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聚乙烯(PE)燃氣管道的應(yīng)用與發(fā)展
一、 燃氣用埋地聚乙烯管道系統(tǒng)發(fā)展簡史
本世紀在管道領(lǐng)域發(fā)生了一場革命性的進步，即“以塑代鋼”。隨著高分子材料科學(xué)技術(shù)的飛躍進步，塑料管材開發(fā)利用的深化，生產(chǎn)工藝的不斷改進，塑料管道淋漓盡致地展示其卓越性能。在今天，塑料管材已不再被人們誤認為是金屬管材的“廉價代用品”。在這場革命中，聚乙烯管道倍受青睞，日益發(fā)出奪目的光輝，廣泛用于燃氣輸送、給水、排污、農(nóng)業(yè)灌溉、礦山細顆粒固體輸送，以及油田、化工和郵電通訊等領(lǐng)域，特別在燃氣輸送上得到了普遍的應(yīng)用。
1. 國外聚乙烯燃氣管發(fā)展簡史
1933年英國ICI公司首先發(fā)現(xiàn)了聚乙烯(PE)。發(fā)展至今，聚乙烯已是由多種工藝方法生產(chǎn)的、具有多種結(jié)構(gòu)和特性及多種用途的系列品種樹脂，已占世界合成樹脂產(chǎn)量的三分之一，居第一位。
第二次世界大戰(zhàn)時期，由于銅與鋼材的短缺，國外開始研究在燃氣輸配等領(lǐng)域使用塑料管。燃氣輸配用塑料管的材料按應(yīng)用的起始年代分別為：醋酸-丁酸纖維素（1949年美國），硬聚氯乙烯（1950年原西國），耐沖擊聚氯乙烯（1952年美國），環(huán)氧玻璃鋼（1955年美國），聚乙烯（1956年美國），滌綸（1963年意大利）和尼龍（1969年澳大利亞）。隨著時間的推移和對燃氣工程運行經(jīng)驗的不斷總結(jié)，人們逐漸認識到在應(yīng)用塑料管時應(yīng)考慮以下幾個方面的因素：
a.經(jīng)濟性
b.接口穩(wěn)定、嚴密性
c.耐環(huán)境應(yīng)力開裂
d.耐腐蝕和耐化學(xué)性
e.耐老化性
f.韌性
g.柔軟、可撓性
h.耐久性
i.強度與溫度的關(guān)系
j.長期靜液壓強度的大小
經(jīng)過順序淘汰，到60年代后期，只剩下聚氯乙烯管和聚乙烯管。聚氯乙烯管雖然強度大，成本低廉，但與聚乙烯相比有如下缺點：
a.脆性，易產(chǎn)生斷裂現(xiàn)象；
b.缺乏可撓性，不能盤卷等；
c.接觸溶劑的可靠性差等。
因此，采用聚氯乙烯管的數(shù)量大幅減少，而使用聚乙烯管顯著上升。自1956年鋪設(shè)第一條聚乙烯燃氣管道以來，到70年代，在歐洲和北美，聚乙烯管道在燃氣領(lǐng)域得到迅速的推廣應(yīng)用。聚乙烯管道在各國燃氣管道上的廣泛應(yīng)用已成為管道領(lǐng)域最為引人注目的成就。這一方面是由于聚乙烯材料制作管道具有非常獨到的技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)勢，另一方面是由于聚乙烯管道的原料性能，管材、管件制造工藝，連接方法，連接機具以及運行中的維修手段等在多年的實踐中，已達到完善的配套系統(tǒng)。時至今日，在燃氣領(lǐng)域，無論是對于新鋪設(shè)或舊管道的修復(fù)和更新，聚乙烯管都是主要的選擇之一。歐洲的PE燃氣管道普及率極高，如英國、丹麥等國均超過90%，法國1998年新敷設(shè)燃氣管道幾乎100%采用聚乙烯管道。早在1988年，在慕尼黑召開的國際煤聯(lián)(IGU)配氣委員會會議，委員們一致認為采用聚乙烯(PE)埋地燃氣管道質(zhì)量可靠，運行安全，維護簡便，費用經(jīng)濟。這種共識顯然是五十年來聚乙烯管道與其它管道反復(fù)比較、競爭后達成的。應(yīng)該指出，這不僅應(yīng)歸功于PE管的優(yōu)良的綜合性能，而且緣于PE管道的原料性能，管材、管件制造工藝，連接方法，連接機具以及運行中的維修手段等在多年的實踐中，不斷取得革命性的進步。如對PE管道性能影響最大的因素之一的原料，隨著聚合工藝的改進，八十年代水平PE管材原料與七十年代水平相比較，即取得極大的進步。 經(jīng)過近半個世紀的不斷發(fā)展，時至今日，聚乙烯管道已成為最成熟的塑料管道品種之一。自六十年代初，探索聚乙烯管道用于燃氣輸送以來，圍繞聚乙烯管道系統(tǒng)的各個方面的研究和開發(fā)工作就一直未間斷，且異�；钴S。世界上很多國家聚乙烯樹脂制造商、管材制造商、管件及管路附件制造商、管材擠出設(shè)備制造商、管道的施工和使用單位（如燃氣公司和自來水公司）、施工機具的制造商、產(chǎn)品認證機構(gòu)、有關(guān)大學(xué)和科研機構(gòu)均以極大的熱情投入到這項工作中來。研究開發(fā)的廣度、深度及速度，是其他類塑料管道所難與比擬的。聚乙烯管道系統(tǒng)的高度成熟突出表現(xiàn)在：
