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淺談PE 管道的性能及使用范圍

摘 要: PE(聚乙烯) 管道經(jīng)過快一個(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

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(shí)期,由于銅與鋼材的短缺,國(guó)外開始在燃?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90%,法國(guó)1998 年新敷設(shè)燃?xì)夤艿缼缀?/font>100%采用聚乙烯管道。早在1988 年,在慕尼黑召開的國(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 年代初期開始聚乙烯燃?xì)夤艿难芯抗ぷ?/font>, 最早使用聚乙烯管輸送城鎮(zhèn)燃?xì)馐?/font>1982 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Ｓ昧涎兄坪图庸?yīng)用技術(shù)開發(fā)” 列為國(guó)家“ 七五” 攻關(guān)項(xiàng)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(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?管件的國(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)已的最大規(guī)格到
400mm。 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。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。

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年日本的神戶地震中,聚乙烯燃?xì)夤芎凸┧苁俏?/font>

一幸免的管道系統(tǒng)。 正因?yàn)槿绱?/font>,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(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(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?/font>

PE 燃?xì)夤苁侵赣糜谳斔吞烊粴狻?液化氣或煤氣的管材。 其中煤氣的成分較復(fù)雜,內(nèi)含芳烴,對(duì)PE 的侵蝕會(huì)促進(jìn)其應(yīng)力開裂,因而對(duì)于天然氣管道的要求很嚴(yán)格。PE 燃?xì)夤軜渲倪x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?/font>PE 樹脂首先應(yīng)具備優(yōu)良的耐環(huán)境應(yīng)力性能,耐應(yīng)力開裂值不應(yīng)低于5000h。其環(huán)境應(yīng)力開裂時(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Ｓ昧喜捎眠M(jìn)口樹脂。燃?xì)庥镁垡蚁┕苈返氖┕?yīng)注意的問題:

4. 1. 1 保證設(shè)計(jì)的埋深。 聚乙烯燃?xì)夤艿赖淖钚」茼敻餐梁穸?應(yīng)符合如下規(guī)定: 埋設(shè)在車行道下時(shí),不應(yīng)小于0. 8m; 埋設(shè)在非車行道下時(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 樹脂, 如HDPE 樹脂。LDPE 樹脂的拉伸強(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 樹脂已成為生產(chǎn)飲用水管的常用材料。LDPE、 LLDPE 樹脂的熔融粘度小, 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?/font>,使得藻類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)。