2、浅论PE管在城镇燃气压力管道中的应用

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1、浅论 PE 管在城镇燃气压力管道中的应用陈鹏飞 （合肥燃气集团有限公司 安徽合肥 230075）摘要 聚乙烯燃气管道在 GB1、GC2 类压力管道上已运用多年，因为聚乙烯材料性能稳定，寿命长，埋地敷设无须防腐，内壁光滑阻力小，小口径 PE 管性价比高等特点，其使用领域和规模不断扩大。本文着重介绍了聚乙烯燃气管道在压力管道中的应用情况,分析其与金属管道在压力管道设计、施工、质量验收上不同之处。关键词 聚乙烯管道；压力管道聚乙烯燃气管道简称 PE 管，自 1956 年美国在燃气输配领域引入 PE 管,至今已经有 50 多年了。我国自上世纪 80 年代起也开始在城镇燃气埋地管道中使用聚乙烯管道，历

2、经 30 年发展在聚乙烯管道从原料到工程施工，从产品要求到质量的控制方法，都已高度 成熟。 聚乙烯燃气管道根据密度可分为低密度聚乙烯（LDPE）管，中密度聚乙烯（MDPE） 管和高密度聚乙烯（HDPE）管；根据聚乙烯管的长期静液压强度（MRS） ，分为 PE32、PE40、PE63、PE80 和 PE100 五个等级，目前国内燃气管道较常使用的 PE80（MRS 值为 8.0 MPa） 、PE100（MRS 值为 10.0 MPa）的 PE 管；按标准尺寸比（管的平均外径与 最小壁厚之间的比值，SDR=dn/en）主要分为 SDR11、SDR17.6 两个规格。 由于聚乙烯材料具有性能稳定，寿

3、命长，埋地敷设无须防腐，内壁光滑阻力小，小 口径 PE 管性价比优于钢质管道等优势，目前聚乙烯管道无论在城镇燃气管网还是小区庭 院管网或者工商企业管网中均大量被使用，主要应用的领域包含 GB1 类城镇燃气管道、 GC2 类工业管道中的部分燃气管道。 目前聚乙烯燃气管道的设计、施工及验收主要参见聚乙烯燃气管道工程技术规程 （CJJ63-2008） （以下简称规程 ）,城镇燃气设计规范 （GB50028-2006） （以下简称 燃规 ） ，聚乙烯管道在施工、验收、设计上与金属管道有很大的不同，对于与金属管 道相近的部分这里不再赘述。以下主要介绍与其不同的几个方面:1 聚乙烯燃气管道强度计算算聚乙烯

4、燃气管道强度计算与金属管道有很大同，对于金属管的设计，广泛的是在设 计温度下材料的许用应力（MPa）作为主要参数进行设计。而聚乙烯管与金属管不同，它 的寿命主要受持续应力及温度变化的影响，聚乙烯管的设计应力根据长期强度来决定， 即聚乙烯树脂最低要求的静液压强度MRS。常用的 MRS 参数为连续施加在该聚乙烯树 脂制管管壁上 20、50 年时引起管材破坏时所计算的在管壁上的环向张应力。该值是聚 乙烯管材结构设计的基础。 为了将“50 年使用寿命”付诸实际，对于加工管件的材料进行了分级，只要选用的 材料符合设计要求，即可达到长期使用性能。 根据试验测定 LPL值，可获得 MRS 值，其值的 10

5、倍定义为材料的分级值，分别为PE100，PE80，PE63，PE40，PE32 等，见表 1。表 1 PE 管材料的等级命名LPL范围/MPaMRS（50 年、20）/MPa材料的命名10.00-11.198.00-9.996.30-7.994.00-4.993.15-3.991086.343.2PE100PE80PE63PE40PE32根据 ISO/TS10839 规定3：PE 系统的最大工作压力（MOP）取决于使用的树脂的类 型（MRS） ，管材 SDR 系列和使用条件，并受总体使用设计系数(安全系数) C 和 RCP 标准 的限制。 MOP 应用下式进行计算：FDSDRCMRSMOP)

6、1(2式中：MOP - 最大工作压力，单位 MPa； MRS - 最小要求强度，单位 MPa； SDR - 标准尺寸比； C - 总体使用设计系数(安全系数).热塑性材料的总体使用（设计） 系数 C 规定在 ISO12162 中，这个系数用于计算管道的 MOP。对于 输送天然气的 PE 管道系统，C 应大于或等于 2。 DF - 计算 MOP 时，考虑了工作温度的影响的折减系数。见表 2 表 2 温度折减系数平均温度折减系数 DF100.9201.0301.1401.3注：对于中间温度，允许使用内插法由于实际工程中主要由于城镇燃气管道的运行压力级别比较统一，而聚乙烯燃气管 道的规格也比较简单，

7、 规程中直接规定聚乙烯管道输送天然气、液化石油气和人工煤 气时，其设计压力应不大于管道最大允许工作压力，最大允许工作压力应符合表 3 的规 定2：表 3 聚乙烯管道的最大允许工作压力（MPa）PE80PE100 城镇燃气种类 SDR11SDR17.6SDR11SDR17.6天然气0.500.300.700.40液化石油气混空气0.400.200.500.30气态0.200.100.300.20干气0.400.200.500.30 人工煤气 其它0.200.10.300.20但当聚乙烯管道工作温度在 20以上时，最大允许工作压力应按工作温度对工作压 力的折减系数进行折减，折减系数应符合表 4 的

