燃氣聚乙烯(PE)管道的性能與應用分析

摘 要:介紹了燃氣PE管的性能，分析了《城鎮燃氣設計規范》GB50028-2006推薦使用的埋地燃氣管道連接方式的特點，并對其進行了比較選擇。

關鍵詞:燃氣PE管 連接

中圖分類號:TQ325文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2012)04(b)-0051-02

世界各國工業化以來，特別是西方國家進入現代化百余年以來，市政建設中用于輸送常溫下水、氣、油的流體的管道通常采用碳鋼作為管道主體，二次大戰以后，特別是20世紀60年代以后，隨著技術的發展，大量新材料得到開發和應用，在市政燃氣管道系統中，由于傳統管道鋼管抗腐蝕性能較低、施工難度大、造價高等因素，尋求在性能、經濟及實用性優越的管材以替代鋼管作為燃氣管道，一直是科學家和材料生產企業努力的方向，通過不斷的開發試驗及實用對比，聚乙烯PE管材成為替代金屬管綜合性能最好的管材之一。

聚乙烯(PE)管具有:安裝快捷，性能安全可靠，使用周期較長等優勢，使其應用于市政燃氣工程的綜合性價比其它各種管材中是較高的，因此聚乙烯(PE)管已成為目前較為理想的燃氣埋地用管材，具有較大的開發和應用前景。

1 埋地燃氣管道工程對于管材的基本要求

燃氣管道要承受一定的壓力。燃氣泄漏將會導致爆炸、火災、人身傷亡，造成重大經濟損失。因此，對燃氣管材的基本要求是:有足夠的機械強度(抗拉強度、延伸率)，連接性好，具有不透氣性。燃氣管材必須具有以下基本特性。

1.1 材料的強度性能

管道材料的強度性能從抗拉強度極限、屈服極限、延伸率等幾個參數進行分析。這幾個參數因材質的不同而有較大的變化，鋼管的抗拉強度極限一般為335～565MPa，[1]屈服極限一般為205～480MPa，鋼的延伸率越大，其屈服極限越低，塑性越好，則越易焊接加工。

1.2 材料的斷裂韌性

管道斷裂可分為韌性斷裂和脆性斷裂兩種。過大的拉應力和裂紋缺陷是韌性斷裂的主要原因，低溫、應力和裂紋缺陷3種條件共同作用是脆性斷裂的主要原因。為了防止管道在工作條件下斷裂，在管材生產和施工過程中應注意消除管道裂紋缺陷并減小外應力。

1.3 材料的可靠連接性能

要求管材在一定的連接(焊接、機械連接等)工藝方法、工藝參數和結構形式的條件下，能夠獲得可靠的連接性能。

1.4 材料的抗府蝕性能

城市用燃氣一般是經過凈化的燃氣，可以不考慮管道的內壁腐蝕。室內燃氣管道長期裸露于大氣中，應考慮管材外壁的抗腐蝕能力;特別是在大氣環境比較惡劣大城市，更應該注意此項性能。

1.5 材料的溫差適應性

在惡劣環境條件下，如低溫(0～-20℃)、高溫(40℃)時，管材不發生低溫脆裂和高溫變形。

2 燃氣用聚乙烯(PE)管道特性

PE燃氣管是以優質聚乙烯樹脂為主要原料，添加必要的抗氧劑、紫外線吸收劑等助劑，經擠出加工而成的一種新型產品，是能夠滿足上述要求的埋地燃氣管材之一。

2.1 聚乙烯(PE)管的定義

(1)PE管原料分類:

PE管習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0.930-0.940g/cm3)和高密度聚乙烯(HDPE)管(密度為0.940-0.965g/cm3)。

根據PE管的長期靜液壓強度(MRS)，國際上將聚乙烯管材料分為PE32、PE40、PE63、PE80和PE100五個等級。

(2)PE燃氣管規格:聚乙烯燃氣管材國標目前分為SDR11和SDR17.6兩個系列，國產PE管規格從De32～De400;最新發布的ISO標準和歐洲標準已將管材的公稱外徑擴大到630mm。