（1） 聚乙烯管材級原料不斷發(fā)展，八十年代末第三代聚乙烯管材樹脂（PE100）出現(xiàn)，使大口徑管的使用也具有了優(yōu)勢。
（2） 嚴謹而科學(xué)的管道設(shè)計理念。對聚乙烯管材料長期使用性能的評價形成了系統(tǒng)科學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)評價方法，從而在設(shè)計上保證了長期使用性能及使用的安全性。
（3）高度成熟的制造設(shè)備和擠出工藝。
（4）與管材同步發(fā)展，多品種配套的管件。
（5）管道連接、施工和維護的成熟技術(shù)與設(shè)備。
（6）豐富的研究成果、大量成功的工程實踐和系統(tǒng)完備的標(biāo)準(zhǔn)體系。從原料到工程施工，從產(chǎn)品要求到質(zhì)量的控制方法，聚乙烯管道系統(tǒng)均具有完備的ISO標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)的高水平和系統(tǒng)化，標(biāo)志了聚乙烯管道發(fā)展的高度成熟。
2. 國內(nèi)聚乙烯燃氣管發(fā)展簡史
我國是從80年代初期開始聚乙烯燃氣管的研究工作,最早使用聚乙烯管輸送城鎮(zhèn)燃氣是1982年在上海。為使聚乙烯燃氣管研究工作受到重視并順利進行，國家科委1987年把“聚乙烯燃氣管專用料研制和加工應(yīng)用技術(shù)開發(fā)”列為國家“七五”科技攻關(guān)項目，從專用原料─管材、管件加工─工程應(yīng)用─標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制定進行系統(tǒng)研究，取得豐碩成果。1995年，國家技術(shù)監(jiān)督局、建設(shè)部分別頒發(fā)了PE燃氣管材、管件的國家標(biāo)準(zhǔn)和工程技術(shù)的行業(yè)規(guī)程。目前，PE燃氣管正在國內(nèi)迅速推廣使用。在PE燃氣管推動下，國內(nèi)已基本掌握PE工程管道的生產(chǎn)與使用技術(shù)，引進了相當(dāng)數(shù)量的國際一流生產(chǎn)線，形成了相當(dāng)規(guī)模的生產(chǎn)能力。這對聚乙烯燃氣管的發(fā)展奠定了堅實有力的基礎(chǔ)。99年國內(nèi)聚乙烯燃氣管材產(chǎn)量已近1萬噸，并以20%的年增長率向前發(fā)展。
二、 聚乙烯燃氣管原料特性及其發(fā)展
聚乙烯管習(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）。由于材料的不斷進步，根據(jù)發(fā)展階段和性能的不同，產(chǎn)生了材料的等級分化，密度不能反映聚乙烯作為管材的本質(zhì)性能，因此目前國際上根據(jù)聚乙烯管的長期靜液壓強度（MRS）對管材及其原料進行分類和命名。長期靜液壓強度是指連續(xù)施加在該聚乙烯樹脂制管管壁上50年時引起管材破壞時所計算的在管壁上的環(huán)向張應(yīng)力，該值是管材結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)。聚乙烯管的工程設(shè)計概念與金屬管不同，對于金屬管的設(shè)計，廣泛的使用環(huán)境溫度下的屈服強度系數(shù)。而聚乙烯管與金屬管不同，它受持續(xù)應(yīng)力及溫度變化的影響，因此聚乙烯管的設(shè)計應(yīng)力應(yīng)根據(jù)長期強度來決定，即通過繪制恒溫下應(yīng)力與破壞時間的曲線來確定。根據(jù)聚乙烯管的長期靜液壓強度（MRS），國際上將聚乙烯管材料分為PE32、PE40、PE63、PE80和PE100五個等級。目前國際上使用量最大的管材樹脂的MRS值為8.0MPa(PE80級)，而MRS值為10MPa(PE100級)的管材樹脂的已開發(fā)成功，這種樹脂采用雙峰分布、己烯共聚技術(shù)，在提高長期靜液壓強度的同時，也提高了耐慢速裂紋增長和耐快速開裂擴展性能，并具有良好的加工性，為提高管網(wǎng)輸送壓力、增大管道口徑、擴大管道應(yīng)用范圍創(chuàng)造了條件。目前PE100的管材使用量，特別是在大口徑管材上的用量，正在迅速上升。表1列出了目前歐洲PE100級聚乙烯燃氣管道實際使用壓力。
