聚乙烯管道系统的构成与施工

摘要：聚乙烯管道系统在国外应用已有几十年的历史，近几年在国内也得到轻快的发展。本文着重介绍了聚乙烯管网系统的构成、施工、及施工过程中的注意事项。

1聚乙烯管道系统的构成

1.1管材

(1)尺寸规格

目前，国内已有北京、西安、大连、武汉、香港等地开始应用φ315口径，甚至达到φ400。

(2)颜色

A、GBl5558.1规定，燃气用聚乙烯管道的颜色为黄色或黑色加黄条；

B、GB13663规定，给水用聚乙烯规定为蓝色或黑色加蓝条

(3)长度

长度一般为12米／根(标准规定为6、9、12米／根)，小口径管可盘卷。

(4)性能指标

———短期静液压强度：

在20℃、环向应力9MPa下，韧性破坏时间应大于100小时

在80℃、环向应力4.6MPa下，脆性破坏时间应大于165小时

———热稳定性：在200℃下，应大于20分钟

———耐应力开裂：在80℃、环向应力4MPa下，应不小于170小时

———压缩复原在80℃、环向应力4MPa下，应大于170小时

———纵向回缩率：在110℃下，应不大于3％

———断裂延伸率：应大于350％

(5)压力等级

A、对于不同燃气，有不同的压力等级，CJJ63—95有明确的规定：

同时还规定，当输送不含冷凝液的人工煤气时压力可适当提高，但不宜超过0.2MPa，当输送不含冷凝液的气态液化石油气时，工作压力可适当提高，但不宜超过0.3MPa。当输送其它燃气时，经充分论证，在保证安全的前提下，可参照相似气种确定工作压力。

以上规定是以PE80为基础给出的。

B、对于水管道，ISO4427中是按原材料的不同等级(PElOO、PE80、PE63等)、标准尺寸比(SDR)给出的。

对于不同的使用温度，在保证50年的使用寿命的前提下又给出了压力折减系数。

EN1555给出的工作压力根据以下公式确定：

MOP＝2*MRS／(C*(SDR—1))

式中

MOP：最大允许工作压力

MRS：材料的最小要求强度

SDR：标准尺寸比

C：设计使用系数

燃气C≥2.0

水C≥1.25

1.2管件

(1)管件的分类

①根据管件的生产方式不同，可将管件分为注射管件及焊接管件两大类。大部分管件都可用注射成型的方法制造。但对于一些壁厚、体积、重量都较大的管件，可采用焊接的方法制造。

②根据施工方法、用途的不同，可将聚乙烯管件分为电热熔管件、热熔对接管件、承插管件、钢塑转换接头等类型。

A、电热熔管件：

电热熔管件是应用某种方法将电热丝布置于管件的内表面，施工时将管子与管件配合后用专用的加热控制电源将管件中的电热丝通电加热，使管件与管材的接触表面熔化结合，冷却后使管件与管材牢固、密封地结合在一起。由于施工快捷方便，焊接效果好，电热熔管件是目前世界上聚乙烯管材连接件中应用最为广泛的一种。此种管件的缺点是制造成本较高。

各生产厂家一般使用独有的设计和拥有专利的技术将电热丝布置嵌入管件中。因此，在使用这种管件时必须选择合理的与之相匹配的焊机才能产生最佳的焊接效果。电热熔管件可用于燃气和给水系统。