2.2 聚乙烯(PE)管的連接方式

《燃氣用聚乙烯管道焊接技術規則》(TSG D2002-2006)推薦的PE管的連接方式主要有熱熔、電熔連接方式。

(1)熱熔連接

熱熔連接原理是將兩根PE管道的配合面緊貼在加熱工具上來加熱其平整的端面直至熔融，移走加熱工具后，將兩個熔融的端面緊靠在一起，在壓力的作用下保持到接頭冷卻，使之成為一個整體。

(2)電熔連接

聚乙烯管電熔焊接的原理是用電熔焊機給鑲嵌在電熔管件內壁的電阻絲通電加熱，其加熱的能量使管件和管材的連接界面熔融。在管件兩端的間隙封閉后，界面熔融區的熔融物在高溫和壓力作用下，其分子鏈段相互擴散，當界面上互相擴散的深度達到了鏈纏結所必須的尺寸，自然冷卻后界面就可以得到必要的焊接強度，形成管連可靠的焊接連接。

3 聚乙烯(PE)管在燃氣領域中的應用

20世紀50年代，PE63開始用作壓力管道的材料，并用于較大管徑的管道工程。80年代初到90代，在PE63的基礎上成功研發了PE80，較好地滿足輸氣管道特性要求。西方發達國家在管道燃氣工程上大批量采用了PE燃氣管，如法國1970年開始使用PE管，從1980年以后除2MPa城市干線外，PE管在燃氣輸配管網的建設中完全取代了鋼管。英國從1969也開始使用PE燃氣管。80年代末研制出用雙峰共聚工藝生產的PE100材料，這一PE100材料的出現，使大口徑管的使用具有很大優勢。

我國從80年代初期開始PE燃氣管的研究工作，1995年國家技術監督局發布了《燃氣用埋地聚乙烯管材》GB15558.1-1995、《燃氣用埋地聚乙烯管件》GB15558.2-1995以及建設部頒發的《聚乙烯燃氣管道工程技術規程》CJJ63-95。國家質量監督檢驗檢疫總局于2003年發布《燃氣用埋地聚乙烯(PE)管道系統? 第一部分:管材》GB15558.1-2003代替GB15558.1-1995;2005年發布了《燃氣用埋地聚乙烯(PE)管道系統? 第二部分:管件》GB15558.2-2005;2006年頒布了《燃氣用聚乙烯管道焊接技術規則》TSG D2002-2006。以上一系列實踐、研究、標準規程制訂、更新，對聚乙烯燃氣管的發展奠定了堅實有力的基礎，也為聚乙烯燃氣管道在管道燃氣工程中的應用確定了理論依據和設計、施工標準。

2006年，《城鎮燃氣設計規范》GB50028-2006的修訂也向聚乙烯(PE)管在燃氣領域中的應用敞開了大門，這為聚乙烯(PE)管在燃氣安裝中大展拳腳，提供了廣闊的空間。

4 燃氣聚乙烯(PE)管的優越性

4.1 材料強度高

與其它各種常見材料相比，聚乙烯(PE)管的材料強度高，具體指標見表1。[1]9

4.2 使用壽命長

與其它各種常見材料相比，聚乙烯(PE)管的使用壽命較長，具體指標見表2。[1]9

4.3 安全性能高

(1)強度高的管材是安全性的基礎

由表1可以看出，聚乙烯(PE)管，與常用的其他燃氣管比較，它的抗拉強度達到和超過碳鋼管，PE燃氣管韌性好，耐沖擊強度高，重物直接壓過管道不會導致管道破裂。高強度的不銹鋼管承壓較高，能承受外力撞擊和較高的輸送介質的壓力，是安全性好的基礎。