表1. 歐洲PE100級聚乙烯燃氣管道實際使用壓力
目前,國外正在嘗試將SDR11的聚乙烯燃氣管的使用壓力提高到1.0Mpa。
三、 聚乙烯燃氣管材的特點
聚乙烯燃氣管道具有許多卓越的特性，如耐低溫，韌性好，剛?cè)嵯酀Ｒ蚨谝恍┨厥庥猛局懈谴箫@身手，因為在這些領(lǐng)域中，傳統(tǒng)材料管子，不是不適用，就是費用大，而且還不能保證管道的安全使用。如鋼管、鑄鐵管最大的問題是在使用期內(nèi)，普遍發(fā)生的腐蝕和接頭泄漏。聚乙烯管則具有明顯的優(yōu)點，圓滿地解決了傳統(tǒng)管道的腐蝕和接頭泄漏兩大難題。如作為室外線路管敷設(shè)在腐蝕性的土壤中，地震地區(qū)、山地和沼澤地區(qū)；作為承插管插入舊管道中修復(fù)、更新舊管道。由于與眾不同的施工特點，往往為用戶帶來巨大的經(jīng)濟效益。如美國資料報導(dǎo)，聚乙烯管安裝費用低于鋼管道安裝費用50%，而穿插法又比聚乙烯管直接埋地法節(jié)約30-40%。聚乙烯管的主要優(yōu)點體現(xiàn)在：
1.耐腐蝕。聚乙烯為惰性材料，除少數(shù)強氧化劑外，可耐多種化學(xué)介質(zhì)的侵蝕。無電化學(xué)腐蝕，不需要防腐層。
2.不泄漏。聚乙烯管道主要采用熔接連接（熱熔連接或電熔連接），本質(zhì)上保證接口材質(zhì)、結(jié)構(gòu)與管體本身的同一性，實現(xiàn)了接頭與管材的一體化。試驗證實，其接口的抗拉強度及爆破強度均高于管材本體，可有效地抵抗內(nèi)壓力產(chǎn)生的環(huán)向應(yīng)力及軸向的拉伸應(yīng)力。因此與橡膠圈類接頭或其他機械接頭相比，不存在因接頭扭曲造成泄漏的危險。
3.高韌性。聚乙烯管是一種高韌性的管材，其斷裂伸長率一般超過500%，對管基不均勻沉降的適應(yīng)能力非常強。也是一種抗震性能優(yōu)良的管道。在1995年日本的神戶地震中，聚乙烯燃氣管和供水管是唯一幸免的管道系統(tǒng)。正因為如此，日本震后大力推廣PE管在燃氣領(lǐng)域的使用。
4.聚乙烯管具有優(yōu)良的撓性。聚乙烯的撓性是一個重要的性質(zhì)，它極大地增強了該材料對于管線工程的價值。聚乙烯的撓性使聚乙烯管可以進行盤卷，并以較長的長度供應(yīng)，不需要各種連接管件。用于不開槽施工，聚乙烯管道的走向容易依照施工方法的要求進行改變；聚乙烯材料的撓性，使其可在施工前改變管材的形狀，插入舊管后恢復(fù)原來的大小和尺寸。
5. 聚乙烯管道具有良好的抵抗刮痕能力。采用不開槽施工技術(shù)，無論是鋪設(shè)新管或舊管道的修復(fù)或更新，刮痕是無法避免的。刮痕造成材料的應(yīng)力集中，引發(fā)管道的破壞。管材抵抗刮痕的能力，與管材的慢速裂紋增長(SCG)行為關(guān)系密切，研究證明，PE80等級的聚乙烯管具有較好的抵抗SCG的能力和耐刮痕能力。PE100聚乙烯管材料則具有更加出色的抵抗刮痕能力。
6. 良好的快速裂紋傳遞抵抗能力。管道的快速開裂是指在管道偶然發(fā)生開裂時，裂紋以幾百m/秒的速度迅速增長，瞬間造成幾十m甚至上千m管道破壞的大事故�？焖匍_裂是一種偶發(fā)事故，但其后果是災(zāi)難性的。早在五十年代，美國輸氣鋼管曾發(fā)生幾起快速開裂事故。聚氯乙烯氣管和水管均曾發(fā)生過快速開裂事故。實際使用中尚未發(fā)現(xiàn)聚乙烯燃氣管的快速開裂。因而近10年來，國際上對塑料管道，特別聚乙烯燃氣管的快速裂紋傳遞進行了大量卓有成效的研究工作。結(jié)果表明，在常用的塑料管材中，聚乙烯抵抗裂紋快速傳遞的能力名列前茅。如UPVC的動態(tài)斷裂韌性KD為1.8MNm-3/2，PP-R的KD為1.6MNm-3/2，而PE80的KD則為2.9MNm-3/2，PE100的KD則高達3.8MNm-3/2。溫度越低，管徑和壁厚越大，工作壓力越高，塑料管道快速開裂的危險性越大。因此，聚乙烯管道，特別是PE100管更適宜做大口徑管。目前，國外的聚乙烯燃氣管材標(biāo)準(zhǔn)（ISO4437-1997和EN1555）已將耐快速開裂擴展（RCP）列入標(biāo)準(zhǔn)之中。
7. 聚乙烯管道使用壽命長，可達50年以上，這是國外根據(jù)聚乙烯管材環(huán)向抗拉強度的長期靜水壓設(shè)計基礎(chǔ)值(HDB)確定的，已被國際標(biāo)準(zhǔn)確認。
此外，聚乙烯管道重量輕也是一重要因素。
四、 聚乙烯燃氣管道系統(tǒng)的設(shè)計
（一）、聚乙烯燃氣管道強度計算