B、热熔对接管件热熔对接管件是指适用于热板对接焊的管件。热熔对接管件可用于燃气和给水系统。

C、热熔承插管件热熔承插管件是用于承插焊连接的管件。一般口径较小，主要用于室内给水系统，在燃气领域基本不用。

D、钢塑转换接头钢塑转换是实现钢管向塑管、塑管向钢管转换的专用管件。在工厂加工成型，可用于燃气和给水系统。

③按工程习惯，聚乙烯管道系统的管件又可分为：套筒、弯头、三通、鞍型三通、变径、端堵、法兰、钢塑转换等。

(2)管件阶性能

———短期静液压强度：

在20℃、环向应力9MPa下，韧性破坏时间应大于100小时

在80℃、环向应力4.6MPa下。脆性破坏时间应大于165小时

———热稳定性：在200℃下，应大于20分钟

———加热伸缩管件外径及长度变化不超过5％，管件外形不允许有明显变化。

1.3PE球阀

PE球阀是聚乙烯燃气管网系统中不可缺少的控制元件。它开启、关闭的力矩小，阀门无腐蚀，不需维护和维修，使用寿命50年，聚乙烯管网系统的完整性提高。整体式的阀体，免除了泄漏的可能，PE球阀与PE管道连接时，无需设置阀门井，直埋施工，阀体两端的直口可使用对接焊或电熔焊方便的连接，阀门的开、关在地面操作。

PE球阀主要用于燃气输配的管网系统中，以前依赖进口，现已国产化。

1.4焊接机具

聚乙烯(PE)管道焊接通用原理：

聚乙烯(PE)一般可在190℃—240℃之间的范围内被熔化(不同原材料牌号的熔化温度一般亦不全相同)，此时若将管材(或管件)两熔化的部分充分接触，并保有适当的压力(电热熔焊接的压力，来源于焊接过程中聚乙烯自身产生的热膨胀)，冷却后便可牢固地融为一体。

按焊接方式不同，一般可分电热熔焊接和热熔焊接。

A、电熔焊及电熔焊机电热熔焊接是通过对预埋于电热熔管件内表面的电热丝的通电而使其加热，从而使管件的内表面及管材(或管件)的外表面分别被熔化，冷却到要求的时间后而达到焊接目的。

电热熔焊接优点：

—施工迅速；

—焊口可靠性高；

—保持管道内壁光滑。不影响流通量；

—还有一突出优点是：电热熔焊接可用于不同牌号聚乙烯原料生产的管材和管件及不同熔融指数聚乙烯原料生产的中、高密度聚乙烯管材和管件的连接。

电熔焊机一般具有如下特点：

—焊机均由自身的微机控制；

—可根据环境温度不同自动调整加热时日；

—具备更加完善的智能化状态判断功能和保护功能；

—能保存焊接参数，可随时查阅。可随时在通用打印机上打印输出。入档备查。

如亚大生产的PFSA型全自动电熔焊机。

值得指出的是：由于每个电热熔焊机制造商所采用的技术不完全一样，工作原理不同，所以生产出的电热熔焊机的输出伏安特性等便不尽相同，在焊接过程中就会产生焊接不牢固或过火等现象，故此在采购过程中应充分听取管件生产厂商的推荐，因为他们有充足的试验手段和专业化的研究人员作强有力技术支撑，可以保证达到最佳的焊接质量。

如亚大公司的电热熔管件就是在研究和消化国家及大量的国际标准后，设计开发的。首先电热熔管件要符合GB15558.2—1995，电热熔管件的设计，生产，检验，试验均严格按照国家标准中规定的条款进行。同时也参考欧洲标准ENl555—3和英国标准等，确保亚大公司的电热熔管件的性能均能达到标准中的要求。并对所有电热熔管件进行试验，如进行20℃、1000小时，80℃、165小时，80℃、1000小时短期静液压试验，鞍型三通低温冲击试验，剥离试验，挤压试验等，累计焊接电热熔管件6000多件，取试条两万余条，记录数据两万多个，为亚太公司的电热熔管件达到国际先进水平提供依据。同时还对电热熔管件与管材的配合间隙。电热熔管件布线深浅等生产工艺问题进行研究试验，如果配合间隙大，布线深，容易造成焊接不牢固，如果配合间隙小，布线浅，焊接时容易造成电热熔管件“冒烟”。经过反复试制，修改设计，解决生产工艺中的问题，使亚大公司的电热熔管件设计更加合理，用户使用时更加方便。电热熔管件上粘贴符合ISOl3950—1997的24位条形码，条形码中包含电热熔管件的焊接参数，为使用全自动电熔焊机的用户提供方便。

