聚乙烯(PE)燃气管道的应用与发展[2]

目前,国外正在尝试将sdr11的聚乙烯燃气管的使用压力提高到1.0mpa。

三、 聚乙烯燃气管材的特点

聚乙烯燃气管道具有许多卓越的特性，如耐低温，韧性好，刚柔相济。因而在一些特殊用途中更是大显身手，因为在这些领域中，传统材料管子，不是不适用，就是费用大，而且还不能保证管道的安全使用。如钢管、铸铁管最大的问题是在使用期内，普遍发生的腐蚀和接头泄漏。聚乙烯管则具有明显的优点，圆满地解决了传统管道的腐蚀和接头泄漏两大难题。如作为室外线路管敷设在腐蚀性的土壤中，地震地区、山地和沼泽地区；作为承插管插入旧管道中修复、更新旧管道。由于与众不同的施工特点，往往为用户带来巨大的经济效益。如美国资料报导，聚乙烯管安装费用低于钢管道安装费用50%，而穿插法又比聚乙烯管直接埋地法节约30-40%。聚乙烯管的主要优点体现在：

1.耐腐蚀。聚乙烯为惰性材料，除少数强氧化剂外，可耐多种化学介质的侵蚀。无电化学腐蚀，不需要防腐层。

2.不泄漏。聚乙烯管道主要采用熔接连接（热熔连接或电熔连接），本质上保证接口材质、结构与管体本身的同一性，实现了接头与管材的一体化。试验证实，其接口的抗拉强度及爆破强度均高于管材本体，可有效地抵抗内压力产生的环向应力及轴向的拉伸应力。因此与橡胶圈类接头或其他机械接头相比，不存在因接头扭曲造成泄漏的危险。

3.高韧性。聚乙烯管是一种高韧性的管材，其断裂伸长率一般超过500%，对管基不均匀沉降的适应能力非常强。也是一种抗震性能优良的管道。在1995年日本的神户地震中，聚乙烯燃气管和供水管是唯一幸免的管道系统。正因为如此，日本震后大力推广pe管在燃气领域的使用。

4.聚乙烯管具有优良的挠性。聚乙烯的挠性是一个重要的性质，它极大地增强了该材料对于管线工程的价值。聚乙烯的挠性使聚乙烯管可以进行盘卷，并以较长的长度供应，不需要各种连接管件。用于不开槽施工，聚乙烯管道的走向容易依照施工方法的要求进行改变；聚乙烯材料的挠性，使其可在施工前改变管材的形状，插入旧管后恢复原来的大小和尺寸。

5. 聚乙烯管道具有良好的抵抗刮痕能力。采用不开槽施工技术，无论是铺设新管或旧管道的修复或更新，刮痕是无法避免的。刮痕造成材料的应力集中，引发管道的破坏。管材抵抗刮痕的能力，与管材的慢速裂纹增长(scg)行为关系密切，研究证明，pe80等级的聚乙烯管具有较好的抵抗scg的能力和耐刮痕能力。pe100聚乙烯管材料则具有更加出色的抵抗刮痕能力。

6. 良好的快速裂纹传递抵抗能力。管道的快速开裂是指在管道偶然发生开裂时，裂纹以几百m/秒的速度迅速增长，瞬间造成几十m甚至上千m管道破坏的大事故。快速开裂是一种偶发事故，但其后果是灾难性的。早在五十年代，美国输气钢管曾发生几起快速开裂事故。聚氯乙烯气管和水管均曾发生过快速开裂事故。实际使用中尚未发现聚乙烯燃气管的快速开裂。因而近10年来，国际上对塑料管道，特别聚乙烯燃气管的快速裂纹传递进行了大量卓有成效的研究工作。结果表明，在常用的塑料管材中，聚乙烯抵抗裂纹快速传递的能力名列前茅。如upvc的动态断裂韧性kd为1.8mnm-3/2，pp-r的kd为1.6mnm-3/2，而pe80的kd则为2.9mnm-3/2，pe100的kd则高达3.8mnm-3/2。温度越低，管径和壁厚越大，工作压力越高，塑料管道快速开裂的危险性越大。因此，聚乙烯管道，特别是pe100管更适宜做大口径管。目前，国外的聚乙烯燃气管材标准（iso4437-1997和en1555）已将耐快速开裂扩展（rcp）列入标准之中。
7. 聚乙烯管道使用寿命长，可达50年以上，这是国外根据聚乙烯管材环向抗拉强度的长期静水压设计基础值(hdb)确定的，已被国际标准确认。

此外，聚乙烯管道重量轻也是一重要因素。

四、 聚乙烯燃气管道系统的设计

（一）、聚乙烯燃气管道强度计算

做为工程管道，应有两个重要的指标，即长期使用性能及使用的安全性。当代聚乙烯管道的生产者完全可以提供真正称之为工程塑料的管材和管件，是缘于两个极为有力的后盾。一个是原材料供应者的高度先进技术的支持；一个是科学而严谨的设计思想。在当代高分子材料科学技术进步支持下，聚乙烯管材树脂的合成技术和性能不断取得进展，管材长期使用性能日益提高，如1989年分子量分布呈双峰型的pe100级管材树脂的出现，将聚乙烯管材料推到了一个崭新的高度。同时，对聚乙烯管材料长期使用性能的评价形成了系统科学的标准评价方法，即对管材树脂最低要求的静液压强度──mrs的测量。所谓mrs是指连续施加在该聚乙烯树脂制管管壁上50年时引起管材破坏时所计算的在管壁上的环向张应力。该值是管材结构设计的基础。聚乙烯管材结构设计的iso方程：


  (sdr=de/e) 公式（1）

p 公称压力(mpa)

[δ] 设计应力(mpa)

sdr 标准尺寸比

de 管公称外径

e 管公称规定壁厚

管材设计应力的求取：

公式（2）

设计系数(c)：保证管道满负载运行时还有一定的安全度。

（二）、我国聚乙烯燃气管道工程技术规程设计系数

我国聚乙烯燃气管道工程技术规程是根据pe80级管材来考虑，对不同种类燃气的设计系数做出如下规定：

表2.不同种类燃气的设计系数

根据以上设计系数，在我国聚乙烯管道输送不同种类燃气的最大允许工作压力如下：

表3.不同种类燃气的最大允许工作压力

我国燃气管道的施工技术规程的编制说明中也明确：我国允许使用压力时按工作温度20℃，使用寿命50年，管道环向应力为8.0 mpa（长期静液压强度），安全系数不小于4等4个条件来确定的。在安全性能得到保证的情况下，改变以上条件中的任意一个，最大允许工作压力可以提高，也就是，经过充分论证，设计系数可以调整。

五、 聚乙烯管材、管件的生产、型号规格及种类

（一）、聚乙烯管材的生产及型号规格

聚乙烯管材的生产在挤出生产线上进行，目前国内几个主要生产厂家都选用进口生产线，基本上实现了全自动控制，能够自动上料、自动计量进料、自动切割和卷曲，产品质量更加稳定，生产效率明显提高。聚乙烯燃气管材国标目前分为sdr11和sdr17.6两个系列，管材的颜色有两种，一种为黄色管，一种是黑管加黄条。规格从20mm～250mm；目前国内已应用的最大规格到ф400mm。最新发布的iso标准和欧洲标准已将管材的公称外径扩大到630 mm。管材的规格及尺寸偏差见下表：

表4 聚乙烯管材的规格尺寸表 单位：mm