做為工程管道，應(yīng)有兩個重要的指標(biāo)，即長期使用性能及使用的安全性。當(dāng)代聚乙烯管道的生產(chǎn)者完全可以提供真正稱之為工程塑料的管材和管件，是緣于兩個極為有力的后盾。一個是原材料供應(yīng)者的高度先進技術(shù)的支持；一個是科學(xué)而嚴謹?shù)脑O(shè)計思想。在當(dāng)代高分子材料科學(xué)技術(shù)進步支持下，聚乙烯管材樹脂的合成技術(shù)和性能不斷取得進展，管材長期使用性能日益提高，如1989年分子量分布呈雙峰型的PE100級管材樹脂的出現(xiàn)，將聚乙烯管材料推到了一個嶄新的高度。同時，對聚乙烯管材料長期使用性能的評價形成了系統(tǒng)科學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)評價方法，即對管材樹脂最低要求的靜液壓強度──MRS的測量。所謂MRS是指連續(xù)施加在該聚乙烯樹脂制管管壁上50年時引起管材破壞時所計算的在管壁上的環(huán)向張應(yīng)力。該值是管材結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)。聚乙烯管材結(jié)構(gòu)設(shè)計的ISO方程：
(SDR=de/e) 公式（1）
P 公稱壓力(MPa)
[δ] 設(shè)計應(yīng)力(MPa)
SDR 標(biāo)準(zhǔn)尺寸比
de 管公稱外徑
e 管公稱規(guī)定壁厚
管材設(shè)計應(yīng)力的求�。�
公式（2）
設(shè)計系數(shù)(C)：保證管道滿負載運行時還有一定的安全度。
（二）、我國聚乙烯燃氣管道工程技術(shù)規(guī)程設(shè)計系數(shù)
我國聚乙烯燃氣管道工程技術(shù)規(guī)程是根據(jù)PE80級管材來考慮，對不同種類燃氣的設(shè)計系數(shù)做出如下規(guī)定：
表2.不同種類燃氣的設(shè)計系數(shù)
根據(jù)以上設(shè)計系數(shù)，在我國聚乙烯管道輸送不同種類燃氣的最大允許工作壓力如下：
表3.不同種類燃氣的最大允許工作壓力
我國燃氣管道的施工技術(shù)規(guī)程的編制說明中也明確：我國允許使用壓力時按工作溫度20℃，使用壽命50年，管道環(huán)向應(yīng)力為8.0 Mpa（長期靜液壓強度），安全系數(shù)不小于4等4個條件來確定的。在安全性能得到保證的情況下，改變以上條件中的任意一個，最大允許工作壓力可以提高，也就是，經(jīng)過充分論證，設(shè)計系數(shù)可以調(diào)整。
五、 聚乙烯管材、管件的生產(chǎn)、型號規(guī)格及種類
（一）、聚乙烯管材的生產(chǎn)及型號規(guī)格
聚乙烯管材的生產(chǎn)在擠出生產(chǎn)線上進行，目前國內(nèi)幾個主要生產(chǎn)廠家都選用進口生產(chǎn)線，基本上實現(xiàn)了全自動控制，能夠自動上料、自動計量進料、自動切割和卷曲，產(chǎn)品質(zhì)量更加穩(wěn)定，生產(chǎn)效率明顯提高。聚乙烯燃氣管材國標(biāo)目前分為SDR11和SDR17.6兩個系列，管材的顏色有兩種，一種為黃色管，一種是黑管加黃條。規(guī)格從20mm～250mm；目前國內(nèi)已應(yīng)用的最大規(guī)格到ф400mm。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大到630 mm。管材的規(guī)格及尺寸偏差見下表：
表4 聚乙烯管材的規(guī)格尺寸表 單位：mm
0 2.3 +0.4
0 3.0 +0.4
0 25 +0.3
0 2.3 +0.4
0 3.0 +0.4
0 32 +0.3
0 2.3 +0.4
0 3.0 +0.4
0 * 40 +0.4
0 2.3 +0.4
0 3.7 +0.5
0 * 50 +0.4
0 2.9 <+0.4
0 4.6 <+0.6
0 * 63 +0.4
0 3.6 +0.5
0 5.8 +0.7
0 * 75 +0.5
0 4.3 +0.6
0 6.8 +0.8
0 90 +0.6
0 5.2 +0.7
0 8.2 +1.0
0 * 110 +0.6
0 6.3 +0.8
0 10.0 +1.1
0 * 125 +0.6
0 7.1 +0.9
0 11.4 +1.3
0 140 +0.9
0 8.0 +0.9
0 12.7 +1.4
0 160 <+1.0
0 9.1 +1.1
