自動(dòng)熱熔對(duì)接焊機(jī)，控制精度高，重復(fù)準(zhǔn)確性好，操作簡(jiǎn)便實(shí)用，且焊接結(jié)果獨(dú)立于設(shè)備的操作者，即影響焊接質(zhì)量的人為因素幾乎為零。

(4)所有焊接工藝參數(shù)的理論值和實(shí)際值都被儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)中，隨時(shí)可以調(diào)用，實(shí)現(xiàn)了可追溯性。

4.5 使用性能優(yōu)異

PE管內(nèi)壁光滑、摩擦系數(shù)低，介質(zhì)通過能力相應(yīng)提高，并具有優(yōu)異的耐磨性能，有利于氣液態(tài)燃?xì)獾妮斔?。燃?xì)釶E管內(nèi)壁粗糙度小，其粗糙度為0.01mm，而鋼管內(nèi)壁粗糙度為0.2mm，因此，理論上PE管的燃?xì)饨?jīng)濟(jì)流速可比鋼管高出數(shù)倍，氣體輸送能力比鋼管大得多，輸送管線長(zhǎng)度要遠(yuǎn)得多。因此，選用燃?xì)釶E管在運(yùn)行能力上得到很大提升。

4.6 投資成本低

管材的價(jià)格比目前常用的燃?xì)怃摴艿膬?yōu)勢(shì)是眾所周知，小管徑PE管道一般采用電熔連接，PE管件價(jià)格高;對(duì)大管徑的PE管，其價(jià)格要比鋼管高，但可采用熱熔連接，節(jié)省管件費(fèi)用和人工機(jī)械費(fèi)用，同時(shí)，相對(duì)于中壓鋼質(zhì)燃?xì)夤艿涝诎惭b焊接過中必須經(jīng)無損探傷等一筆可貴的費(fèi)用，檢測(cè)程序也比較復(fù)雜;而PE燃?xì)夤軝z測(cè)程序、檢測(cè)方法和手段簡(jiǎn)單有效，檢測(cè)費(fèi)很小?？傊?，燃?xì)釶E管材料和安裝費(fèi)用較鋼管優(yōu)勢(shì)。而且壽命長(zhǎng)、無需防腐，其綜合價(jià)仍比鋼管投資低。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，PE燃?xì)夤艿谰哂行阅軆?yōu)異，施工簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，維修方便，使用壽命長(zhǎng)，投資成本低等優(yōu)點(diǎn)，以及廣泛使用聚乙烯(PE)燃?xì)夤芤院蠛?，市政管理部門及燃?xì)馄髽I(yè)不斷摸索和總結(jié)出了完善的運(yùn)行管理和維護(hù)方法，完全實(shí)現(xiàn)了燃?xì)夤芫W(wǎng)安全運(yùn)行，因此聚乙烯(PE)燃?xì)夤艿涝谑姓細(xì)夤芫W(wǎng)建設(shè)的應(yīng)用前景十分廣闊。

參考文獻(xiàn)

[1]GB50028-2006城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范.

[2]GB15558.1-2003燃?xì)庥寐竦鼐垡蚁?PE)管道系統(tǒng) 第1部分:管材.

[3]GB15558.2-2005燃?xì)庥寐竦鼐垡蚁?PE)管道系統(tǒng) 第2部分:管件.

[4]CJJ63-95聚乙烯燃?xì)夤芄こ碳夹g(shù)規(guī)程》.

[5]TSG D2002-2006燃?xì)庥镁垡蚁┕艿篮附蛹夹g(shù)規(guī)則.