8、规定。表 4 工作温度对管道工作压力的折减系数工作温度-20t 2020t 3030t 40折减系数1.00.90.76注：表中的工作温度是指管道工作环境最高月平均温度虽然规范规定 PE100 SDR11 的燃气管道最高使用压力为 0.7MPa,但实际上目前聚乙 烯燃气管道主要应用于工作压力不大于 0.4 MPa 的城镇中、低压燃气管道，在次高压管 道中应用较少。2 聚乙烯燃气管道的连接和检验聚乙烯管道连接原理是聚乙烯在一定的温度范围内被熔化，待接口处管材（或管件） 熔化的部分充分接触，并保持有适当的压力，冷却后便可牢固地融为一体。由于聚乙烯 管道材料对加热温度、接触时间要求很高，聚乙烯管材、

9、管件的连接，必须根据不同连 接形式选用专用的连接机具。 在早期规程中规定聚乙烯燃气管道的连接方式应采用电熔连接（电熔承插连接、 电熔鞍形连接）或热熔连接（热熔承插连接、热熔对接连接、热熔鞍形连接）等。 现行规程出于安全性和可操作性取消了热熔对接连接、热熔鞍形连接的连接方 式： (1)聚乙烯管材、管件的连接应采用热熔对接连接或电熔连接（电熔承插连接、电熔 鞍型连接） ；聚乙烯管道与金属管道或金属附件连接，应采用法兰连接或钢塑转换接头连 接，采用法兰连接宜设置检查井； (2)不同级别、熔体质量流动速率差值不小于 0.5g/10min（190，5kg）的聚乙烯 原料制造的管材、管件和管道附件，以及焊

10、接端部标准尺寸比（SDR）不同的聚乙烯燃气 管道连接时，必须采用电熔连接； (3)公称直径小于 90mm 的聚乙烯管道宜采用电熔连接。 早期聚乙烯管道质量验收没有很好的评价和检测方法，施工技术也不够完善，这也 在相当长的一段时间里限制了聚乙烯管道在燃气管道上的应用。经过长期积累的经验， 已经总结完善了聚乙烯管道焊接工艺评定检验与试验方法，尤其是规程的颁布和实 施，极大了促进聚乙烯燃气管道的推广应用。 热熔对接连接的主要实验评价方法是连接完成后，应对接头进行 100%的翻边对称性、 接头对正性检验和不少于 10%翻边切除检验，具体做法可以查看规程第 5 章的内容。3 聚乙烯燃气管道的敷设聚乙烯燃

11、气管道与金属钢管相比敷设差别也很大: 3.1 与金属管道敷设基本不受环境影响不同，由于聚乙烯管道机械强度较低，明管使用容易受碰撞破损，同时受大气中紫外线与氧气的影响，会加速老化。因此作为易燃 易爆的燃气的输送管道，不能使用聚乙烯管道作地上管道，一般只能用于埋地使用； 3.2 聚乙烯管道具有柔性好，易于弯曲，线膨胀系数大等特点，聚乙烯管道宜蜿蜒 状敷设，并可随地形弯曲敷设；聚乙烯管道敷设时，管道最低允许弯曲半径为 25 倍公称 直径、当弯曲管段上有承口管件时，管道最低允许弯曲半径为 25 倍公称直径，远低于一 般钢管所需的 1500 倍弯曲半径； 3.3 聚乙烯管道是绝缘体，因此常规的电磁法无法

12、探测到管道的位置和深度，为了 管道测位方便，精确地描绘出聚乙烯燃气管道的走向所以需要在埋设燃气管道的位置埋 设示踪线。目前国际上常用的示踪线有两种，一种是裸露金属线，另一种是带有塑料绝 缘层的金属导线，它们的工作原理均是通过电流脉冲感应，探测系统进行检测； 3.4 聚乙烯燃气管道硬度较金属管道软，所以聚乙烯燃气管道的管基应为平整密实 无尖硬土石和无盐类的原土层，否则应铺垫细沙或细土，管道两侧及管顶以上 0.5m 内 的回填土，不得含有碎石、砖块、垃圾等杂物，下管时要防止划伤聚乙烯管道。4 结论4.1 聚乙烯管道在设计、施工及质量验收中与金属管道的主要区别和不同。具体工 程中应区别加以对待。 4

13、.2 聚乙烯管道在城镇燃气管道设计、施工中的规范规程比较成熟，也有着很好的 实践经验。大规模使用的聚乙烯管道在实际工程中产生了巨大的社会与经济效益。 4.3 但目前在工业燃气管道中聚乙烯管道中还是缺乏一定的规范和技术支撑，只能 套用规程及燃范 ，工业管道适用的规范规程中依然以金属管道作为主要的介质输 送方法，这一问题还有待在未来将聚乙烯燃气管道纳入到工业管道的规范体系中予以解 决。 4.4 期望未来工业用压力管道在经过比较分析论证后，适当引入包括聚乙烯燃气管 道在内的塑料或各种复合材质材料管道,使到达节约工程成本、提高工程质量、延长工程 寿命的目标。 参考文献1中华人民共和国建设部.城镇燃气设计规范(50028-2006)M北京 20062中华人民共和国建设部. 聚乙烯燃气管道工程技术规程(CJJ63-2008)M北京 20083国际标准化组织 燃气输送用聚乙烯管材和管件设计、搬运和安装 ISO/TS10839-2000M2000 作者简介:陈鹏飞，男，1981.5.23 生，长期从事燃气输配系统规划、设计工作。