0 14.6 +1.6
0 * 180 +1.0
0 10.3 +1.2
0 16.4 +1.8
0 200 +1.2
0 11.4 +1.3
0 18.2 +2.0
0 * 225 +1.4
0 12.8 +1.4
0 20.5 +2.2
0 250 +1.5
0 14.2 +1.6
0 22.7 +2.4
0 * 315 +1.8
0 17.9 +1.9
0 28.7 +3.0
0 * 355 +2.0
0 20.2 +2.2
0 32.3 +3.4
0 400 +2.2
0 22.8 +2.4
0 36.4 +3.8
0
注：備注欄中帶*號的為目前國內(nèi)常用規(guī)格
（二）、聚乙烯管件的品種
聚乙烯管件根據(jù)施工方法、用途的不同，可分為電熔管件和熱熔管件。根據(jù)生產(chǎn)方式的不同，可分為注塑管件和焊制管件兩大類。大部分管件都可以采用注塑模具一次成型，但對于一些壁厚、體積、重量都較大的管件，可采用管材焊制加工的方法制造。采用焊制方法生產(chǎn)的管件一般有三通、四通和彎頭，公稱尺寸范圍隨著管材擴大；采用注塑方法生產(chǎn)的熱熔管件有法蘭、變徑、彎頭、等徑三通、異徑三通和端帽；電熔管件也是采用注塑方法生產(chǎn)的，其種類有電熔套筒、電熔變徑、電熔彎頭、電熔三通、電熔鞍型三通、電熔鞍型分支和端帽等；目前，國內(nèi)常用的管件規(guī)格見下表：
表5.聚乙烯管件規(guī)格型號單位：mm
六、 聚乙烯管材的性能指標(biāo)及檢測
目前我國對聚乙烯燃氣管材按PE80級原料按照GB15558.1《燃氣用聚乙烯管材》標(biāo)準(zhǔn)來生產(chǎn)，管材的性能指標(biāo)見下表：
表6.聚乙烯燃氣管材的性能指標(biāo)
序號
項目
性能要求
1
長期靜液壓試驗，MPa（20℃，50年，95%）
≥8.0
2
短期靜液壓強度，MPa
20℃
9.0
韌性破壞時間（h）>100
80℃
4.6
脆性破壞時間（h）>165
4.0
破壞時間（h）>10002）
3
熱穩(wěn)定性，min（200℃）
>20
4
耐應(yīng)力開裂，h
（80℃，4.0MPa）
≥1000
≥1703）
5
壓縮復(fù)原，h
（80℃，4.0MPa）
>170
6
縱向回縮率，%（110℃）
≤3
7
斷裂伸長率，%
>350
8
耐候性（管材累計接受≥3.5kMJ/m2老化能量后）
仍能滿足本表第2、3、7項性能要求，并保持良好的焊接性能
燃氣管道作為城市的能源輸送系統(tǒng)一旦出現(xiàn)質(zhì)量問題，會直接影響到居民的正常生活。再者，由于燃氣的可燃性、易爆性，如果發(fā)生燃氣泄露，極易發(fā)生爆炸事故。聚乙烯管材取代鋼管、鑄鐵管，作為城市燃氣輸配管線，同樣要求其安全性。要保證產(chǎn)品質(zhì)量滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，就必須具有完善的檢測手段。而且產(chǎn)品的質(zhì)量控制從原料進廠檢驗開始貫穿于整個生產(chǎn)過程，直至產(chǎn)品最終出廠。質(zhì)量控制主要從以下幾個方面進行：
1． 原料的質(zhì)量控制
原料是生產(chǎn)聚乙烯管材、管件的根本，原料的選擇直接影響管道產(chǎn)品的質(zhì)量。沒有好的原料，后續(xù)工作再合理，生產(chǎn)技術(shù)再先進，也生產(chǎn)不出合格的產(chǎn)品。因此原料的選擇及質(zhì)量控制十分重要。原料在生產(chǎn)前必須按標(biāo)準(zhǔn)要求進行檢驗，合格以后方可用于生產(chǎn)。聚乙烯原料性能指標(biāo)見下表：
表7.PE燃氣管材專用料基本技術(shù)指標(biāo)要求
序號
項 目
Items
技術(shù)要求
Typical Value
單位
Units
1
密度
Density
≥930
kg/m3
2
斷裂伸長率
Elongation at Break
>500
%
3
熱穩(wěn)定性（200 ℃）
Oxidation Induction Time （200 ℃）
>20
min
4
耐環(huán)境應(yīng)力開裂（F50）
Environmental Stress crack Resistance
≥1000
h
5
炭黑含量1)
Carbon Black Content
2.25±0.25
%
6
水分含量
Water Content
<300
mg/kg
7
揮發(fā)份含量
Volatile Content
<350
mg/kg
