| PE燃氣管道施工質量管理 姬斌 呂尚鋒 王健 韓艷霞 摘要：論述了PE燃氣管材的性能和優缺點、焊接施工質量管理要點。 關鍵詞：PE燃氣管材；焊接；質量管理 Quality Management of PE Gas Pipeline Construction JI Bin，LV Shang-feng，WANG Jian，HAN Yan-xia Abstract：The performance，advantages and disadvantages of PE pipe material and the main points in quality management of welding construction are discussed. Key words：PE pipe material；welding；quality management 隨著我國聚乙烯壓力管材生產工藝的日益成熟，聚乙烯(PE)管道施工技術有了長足的發展，近年來PE管在城市燃氣輸配等領域得到了廣泛的應用。由于PE管在我國的使用時間不長，生產、施工、應用經驗不足，檢測手段缺乏，致使PE管在燃氣輸配系統應用過程中產生許多新問題[1]。本文對PE燃氣管道施工質量的管理進行探討。 1 PE材料性能及優缺點 ① 性能 a. 聚乙烯是一種高結晶度的聚合物，隨溫度的變化可分為3種狀態：結晶態(堅硬固體)、高彈態(橡皮狀彈性體)、粘流態(粘流體)。 b. 標準尺寸比(SDR)：指公稱外徑與公稱壁厚的比值，有SDR11、SDR17.6兩種系列。 c. 最小要求強度pMRS：PE80(中密度)的pMRS為8.0MPa，PE100(高密度)的pMRS為10.0MPa。 d.最大工作壓力pMRS≤0.7MPa，工作溫度范圍為-20～40℃。 天然氣的pMRS值見表1。 ② 優缺點[2] PE管用于燃氣管道有以下優點：重量輕；具有良好的耐腐蝕性能(不需要防腐)；具有良好的柔韌性，施工中可隨地形彎曲敷設，有一定的抗震、抗沉降能力；具有良好的焊接性能，連接方便快捷；可利用斷氣工具夾扁停氣，縮小停氣范圍，便于快速搶修；使用壽命長，至少可以使用50年。但也具有以下局限性：由于怕紫外線照射、油污腐蝕、磕碰等原因，PE管存放期一般比較短；材料強度遠低于鋼管，容易受外力破壞；只能在埋地或遮擋紫外線的情況下使用，嚴禁用于地上明裝敷設；性能指標受溫度影響較為明顯。 表1 天然氣的PMOP值
2 質量管理 2.1 相關標準規范 PE燃氣管道應符合現行的國家標準：GB 50028—2006{城鎮燃氣設計規范》、CJJ 33—2005《城鎮燃氣輸配工程施工及驗收規范》、CJJ 63—2008《聚乙烯燃氣管道工程技術規程》、GB 15558.1—2003《燃氣用埋地聚乙烯(PE)管道系統 第1部分：管材》、GB 15558.2—2005《燃氣用埋地聚乙烯(PE)管道系統 第2部分：管件》的規定[3]。 2.2 材料的儲運、使用 儲運過程中應避免材料劃傷，不得拋摔、沿地拖拽；室內存放時應存放在通風良好、溫度低于40℃的倉庫內，室外臨時堆放時，必須有遮蓋物，避免日曬雨淋；應放置于平整場地上，堆放高度不能超過規范要求，以免造成管材不圓度超標；遠離熱源，避免受到油品和化學品污染；從生產到使用的存放期，管材不宜超過1年，管件不宜超過2年。 使用前應核對規格、標準尺寸比(SDR11、SDR17.6)、材質等級(PE80、PE100)；檢查材料表面是否有磕、碰、劃傷，劃傷深度不應超過管材壁厚的10%，否則應予切除；檢查存放時間，若超期，應重新抽樣進行性能檢驗，合格后方可使用。 2.3 人員的要求 PE管焊接人員應經過專業技術培訓后方可上崗。操作人員應提高質量意識和安全責任意識，熟練掌握施工工藝規程，提高作業能力；要精心地使用、維護、檢查施工機具；對操作過程應詳細記錄，發現問題應及時糾正。 發揮工程監理的作用，監理人員應認真核對操作人員的資格證件及材料的生產合格證，及時發現和糾正施工人員的錯誤操作，對于不合格或違反規范的操作應及時要求整改、返工。 2.4 焊接設備的使用 熱熔焊機主要由機架、銑刀、加熱板、液壓控制箱等部分組成，種類分為手動型、半自動型、全自動型。