淺談PE 管道的性能及使用范圍
云 華, 呂瑞清( 呼和浩特市同心德市政工程設計研究有限公司, 內蒙古呼和浩特 010010)
摘 要: PE(聚乙烯) 管道經過快一個世紀的發(fā)展, 尤其是在燃氣管道行業(yè)已經占領了主要地位。文對PE 管道的發(fā)展歷史、規(guī)格性能和優(yōu)點進行了詳細闡述,充分地展示了PE 管道相對傳統(tǒng)管道(金管道等)的優(yōu)越性。結合PE 管道的特點和主要應用范圍, 總結了PE 管道在燃氣和給水管道工程中的意事項。發(fā)展PE 管道材料工藝及其施工工藝,可以實現管道工程項目合理且經濟。
關鍵詞: PE 管道;性能; 使用范圍
中圖分類號: T Q325. 1+20. 77 文獻標識碼: A 文章編號: 1006—7981( 2010) 22—0062—02
1 PE 管道的發(fā)展歷史
1933 年英國ICI 公司首先發(fā)現了聚乙烯( PE)。發(fā)展至今,聚乙烯已是由多種工藝生產的、具有多種結構和特性及多種用途的系列品種樹脂, 已占世界合成樹脂產量的三分之一, 居第一位。第二次世界大戰(zhàn)時期,由于銅與鋼材的短缺,國外開始在燃氣輸配等領域使用塑料管。同時隨著時間的推移, 和各種塑料管道性能的對比使用聚乙烯管顯著上升; 時至今日,在燃氣領域,無論是對于新鋪設或舊管道的修復和更新,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( IGU )配氣委員會會議, 委員們一致認為采用聚乙烯( PE) 埋地燃氣管道質量可靠, 運行安全, 維護簡便,費用經濟。我國是從80 年代初期開始聚乙烯燃氣管的研究工作, ***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用技術開發(fā)”列為國家“七五”攻關項目, 從專用原料——管材、管件加工——工程應用——標準規(guī)范制定進行系統(tǒng)研究, 取得豐碩成果。1995 年, 國家技術監(jiān)督局、建設部分別頒發(fā)了PE 燃氣管材、管件的國家標準和工程技術的行業(yè)規(guī)程。目前, PE 燃氣管正在國內迅速推廣使用。
2 PE 管道規(guī)格及其性能
聚乙烯管習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0.931～0. 940g / cm3)和高密度聚乙烯( HDPE ) 管(密度為0. 941～0. 965g/ cm3)。目前國際上根據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, 聚乙烯管材料分為PE32、PE40、PE63、PE80 和PE100 五個等級。聚乙烯燃氣管材國標目前分為SDR11 和
SDR17. 6 兩個系列, 管材的顏色有兩種, 一種為黃色管,一種是黑管加藍條。規(guī)格從20mm～250mm;目前國內已的***大規(guī)格到400mm。***新發(fā)布的ISO標準和歐洲標準已將管材的公稱外徑擴大到630mm。聚乙烯管件根據施工、用途的不同,可分為電熔管件和熱熔管件。根據生產方式的不同,可分為注塑管件和焊制管件兩大類。
3 PE 管道性能優(yōu)點
3. 1 耐腐蝕。聚乙烯為惰性材料,除少數強氧化劑外,可耐多種化學介質的侵蝕。無電化學腐蝕,
不需要防腐層。
3. 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) ,本質上保證接口材質、結構與管體本身的同一性,實現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, 可有效地抵抗內壓力產生的環(huán)向應力及軸向的拉伸應力。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. 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50%, 對管基不均勻沉降的適應能力非常強。也是一種抗震性能優(yōu)良的管道。在1999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 管在燃氣領域的使用。
3. 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, 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,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,插入舊管后恢復原來的大小和尺寸。