8
耐氣體組分
Resistance to Gas Constituents
≥30
h
9
長期靜液壓強度（MRS ）
≥8.0
MPa
2． 生產(chǎn)過程的工藝控制
生產(chǎn)過程的工藝控制非常重要，在生產(chǎn)時要注意對工藝參數(shù)的設(shè)置及對物料熔體溫度、熔體壓力的監(jiān)控。因為如果生產(chǎn)過程出現(xiàn)剪切過度，會導(dǎo)致熔體溫度的升高，過度的剪切會使材料性能劣化，而這種劣化采用常規(guī)的檢測是很難發(fā)現(xiàn)的。目前國內(nèi)一些引進的生產(chǎn)線已帶有微機監(jiān)測控制系統(tǒng)，出現(xiàn)問題會及時發(fā)出警報。對于管材的外觀尺寸，一些先進的生產(chǎn)線帶有在線測量儀，管材的外形尺寸，可在屏幕上直接顯示，如與主機相連，可實現(xiàn)自動調(diào)整模具，自動控制壁厚和外徑。
3． 產(chǎn)品的檢驗
產(chǎn)品的檢驗包括外觀、尺寸及物理性能，產(chǎn)品的外觀主要檢查是否有影響管材性能的溝槽、劃傷、凹陷和雜質(zhì)等；尺寸需測量外徑、壁厚和長度，測量值應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的允許偏差范圍內(nèi)。外觀尺寸檢測合格的管材在按照抽樣規(guī)則取樣，進行物理性能的測試。測試的項目有斷裂伸長率、短期靜液壓強度（20℃，環(huán)向應(yīng)力9.0Mpa，韌性破壞時間>100h；80℃，環(huán)向應(yīng)力4.0Mpa，脆性破壞時間>165h）、熱穩(wěn)定性、耐應(yīng)力開裂（80℃，環(huán)向應(yīng)力4.0Mpa，破壞時間>170h）、壓縮復(fù)原（80℃，環(huán)向應(yīng)力4.0MPa，破壞時間>170h）和縱向回縮率（110℃）。以上性能試驗與外觀、尺寸等一起作為每批產(chǎn)品的出廠檢驗項目。
七、 聚乙烯燃氣管道的配套產(chǎn)品
1． 警示帶
為保護管道在日后運行中，不受到人為的意外破壞，應(yīng)在管道的上方，距管頂不小于300mm處敷設(shè)一條警示帶，警示帶上應(yīng)有醒目的提示字樣。對警示帶的基本要求是寬度100mm或150mm，顏色為金黃色，警示帶應(yīng)能抗擊回填土的沖擊、壓迫及土壤中化學(xué)物質(zhì)的腐蝕。該警示帶應(yīng)與管道一樣，具有不低于50年的壽命。
2． 示蹤線
由于聚乙烯管道是絕緣體，因此常規(guī)的電磁法無法探測到管道的位置和深度。為能采用常規(guī)方法進行探測，要求在敷設(shè)聚乙烯管的同時，敷設(shè)一條金屬示蹤線。對示蹤線的基本要求是：示蹤線要與聚乙烯管道在同一位置或有固定的相對位置；用常規(guī)儀器能探測到；壽命與聚乙烯管道相同，不低于50年。目前一般采用聚乙烯包覆金屬絲（即電線），也有在警示帶內(nèi)夾放金屬鋁箔，將警示帶與示蹤線合二為一。
3． 聚乙烯（PE）球閥
聚乙烯（PE）球閥的工作壓力可與SDR11的聚乙烯管材相匹配，其使用壽命與聚乙烯管材一樣按50年進行設(shè)計。聚乙烯（PE）球閥與金屬球閥相比，其優(yōu)點見下表：
表8.聚乙烯（PE）球閥與金屬球閥的比較
金屬球閥 聚乙烯（PE）球閥 需要鋼塑轉(zhuǎn)換接頭，法蘭，螺栓螺母墊片等 直接熱熔或電熔連接 需要防腐處理和定期檢查 不需要 需要定期維護和備品備件 不需要 需要閥門井 不需要 閥門的操作對聚乙烯管施加很大的應(yīng)力，長期作用會減少聚乙烯管的使用壽命 因聚乙烯閥門直埋于地下，對閥門所施加的力均勻傳遞給了土壤，對聚乙烯管壽命無影響。
聚乙烯閥門的開閉用專用扳手在地面上完成，不同規(guī)格的閥門只要用同一規(guī)格的專用扳手便可完成閥門的開閉。聚乙烯閥門的使用壽命為50年。閥門的工作壓力可與SDR11的聚乙烯管相匹配。聚乙烯（PE）球閥從結(jié)構(gòu)形式上分為兩種——通徑孔球閥和。通徑孔球閥的通孔內(nèi)徑與相應(yīng)管材的內(nèi)徑大小一致，而縮徑孔球閥通孔內(nèi)徑比相應(yīng)管材的內(nèi)徑要小。因此，從輸氣量上縮徑孔球閥較通徑孔球閥要小，但體積也較小，重量輕，價格也相對較低。兩種球閥內(nèi)孔直徑的比較見下表：
表9. 縮徑孔球閥較通徑孔球閥內(nèi)孔直徑的比較 單位：mm
規(guī)格（SDR11） Φ63 Φ110 Φ160 Φ225 通徑孔 47 92 132 169 縮徑孔 34.3 64 92 121