半自動型和全自動型的主要區別是全自動型的焊接參數可全部儲存在芯片上，切換操作自動控制，并自動監控記錄焊接的全過程。 現有手動型熱熔焊機已無法嚴格完成要求的焊接過程，無法嚴格滿足焊接的工藝參數要求，不具備操作的可重復性。目前，鄭州燃氣集團已淘汰手動型熱熔焊機，普及半自動型熱熔焊機，全自動型熱熔焊機正在引進之中。 焊機的工作狀況直接影響焊接的質量。由于現有焊機缺乏定期檢測、維護，導致的故障有：加熱板溫度分布不均勻，設定溫度與實際溫度不符；加熱板表面材料(特氟隆或聚四氟乙烯)存在劃傷現象，對焊件端面造成污染；部件可靠性差，壓力控制不精確等。 建議采用符合相關標準要求的全自動型熱熔焊機，其特點是可以進行過程監控、記錄。每一道工序及焊接參數都需要確認，以便決定是否繼續焊接；若發現工序及焊接參數出現偏離，焊接會自動終止；所有焊接參數都全程記錄，便于追溯。由于可以固化經過驗證的施工工藝參數，并能根據環境溫度等自然環境條件自動進行調整，各種工藝參數記錄可以存儲、輸出，減少了人為因素對焊口的影響，實現了焊接過程的可重復性、可追溯性，大大減輕了質量檢查的工作量[1]。 電熔焊機分為半自動型和全自動型。半自動型已基本淘汰，全自動電熔焊機無須手動輸入焊接參數，由讀碼器直接掃描電熔管件上的條形碼。不同廠家生產的焊機有不同的參數，條形碼能消除參數的誤差，將所有的焊接參數自動輸入焊機，對電熔管件進行加熱焊接。 2.5 連接方式及焊接環境 熱熔對接連接是PE燃氣管道施工中主要采用的連接方法之一，使用的設備是熱熔對接焊機。通過加熱板同時加熱需要焊接管材、管件的兩個端面，使其達到熔化溫度，撤去加熱板，隨即迅速貼合，通過焊接機具在一定的壓力下冷卻，冷卻后達到熔接目的。 電熔承插連接也是PE燃氣管道施工中主要的連接方法之一，使用的設備是電熔焊機。通過電熔焊機對預埋在電熔管件內表面的電阻絲通電后發熱，使電熔管件內表面和承插管材的外表面達到合理的熔化溫度，升溫膨脹產生焊接壓力，冷卻后熔為一體，達到焊接目的。 熱熔連接不需要額外管件，但對管徑、管材有一定的要求，要求管道外徑≥90mm或壁厚＞6mm，且不同材料級別、不同壁厚、熔體質量流動速率差大于規定值的管材、管件禁止使用熱熔對接。熱熔焊接缺點是對接比較困難，對操作人員的技術水平要求很高，且熱熔焊機體積大，重量大，搬運困難，在管溝內進行熱熔連接，管溝需加寬加大。 電熔連接方法對管徑、管材沒有嚴格要求，可連接不同材料級別及不同壁厚的管材、管件。但需要額外管件，因而增加管道造價，大口徑的電熔管件造價相當高。電熔焊機一般為全自動型，操作人員出錯的概率相對減小，焊接質量有很好的保證。電熔焊機體積較小，易于搬運，可在管溝溝槽內進行焊接，無須對溝槽特殊處理，施工方便。 管道熱熔或電熔連接的環境溫度應在-5～+45℃范圍內，風力應小于5級。因此在寒冷的冬季，應采取保溫、防風措施，并應調整連接工藝；炎熱的夏季進行操作時，應采取遮陽措施。 管材、管件存放處與現場溫差較大時，連接前應將管材、管件在施工現場放置一定時間，使其溫度接近施工現場溫度。 2006年11月，河南省中原工程管理有限公司在監理廣東佛山市南海區怡翠馨園庭院燃氣管道施工過程中發現了問題。對于采用PE80 SDR17.6系列的PE管材，相應的管件也應選用相應級別，但施工單位因把關不嚴，錯誤地領用了PE100 SDR11系列的熱熔管件，焊接后因殘余應力導致焊縫產生鼓泡、裂紋現象。查明原因后，要求切除該批熱熔焊縫，全部采用電熔套筒連接，并對施工單位進行了經濟處罰。 2.6 焊接工藝 在熱熔焊接工藝參數中，與焊接直接有關的參數有焊接溫度、時間和壓力。在焊接溫度確定的情況下壓力和時間的關系見圖1。  圖中p1——總的焊接壓力(表壓)，MPa p2——焊接規定的壓力(表壓)，MPa p3——拖動壓力(表壓)，MPa t1——卷邊達到規定高度的時間，s t2——焊接所需要的吸熱時間。s t3——切換所規定的時間，s t4——調整壓力到p1所規定的時間，s t5——冷卻時間，min t6——總的焊接時間，min 對接焊接要獲得質量合格的焊口，必須滿足的基本條件是：①焊接界面必須清潔、干燥；②合理的加熱溫度和加熱時間；③合適的外力，加劇分子變形。