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       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(shè)計(jì)研究有限公司, 內(nèi)蒙古呼和浩特　010010)
 
　摘　要: PE(聚乙烯) 管道經(jīng)過(guò)快一個(gè)世紀(jì)的發(fā)展, 尤其是在燃?xì)夤艿佬袠I(yè)已經(jīng)占領(lǐng)了主要地位。文對(duì)PE 管道的發(fā)展歷史、規(guī)格性能和優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)闡述,充分地展示了PE 管道相對(duì)傳統(tǒng)管道(金管道等)的優(yōu)越性。結(jié)合PE 管道的特點(diǎn)和主要應(yīng)用范圍, 總結(jié)了PE 管道在燃?xì)夂徒o水管道工程中的意事項(xiàng)。發(fā)展PE 管道材料工藝及其施工工藝,可以實(shí)現(xiàn)管道工程項(xiàng)目合理且經(jīng)濟(jì)。
關(guān)鍵詞: PE 管道;性能; 使用范圍
　中圖分類(lèi)號(hào): T Q325. 1+20. 77　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A　文章編號(hào): 1006—7981( 2010) 22—0062—02
1　PE 管道的發(fā)展歷史
1933 年英國(guó)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(shù)脂, 已占世界合成樹(shù)脂產(chǎn)量的三分之一, 居第一位。第二次世界大戰(zhàn)時(shí)期,由于銅與鋼材的短缺,國(guó)外開(kāi)始在燃?xì)廨斉涞阮I(lǐng)域使用塑料管。同時(shí)隨著時(shí)間的推移, 和各種塑料管道性能的對(duì)比使用聚乙烯管顯著上升; 時(shí)至今日,在燃?xì)忸I(lǐng)域,無(wú)論是對(duì)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?xì)夤艿榔占奥蕵O高, 如英國(guó)、丹麥等國(guó)均超過(guò)90%,法國(guó)1998 年新敷設(shè)燃?xì)夤艿缼缀?00%采用聚乙烯管道。早在1988 年,在慕尼黑召開(kāi)的國(guó)際煤聯(lián)( IGU )配氣委員會(huì)會(huì)議, 委員們一致認(rèn)為采用聚乙烯( PE) 埋地燃?xì)夤艿蕾|(zhì)量可靠, 運(yùn)行安全, 維護(hù)簡(jiǎn)便,費(fèi)用經(jīng)濟(jì)。我國(guó)是從80 年代初期開(kāi)始聚乙烯燃?xì)夤艿难芯抗ぷ? ***早使用聚乙烯管輸送城鎮(zhèn)燃?xì)馐?982 年在上海。為使聚乙烯燃?xì)夤苎芯抗ぷ魇艿街匾暡㈨樌M(jìn)行, 國(guó)家科委1987 年把“聚乙烯燃?xì)夤軐?zhuān)用料研制和加工應(yīng)用技術(shù)開(kāi)發(fā)”列為國(guó)家“七五”攻關(guān)項(xiàng)目, 從專(zhuān)用原料——管材、管件加工——工程應(yīng)用——標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制定進(jìn)行系統(tǒng)研究, 取得豐碩成果。1995 年, 國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局、建設(shè)部分別頒發(fā)了PE 燃?xì)夤懿摹⒐芗膰?guó)家標(biāo)準(zhǔn)和工程技術(shù)的行業(yè)規(guī)程。目前, PE 燃?xì)夤苷趪?guó)內(nèi)迅速推廣使用。
2　PE 管道規(guī)格及其性能
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0.931～0. 940g / cm3)和高密度聚乙烯( HDPE ) 管(密度為0. 941～0. 965g/ cm3)。目前國(guó)際上根據(jù)聚乙烯管的長(zhǎng)期靜液壓強(qiáng)度( MRS) 對(duì)管材及其原料進(jìn)行分類(lèi)和命名, 聚乙烯管材料分為PE32、PE40、PE63、PE80 和PE100 五個(gè)等級(jí)。聚乙烯燃?xì)夤懿膰?guó)標(biāo)目前分為SDR11 和
SDR17. 6 兩個(gè)系列, 管材的顏色有兩種, 一種為黃色管,一種是黑管加藍(lán)條。規(guī)格從20mm～250mm;目前國(guó)內(nèi)已的***大規(guī)格到400mm。***新發(fā)布的ISO標(biāo)準(zhǔn)和歐洲標(biāo)準(zhǔn)已將管材的公稱(chēng)外徑擴(kuò)大到630mm。聚乙烯管件根據(jù)施工、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(lèi)。
3　PE 管道性能優(yōu)點(diǎn)
3. 1　耐腐蝕。聚乙烯為惰性材料,除少數(shù)強(qiáng)氧化劑外,可耐多種化學(xué)介質(zhì)的侵蝕。無(wú)電化學(xué)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(zhì)上保證接口材質(zhì)、結(jié)構(gòu)與管體本身的同一性,實(shí)現(xiàn)了接頭與管材的一體化。試驗(yàn)證實(shí),其接口的抗拉強(qiáng)度及爆破強(qiáng)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(lèi)接頭或其他機(jī)械接頭相比,不存在因接頭扭曲造成泄漏的危險(xiǎn)。
3. 3　高韌性。聚乙烯管是一種高韌性的管材,其斷裂伸長(zhǎng)率一般超過(guò)50%, 對(duì)管基不均勻沉降的適應(yīng)能力非常強(qiáng)。也是一種抗震性能優(yōu)良的管道。在1999年日本的神戶(hù)地震中,聚乙烯燃?xì)夤芎凸┧苁俏?br>一幸免的管道系統(tǒng)。正因?yàn)槿绱?日本震后大力推廣PE 管在燃?xì)忸I(lǐng)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(gè)重要的性質(zhì), 它極大地增強(qiáng)了該材料對(duì)于管線工
程的價(jià)值。聚乙烯的撓性使聚乙烯管可以進(jìn)行盤(pán)卷,并以較長(zhǎng)的長(zhǎng)度供應(yīng),不需要各種連接管件。用于不