4. 鋼塑過渡接頭
在聚乙烯管道系統(tǒng)中，當(dāng)聚乙烯管道與金屬管道系統(tǒng)連接時，常需使用鋼塑過渡接頭連接，這在聚乙烯燃氣管道系統(tǒng)的應(yīng)用中是經(jīng)常見到的。如聚乙烯管道出地面進戶前與流量表、壓力表、減壓閥等的連接。鋼塑過渡接頭一端為聚乙烯管材，另一端為鋼管，兩者靠絲扣鎖緊，之間靠密封圈來密封，可保證結(jié)合處不泄露。
八、 HDPE管材及管件的運輸、堆放、裝卸
管材一般以卡車運輸,運輸時不得受到劃傷、拋摔、劇烈的撞擊、曝曬、雨淋、油污及化學(xué)品的污染。存儲時,管材的兩端應(yīng)堵封,堆放在遠離熱源、油品及化學(xué)品污染地、溫度不超過40℃、地面平整、通風(fēng)良好的庫房內(nèi)；室外堆放應(yīng)有遮蓋物,避免雨淋及曝曬。管材應(yīng)整齊堆放,高度一般不超過1.5米。當(dāng)管材捆扎成1m×1m的方捆,并且兩側(cè)加支撐保護時,堆放高度可適當(dāng)提高,但不宜超過3m。
管件應(yīng)放入密封塑料袋中,批量或單一包裝,并放入厚紙箱內(nèi)存放。
管材可以使用吊網(wǎng)、叉車或非金屬吊索裝卸,但不能使用可能刮傷管面的鏈、鉤、鋼絲等工具。裝卸時應(yīng)注意以下事項：
（1） 重的管子放在下層。
（2） 以光滑的材料包在卡車的外緣,保護懸空的管子不受損害。
（3） 由于管材內(nèi)外壁均很光滑,因而必須仔細固定,以免在運輸過程中滑落。
九、 聚乙烯管材的連接技術(shù)及施工應(yīng)注意的問題
（一）聚乙烯管材的連接技術(shù)
聚乙烯管道系統(tǒng)連接技術(shù)的優(yōu)劣，直接關(guān)系到燃氣管網(wǎng)系統(tǒng)的運行效果和使用壽命。按焊接方式的不同，聚乙烯管道的連接一般分為兩種——熱熔連接和電熔連接。聚乙烯管道焊接通用原理是聚乙烯一般可在190～240℃之間的范圍內(nèi)被熔化（不同原料牌號的熔化溫度一般也不相同），此時若將管材（或管件）兩熔化的部分充分接觸，并保持有適當(dāng)?shù)膲毫Γ娙酆附拥膲毫碓从诤附舆^程中聚乙烯自身產(chǎn)生的熱膨脹），冷卻后便可牢固地融為一體。由于是聚乙烯材料之間的本體熔接，因此接頭處的強度與管材的本身的強度相同，此外與金屬管道連接需采用鋼塑過渡接頭或法蘭連接。熱熔連接和電熔連接方式的優(yōu)缺點比較見下表：
表10.熱熔連接和電熔連接方式的對比
名稱
要求
電熔連接
1. 需要有專用的電熔焊機。
2. 適用于所有規(guī)格尺寸的管材。
3. 可用于不同牌號、材質(zhì)的管材與管材、管材與管件連接。
4. 不易受環(huán)境、人為因素影響。
5. 設(shè)備投資低，維修費用低。
6. 連接操作簡單易掌握。
熱熔連接
1. 需要有專用的熱熔焊機。
2. 一般適用于公稱直徑大于63mm的管材。
3. 適用于同牌號、材質(zhì)的管材與管材、管材與管件連接。性能相似，不同牌號、材質(zhì)的管材與管材、管材與管件連接，需試驗驗證。
4. 易受環(huán)境、人為因素影響。
5. 設(shè)備投資高
6. 連接費用低。
7. 操作人員需進行專門培訓(xùn)，具有一定的經(jīng)驗。
聚乙烯管道連接時應(yīng)注意如下事項：
(1)管道連接前應(yīng)對管材、管件及附屬設(shè)備、閥門、儀表按設(shè)計要求進行校對,并應(yīng)在施工現(xiàn)場進行外觀檢查,符合要求方準(zhǔn)使用。
(2)每次連接完成后,應(yīng)進行外觀質(zhì)量檢驗,不符合要求的必須切開返工。
(3)操作人員應(yīng)培訓(xùn)上崗。
(4)每次收工時,管口應(yīng)臨時堵封。
(5)在寒冷氣候（-5℃以下）和大風(fēng)環(huán)境下進行連接操作時,應(yīng)采取保護措施或調(diào)整施工工藝。
1．熱熔對接
熱熔對接是采用熱熔對焊機來加熱管端，使其熔化，迅速將其貼合，保持有一定的壓力，經(jīng)冷卻達到熔接的目的。各尺寸的PE管均可采取熱熔對接方式連接（公稱直徑小于63mm的管材推薦采用電熔連接）,該方法經(jīng)濟可靠,其接口在承拉和承壓時都比管材本身具有更高強度,勝邦管材熱熔連接溫度：210±10℃。
使用該方法時,設(shè)備僅需熱熔對接焊機,具體步驟如下：
（1）待連接管材置于焊機夾具上并夾緊。
（2）清潔管材待連接端并銑削連接面。
（3）校直兩對接件,使其錯位量不大于壁厚的10%。
（4）放入加熱板加熱，加熱完畢,取出加熱板。