(2)耐腐蝕性好的管材是安全性的保障

碳鋼管道最忌輸送介質和外部環境的腐蝕，由其基本性能知，就耐腐蝕性能而言，PE管是各種流體輸送管材中的佼佼者，具有卓越的耐腐蝕性能:除少數強氧化劑外，可耐多種化學介質的侵蝕，它在各種含氧量、溫度、pH值溶液中均有良好耐腐蝕性，一旦表面受損也很快能在常態下自然氧化愈合，因此一般不會發生局部腐蝕，能切實保障管材的安全性。

(3)PE管具有可靠的連接性能:-PE管道獨特的電熱熔焊接和熱熔對接焊技術，使接口強度高于管材本體強度，接縫不會由于土壤移動或載荷的作用而斷開，從而保證了接口的安全可靠性。

4.4 施工性能良好

管道質輕、運輸、安裝方便，焊接工藝簡單，施工快捷，工程綜合造價明顯降低;同時PE管為柔性管道，具有高韌性和良的撓性。工程適應性強，在市政燃氣工程和住宅小區庭院里的各專業管道多，管位緊張，在這種復雜的施工環境中，它有一種柔韌性，能在許可的曲率半徑下可自然彎曲規避，蜿蜒敷設安裝。

目前，國內聚乙烯(PE)管的施工已逐漸使用全自動焊接全面替代手動焊接，PE管的全自動焊接體現了一下幾點工藝優越性:

(1)全自動熱熔對接焊機利用計算機控制焊接的工藝參數和工藝過程，可避免人為因素影響。

(2)全自動熱熔對接焊機，可以選定最佳熱熔焊接參數，并保持很小的公差，大大減少了操作人員對焊接過程的干預程度，從而保證了焊接質量。

(3)全自動熱熔對接焊機，控制精度高，重復準確性好，操作簡便實用，且焊接結果獨立于設備的操作者，即影響焊接質量的人為因素幾乎為零。

(4)所有焊接工藝參數的理論值和實際值都被儲存在計算機中，隨時可以調用，實現了可追溯性。

4.5 使用性能優異

PE管內壁光滑、摩擦系數低，介質通過能力相應提高，并具有優異的耐磨性能，有利于氣液態燃氣的輸送。燃氣PE管內壁粗糙度小，其粗糙度為0.01mm，而鋼管內壁粗糙度為0.2mm，因此，理論上PE管的燃氣經濟流速可比鋼管高出數倍，氣體輸送能力比鋼管大得多，輸送管線長度要遠得多。因此，選用燃氣PE管在運行能力上得到很大提升。

4.6 投資成本低

管材的價格比目前常用的燃氣鋼管的優勢是眾所周知，小管徑PE管道一般采用電熔連接，PE管件價格高;對大管徑的PE管，其價格要比鋼管高，但可采用熱熔連接，節省管件費用和人工機械費用，同時，相對于中壓鋼質燃氣管道在安裝焊接過中必須經無損探傷等一筆可貴的費用，檢測程序也比較復雜;而PE燃氣管檢測程序、檢測方法和手段簡單有效，檢測費很小。總之，燃氣PE管材料和安裝費用較鋼管優勢。而且壽命長、無需防腐，其綜合價仍比鋼管投資低。

5 結語

綜上所述，PE燃氣管道具有性能優異，施工簡單，運行可靠，維修方便，使用壽命長，投資成本低等優點，以及廣泛使用聚乙烯(PE)燃氣管以后后，市政管理部門及燃氣企業不斷摸索和總結出了完善的運行管理和維護方法，完全實現了燃氣管網安全運行，因此聚乙烯(PE)燃氣管道在市政燃氣管網建設的應用前景十分廣闊。

參考文獻

[1]GB50028-2006城鎮燃氣設計規范.

[2]GB15558.1-2003燃氣用埋地聚乙烯(PE)管道系統 第1部分:管材.

[3]GB15558.2-2005燃氣用埋地聚乙烯(PE)管道系統 第2部分:管件.

[4]CJJ63-95聚乙烯燃氣管工程技術規程》.

[5]TSG D2002-2006燃氣用聚乙烯管道焊接技術規則.