開(kāi)槽施工, 聚乙烯管道的走向容易依照施工方法的要求進(jìn)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(lái)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(kāi)槽施工技術(shù),無(wú)論是鋪設(shè)新管或舊管道的修復(fù)或更新, 刮痕是無(wú)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(zhǎng)( SCG) 行為關(guān)系密切, 研究證明,PE80等級(jí)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(guó)際上對(duì)塑料管道, 特別聚乙烯燃?xì)夤艿目焖倭鸭y傳遞進(jìn)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(dòng)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(dá)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(kāi)裂的危險(xiǎn)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(guó)外的聚乙烯燃?xì)夤懿臉?biāo)準(zhǔn)( ISO4437—1997 和EN 1555)已將耐快速開(kāi)裂擴(kuò)展( RCP)列入標(biāo)準(zhǔn)之中。
( 7)聚乙烯管道使用壽命長(zhǎng),可達(dá)50 年以上,這是國(guó)外根據(jù)聚乙烯管材環(huán)向抗拉強(qiáng)度的長(zhǎng)期靜水壓設(shè)計(jì)基礎(chǔ)值( HDB)確定的,已被國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)確認(rèn)。
4　P 管道主要使用范圍及其要求
4. 1　PE 燃?xì)夤?br>PE 燃?xì)夤苁侵赣糜谳斔吞烊粴狻⒁夯瘹饣蛎簹獾墓懿摹Ｆ渲忻簹獾某煞州^復(fù)雜,內(nèi)含芳烴,對(duì)PE 的侵蝕會(huì)促進(jìn)其應(yīng)力開(kāi)裂,因而對(duì)于天然氣管道的要求很?chē)?yán)格。PE 燃?xì)夤軜?shù)脂的選用非常重要,尤其對(duì)于控制大口徑管材的質(zhì)量性能更為重要。生產(chǎn)燃?xì)夤艿腜E 樹(shù)脂首先應(yīng)具備優(yōu)良的耐環(huán)境應(yīng)力性能,耐應(yīng)力開(kāi)裂值不應(yīng)低于5000h。其環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂時(shí)間愈長(zhǎng), 使用壽命也就愈長(zhǎng)。其次要有良好的焊接性能、耐化學(xué)腐蝕性。在者它還要有一定的抗芳烴侵蝕能力。通常PE 燃?xì)夤軐?zhuān)用料采用進(jìn)口樹(shù)脂。燃?xì)庥镁垡蚁┕苈返氖┕?yīng)注意的問(wèn)題:
4. 1. 1　保證設(shè)計(jì)的埋深。聚乙烯燃?xì)夤艿赖?**小管頂覆土厚度應(yīng)符合如下規(guī)定: 埋設(shè)在車(chē)行道下時(shí),不應(yīng)小于0. 8m; 埋設(shè)在非車(chē)行道下時(shí), 不應(yīng)小于0.6m;埋設(shè)在農(nóng)田下時(shí),不應(yīng)小于0. 8m;當(dāng)采取有效的防護(hù)措施后,上述規(guī)定可適當(dāng)降低。
4. 1. 2　控制管材敷設(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(guò)一定限度時(shí),會(huì)因蠕變發(fā)生破壞。D≤50 時(shí), R= 30D;50< D≤160 時(shí), R= 50D; 160< D≤250, R= 75D;管段上有承插接頭時(shí), 允許的彎曲半徑R 不應(yīng)小于125D (管道公稱(chēng)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(shù)比金屬管高十余倍,所以對(duì)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)。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(duì)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(hù)措施。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(chǎng)地下面穿越;不得與其他管道或電纜同溝敷設(shè)。PE 燃?xì)夤艿啦灰酥苯右虢ㄖ飪?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?xì)夤艿酪霑r(shí),穿越基礎(chǔ)或外墻以及地上部分的PE 燃?xì)夤艿辣仨毑扇∮操|(zhì)套管保護(hù)。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(jī)械性能較好的PE 樹(shù)脂, 如HDPE 樹(shù)脂。LDPE 樹(shù)脂的拉伸強(qiáng)度低,耐壓差, 剛性差, 成型加工時(shí)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(biāo)較高, LDPE 特別是LLDPE 樹(shù)脂已成為生產(chǎn)飲用水管的常用材料。LDPE、LLDPE 樹(shù)脂的熔融粘度小, 流動(dòng)性好, 易加工,因而對(duì)其熔體指數(shù)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(biāo),管材的顏色以黑色為佳,因?yàn)楹谏梢哉诠?使得藻類(lèi)生物及微生物難以生長(zhǎng)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(guò)45℃,且工作溫度對(duì)管材的工作壓力影響很大。
5　結(jié)論
5. 1　本文對(duì)PE 管道發(fā)展歷史、規(guī)格和性能進(jìn)行了介紹,充分地展示了PE 管道相對(duì)于傳統(tǒng)管道的優(yōu)
勢(shì)。
5. 2　介紹了PE 管道的主要使用范圍和要求,同時(shí)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(shè)工程中一項(xiàng)重要的課題,可以實(shí)現(xiàn)管道工程經(jīng)濟(jì)效益與管道使用社會(huì)效益的同步增長(zhǎng)。