在加熱過程中，施加水平徑向拖力能平整管材端面上的不平整度，但若壓力過大，會導致熔料流向焊端的邊緣，改變焊接接頭的形狀，嚴重影響焊接質量。在熔接過程中，施加水平徑向外力是為了排除氣孔和氣體夾雜物，消除受熱氧化破壞的材料，補償材料收縮。冷卻過程是在保持一定外力的情況下，長時間內以緩慢速度進行焊縫材料的收縮、翻邊結構的形成過程。 2.7 焊接質量檢驗及注意事項 連接完成后，應對接頭進行100%的翻邊對稱性、接頭對正性檢驗和不少于10%的翻邊切除檢驗。翻邊對稱性檢驗和接頭對正性檢驗是外觀檢查的最基本方法，也是比較簡便和實用的方法。翻邊切除檢驗操作相對復雜，需要專業工具和熟練的操作人員。目前，鄭州燃氣公司已經準備全面普及翻邊切除檢驗方法。 翻邊切除檢驗應符合下列要求[4]： ① 翻邊應是實心圓滑的，根部較寬。 ② 翻邊下側不應有雜質、小孔、扭曲和損壞。 ③ 每隔50mm進行180°的背彎試驗，不應有開裂、裂縫，接縫處不得露出熔合線。 當抽樣檢驗的焊縫全部合格時，則此次抽樣所代表的該批焊縫應認為全部合格；否則應按下列規定加倍抽樣檢驗[4]：①除不合格焊縫需切除重焊外(不能進行修補)，每出現一道不合格焊縫，則應加倍抽檢該焊工所焊的同一批焊縫，按本規程進行檢驗。②如第二次抽檢仍出現不合格焊縫，則應對該焊工所焊的同批全部焊縫進行檢驗。 2008年2月20日，鄭州市秦嶺路與中原路交叉口南約200m處燃氣管道發生焊縫開裂泄漏事故，長約20m的路面被頂起，影響部分用戶用氣達6h。從開裂焊縫的外觀來看，內外翻邊屬正常范圍，凸緣比較對稱均勻；錯邊量未超標；開裂部位端面呈光滑狀，絕大部分未粘連；試壓結果正常。直接原因：加熱溫度不夠；加熱時間過短；焊接壓力過大，以致熔融材料被過多擠出，凸緣翻出而焊縫內部卻中空虛焊；焊縫未冷卻到環境溫度時即拆除夾具，移動接頭，造成焊縫強度不足。間接原因：管道下方人防工程造成管道高程有變化，有附加應力作用于管道。該事故雖未造成嚴重后果，但說明熱熔焊接在人員操作、機具管理、檢測方法等方面還存在漏洞。因此，鄭州燃氣股份有限公司提出，對所有PE管焊工重新考試上崗，逐步引進全自動熱熔焊機，按規范要求進行不少于10%的翻邊切除檢驗，并對相關責任人進行了處罰。 2.8 非開挖施工方法在施工中的應用 非開挖施工方法近年來在市政工程中得到了越來越多的應用，但因其屬隱蔽工程，施工過程中常常發生損壞其他地下設施的事故。2005年5月，鄭州市冉屯路燃氣管道施工中，在采用非開挖方法穿越冉屯東路時，將垂直方向的已供氣PE燃氣管道損壞，造成周邊3×104戶居民用氣中斷達12h。事故發生后，鄭州燃氣股份有限公司整頓了非開挖施工單位，明確提出非開挖施工的合格標準為： 樁號偏差≤1m，管位偏差≤0.5m，高程偏差≤0.2m；頂管過程中不應對地下管線及構筑物造成破壞；拖管過程中管腔不應進泥漿；管體不得產生嚴重變形，管體劃傷深度不得超過壁厚的10%；鋼管拖管過程中不應對防腐層造成破壞；PE管示蹤線不應斷裂。 要求非開挖施工的施工組織設計中必須有“圖紙會審”部分，應包含以下內容： ① 管道起止點位置、管位、最大管道深度、管材、長度。 ② 地下障礙物的名稱、位置、深度。 ③ 設計鉆進曲線，包括最深鉆點的位置、深度，起始點的深度，終止點的深度，并應符合曲率半徑的要求(鋼管的曲率半徑≥1500倍外徑，PE管的曲率半徑≥25倍外徑)。 隨著這些要求的實施，近年來類似事故已逐步減少，接近于零。 3 結語 PE燃氣管道系統質量直接影響城市燃氣系統的運行。相關從業人員要充分認識PE管道系統的性能，不斷總結完善質量控制體系和監督體系，全面促進PE管材、管件在燃氣工程中的應用。 參考文獻： [1] 姜振世，孫東喜，徐彥豐.聚乙烯壓力管道的質量控制[J].城市燃氣，2005，(5)：19-21. [2] 繆江.PE燃氣管道的施工質量管理與控制[J].城市燃氣，2005，(12)：18-21. [3] 李長纓.城鎮燃氣聚乙烯管應用中相關問題研究[J].煤氣與熱力，2008，28(2)：B42-B47. [4] CJJ 63—2008，聚乙烯燃氣管道工程技術規程[S]. (本文作者：姬斌1 呂尚鋒1 王健2 韓艷霞1 1.鄭州燃氣股份有限公司 河南鄭州 450006；2.河南省中原工程管理有限公司 河南鄭州 450003) |