3. 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,無論是鋪設新管或舊管道的修復或更新, 刮痕是無法避免的。刮痕造成材料的應力集中,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。
3. 6 良好的快速裂紋傳遞抵抗能力。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,PE80 的KD 則為2.9MNm- 3/ , 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準( ISO4437—1997 和EN 1555)已將耐快速開裂擴展( RCP)列入標準之中。
( 7)聚乙烯管道使用壽命長,可達50 年以上,這是國外根據聚乙烯管材環(huán)向抗拉強度的長期靜水壓設計基礎值( HDB)確定的,已被國際標準確認。
4 P 管道主要使用范圍及其要求
4. 1 PE 燃氣管
PE 燃氣管是指用于輸送天然氣、液化氣或煤氣的管材。其中煤氣的成分較復雜,內含芳烴,對PE 的侵蝕會促進其應力開裂,因而對于天然氣管道的要求很嚴格。PE 燃氣管樹脂的選用非常重要,尤其對于控制大口徑管材的質量性能更為重要。生產燃氣管的PE 樹脂首先應具備優(yōu)良的耐環(huán)境應力性能,耐應力開裂值不應低于5000h。其環(huán)境應力開裂時間愈長, 使用壽命也就愈長。其次要有良好的焊接性能、耐化學腐蝕性。在者它還要有一定的抗芳烴侵蝕能力。通常PE 燃氣管專用料采用進口樹脂。燃氣用聚乙烯管路的施工應注意的問題:
4. 1. 1 保證設計的埋深。聚乙烯燃氣管道的***小管頂覆土厚度應符合如下規(guī)定: 埋設在車行道下時,不應小于0. 8m; 埋設在非車行道下時, 不應小于0.6m;埋設在農田下時,不應小于0. 8m;當采取有效的防護措施后,上述規(guī)定可適當降低。
4. 1. 2 控制管材敷設允許的彎曲半徑。聚乙烯管柔性好,因此很容易使其彎曲,但彎曲后的管道內側將產生壓應力, 外側將產生拉應力。當材料形變超過一定限度時,會因蠕變發(fā)生破壞。D≤50 時, R= 30D;50< D≤160 時, R= 50D; 160< D≤250, R= 75D;管段上有承插接頭時, 允許的彎曲半徑R 不應小于125D (管道公稱外徑D ( mm) , 允許的彎曲半徑R( mm) )。
4. 1. 3 其他要求。 由于聚乙烯管的線膨脹系數比金屬管高十余倍,所以對溫度的變化比較敏感。為避
免產生拉應力, 聚乙烯應采取蛇行敷設。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,則應增加套管或采取其它防護措施。PE 管道不得從建筑物和大型構筑物的下面穿越;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。PE 燃氣管道不宜直接引入建筑物內或直接引入附屬在建筑物墻上的調壓箱內, 當直接用PE 燃氣管道引入時,穿越基礎或外墻以及地上部分的PE 燃氣管道必須采取硬質套管保護。4. 2 PE 給水管給水管必須承受一定的壓力,通常要選用分子量大、機械性能較好的PE 樹脂, 如HDPE 樹脂。LDPE 樹脂的拉伸強度低,耐壓差, 剛性差, 成型加工時尺寸穩(wěn)定性差, 并且連接困難,不適宜作為給水壓力管的材料。但由于其衛(wèi)生指標較高, LDPE 特別是LLDPE 樹脂已成為生產飲用水管的常用材料。LDPE、LLDPE 樹脂的熔融粘度小, 流動性好, 易加工,因而對其熔體指數的選擇范圍也較寬,通常MI在0. 3～3g/ 10min 之間。給水管必須符合衛(wèi)生性能指標,管材的顏色以黑色為佳,因為黑色可以遮光,使得藻類生物及微生物難以生長和繁殖,以保證飲用水的純凈。正常情況下管道埋地使用。低密度聚乙烯給水管的工作溫度一般不能超過45℃,且工作溫度對管材的工作壓力影響很大。
5 結論
5. 1 本文對PE 管道發(fā)展歷史、規(guī)格和性能進行了介紹,充分地展示了PE 管道相對于傳統(tǒng)管道的優(yōu)
勢。
5. 2 介紹了PE 管道的主要使用范圍和要求,同時也可以了解到PE 管道同樣也存在著一定的使用局限性。
5. 3 PE 管道材料工藝及其施工工藝的發(fā)展, 是管道建設工程中一項重要的課題,可以實現管道工程經濟效益與管道使用社會效益的同步增長。
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