B、对接焊及对接焊机

热熔对接焊机是用来加热管材(或管件)端面的专用设备，使被加热的两端面熔化，迅速将其贴合。保有一定的压力、冷却，达到熔接的目的。

热熔对接焊接技术一般用于连接具有相同熔融指数的管材或管件(且最好应具备相同的SDR值)，不同制造商的焊接参数不尽相同，用户必须严格执行。

热熔对接焊机一般可分为普通热熔对接焊机和自动热熔对接焊机两类：

普通热熔对接焊机一般包括如下部分：

—焊机机架

—动力源

—铣刀(平端面装置)

—加热板

—计时装置

自动热熔对接焊机一般有如下特点：

—对全过程的时间、温度、压力进行全自动、不间断控制；

—对每一连接、部件和操作人员的识别

—切削端面自动操作；

—加压压力自动设定；

—根据环境温度自动补偿加热时间；

—能保存焊接参数及操作者代码，可随时查阅，随时可在通用打印机上打印输出，入档备查。

目前全自动对接焊机国内已有生产。

C、承插焊机

热熔承插焊机是用阴阳模头分别加热管材外表面和管件内表面的设备，使之分别被熔化，将管材迅速插入管件，冷却后即达到焊接目的。

在聚乙烯管道系统的施工过程中，一般还用到如下工具：旋转切刀、旋转刮刀、固定夹具、压扁工具、平板尺、记号笔等。这些配套工具的使用保证了PE管道的施工质量。

2聚乙烯管道系统的施工

为获得优良的施工质量和工程质量，就必须有可靠的设计、严格的要求。聚乙烯管道的设计应严格按照有关的设计规范进行，但又不能生搬硬套，如我国行业标准CJJ63《聚乙烯燃气管道工程技术规程》正文部分规定"中压管道允许压力降可由该级管道的入口压力至次级管网调压器允许的最低人口压力之差确定，流速不宜大于5m／s"。以此流速作管网设计时，聚乙烯管几乎无工程利用价值，体现不出PE管的优势，限制了聚乙烯管的实际应用。在同一标准的编制说明中，给出了一些国内外气体管道流速的规定：

●《炼油装置压力管线》V＝15~30m／s

●美国《化工装置中》乙烯与天然气管道V≤30.5m/s

●液化石油气气相管V＝8~15m／s

●焦炉气管V＝4~8m／s

这些流速是符合一般管道工程设计流速要求的。标准编制说明与标准正文具有同等法律效力，可参照使用。同时我们查阅国外PE管设计流速的有关技术资料，资料中明确规定。天然气在塑料管中的流速不超过20m／s。

因此，建议聚乙烯管输送燃气的流速以不超过20m／s为宜。

又比如在CJJ63—95中关于聚乙烯燃气管与直埋供热管之间的水平间距的规定为3米，而此规定是在供水管DN＝630、水温150℃，回水管DN＝630、水温70℃，两管中心距1.11m，管中心埋深1.7m的条件下，经计算得到周围温度场分布，在保证聚乙烯管处于20℃以下的土壤环境中确定的，这显然是指供热主干线的环境条件，与厂房及楼前供热管线条件差异甚大，且因间距过大也难于执行，因此在实际工程中，可按聚乙烯管铺设处的土壤及热力管实际情况作出温度场分布，以确定切实可行的水平距离。

2.1施工前的准备

(1)熟悉施工图并到施工现场了解情况，请设计单位做设计交底。

(2)根据施工工艺要求。准备相应的施工机具。在管道连接中，因我国对聚乙烯管道的焊接质量和焊接参数无统一标准，不同生产厂家生产的管材管件焊接参数不同。为达到可靠的焊接效果，应按照管材管件生产厂家推荐的与该厂产品相匹配的焊机进行连接，同时生产厂家应对他们的推荐承担责任。在电熔焊连接中，应特别注意这一点。

(3)正式施工前应对操作工进行专门的培训。

(4)采购管材、管件。

(5)材料的验收

用户对产品的验收，应做到如下几点：

A、应检查有无产品出厂合格证，并索要出厂检验报告。

B、进行外观及几何尺寸检查。检查管子内外表面是否清洁光滑，是否有沟槽、划伤、凹陷、

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