（5）迅速接合兩加熱面,升壓至熔接壓力并保壓冷卻。
2．電熔承插連接
電熔承插連接使通過對預(yù)埋于電熔管件內(nèi)表面的電熱絲通電而使其加熱，從而使管件的內(nèi)表面及管材（或管件）的外表面分別被熔化，冷卻到要求的時間后而達到焊接的目的。電熔承插連接的特點是連接方便、迅速，接頭質(zhì)量好，外界因素干擾小，在口徑較小的管道上應(yīng)用比較經(jīng)濟，步驟如下：
（1）清潔管材連接面上的污物，標(biāo)出插入深度，刮除其表皮。
（2）管材固定在機架上,將電熔管件套在管材上。
（3）校直待連接件，保證在同一軸線上。
（4）通電，熔接。
（5）冷卻。
連接時,通電加熱時的電壓和加熱時間選擇應(yīng)符合電熔連接機具生產(chǎn)廠家及管件生產(chǎn)廠家的規(guī)定。電熔連接冷卻期間，不得移動連接件或在連接件上施加任何外力。 3．鋼塑連接
PE管道在和鋼管及閥門連接時采用鋼塑過渡接頭連接和鋼塑法蘭連接。對于小口徑的聚乙烯管（DN≤63），一般采用一體式鋼塑過渡接頭；對于大口徑的聚乙烯管（DN>63），一般采用鋼塑法蘭連接。
（1） 鋼塑過渡接頭
①鋼塑過渡接頭的PE管端與PE管道連接按熱熔和電熔連接方法處理。
②鋼塑過渡接頭鋼管端與金屬管道連接應(yīng)符合相應(yīng)的鋼管焊接、法蘭連接以及機械連接的規(guī)定。
③鋼塑過渡接頭鋼管端與鋼管焊接時，應(yīng)采取降溫措施。
（2） 鋼塑法蘭連接
①PE管端與相應(yīng)的塑料法蘭連接，按熱熔和電熔連接方法處理。 ②鋼管端與金屬法蘭連接，應(yīng)符合相應(yīng)的鋼管焊接、法蘭連接以及機械連接的規(guī)定。
③將金屬法蘭和塑料法蘭活套形式連接�；钐追ㄌm片應(yīng)防腐處理以提高使用壽命。
（二）燃氣用聚乙烯管路的施工應(yīng)注意的問題：
燃氣用聚乙烯管道施工需遵守中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《聚乙稀燃氣管道工程技術(shù)規(guī)程》（CJJ 63—95）的有關(guān)規(guī)定。
1．保證設(shè)計的埋深
聚乙烯燃氣管道嚴禁用作室內(nèi)地上管道,只作埋地管道使用。將聚乙烯管道埋設(shè)在土壤中，除應(yīng)遵守一般燃氣管道敷設(shè)的基本要求外，還應(yīng)遵循聚乙烯管敷設(shè)的特殊要求。由于聚乙烯管較金屬管的強度低，所以一定要注意埋深，這涉及到管道承受的外荷載問題。聚乙烯燃氣管道的最小管頂覆土厚度應(yīng)符合如下規(guī)定:
埋設(shè)在車行道下時,不應(yīng)小于0.8m；
埋設(shè)在非車行道下時，不應(yīng)小于0.6m;
埋設(shè)在水田下時,不應(yīng)小于0.8 m;
當(dāng)采取有效的防護措施后,上述規(guī)定可適當(dāng)降低。
2．管材敷設(shè)允許的彎曲半徑
聚乙烯管柔性好，因此很容易使其彎曲，但彎曲后的管道內(nèi)側(cè)將產(chǎn)生壓應(yīng)力，外側(cè)將產(chǎn)生拉應(yīng)力。當(dāng)材料形變超過一定限度時，會因蠕變發(fā)生破壞。聚乙烯燃氣管道敷設(shè)時，應(yīng)符合下列規(guī)定：
表11. 聚乙烯管材敷設(shè)允許的彎曲半徑
管道公稱外徑D（mm）
允許的彎曲半徑R（mm）
D≤50
50<D≤160
160<D≤250
30D
50D
75D
注：管段上有承插接頭時，允許的彎曲半徑R不應(yīng)小于125D
3.蛇行敷設(shè)
由于聚乙烯管的線膨脹系數(shù)比金屬管高十余倍，所以對溫度的變化比較敏感。為避免產(chǎn)生拉應(yīng)力，聚乙烯應(yīng)采取蛇行敷設(shè)。
4．特殊地段的敷設(shè)
特殊地段系指穿越鐵路、河流、橋梁、重要道路等地段。由于聚乙烯管相對鋼管而言較易遭受人為破壞，原則上在這些地段不宜使用聚乙烯管，若一定使用聚乙烯管材，則應(yīng)增加套管或采取其它防護措施。
此外，PE管道不得從建筑物和大型構(gòu)筑物的下面穿越;不得在堆積易燃、易爆材料和具有腐蝕性液體的場地下面穿越;不得與其他管道或電纜同溝敷設(shè)。PE燃氣管道不宜直接引入建筑物內(nèi)或直接引入附屬在建筑物墻上的調(diào)壓箱內(nèi),當(dāng)直接用PE燃氣管道引入時,穿越基礎(chǔ)或外墻以及地上部分的PE燃氣管道必須采取硬質(zhì)套管保護。
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