大口徑HDPE管材擠出生產技術及應用

范光華

摘 要：聚烯烴塑料管材主要包括聚乙烯和聚丙烯等，聚乙烯管材包括給水排水實壁管、單壁雙壁波紋管、鋼帶增強波紋管、燃氣管、礦粉砂石淤泥輸送管、農業灌溉滴灌管及其他復合改性交聯管。聚丙烯管材包括冷熱給水管和工礦企業輸送管。隨著國家建設的不斷加大和深入，聚烯烴塑料管材產量和質量都有了飛速的發展和提高，應用領域涉及到城鄉供排水、農業灌溉、可燃性氣體、礦山企業、舊網改造維修等各個方面。聚烯烴塑料管材新技術不斷得到創新發展。

關鍵詞：大口徑HDPE管材；擠出生產技術；應用

前言

HDPE 管道具有耐腐蝕、水力摩阻低、強度高、韌性好、施工快捷、適應變形能力強、造價低廉等優點，在市政供排水工程中被大量應用。目前工程中采用的 HDPE 管道口徑一般較小，在已實施的輸水、氣管道工程中以 600mm 及以下者為常用。在導致高密度聚乙烯（HDPE）管材使用壽命終止的原因中，代表管件破損的環形裂紋在所有破壞模式中高達50%，可以說影響管道系統整體安全性的最大因素是其最薄弱環節—管件，高品質的管件將有助于提高管道的整體安全性。

1聚烯烴塑料管材的擠出技術

閃立新從原料、設備、生產工藝等方面比較系統地論述了聚乙烯管材的擠出技術，王建國等從設備結構方面研究了Φ32mm以下小規格管材如何達到30m/min以上的“高速”“高效”生產，總結了單純完善設備來實現“高速”“高產”而存在的問題。比如物料混煉塑化不均，物料急劇升溫和熱分解，輔機的控制系統精度須提高，螺桿和機筒磨損加劇，減速器與軸承在高速運轉下如何提高使用壽命。對于高速擠出而言，物料的塑化效果很關鍵，使用屏蔽式單螺桿擠出效果較好，由于屏蔽式螺桿特有的雙螺旋線結構，可以確保物料均勻塑化，既提高了產量又降低了能耗。

根據聚乙烯物料在高速擠出時易出現的問題，酈華興等分別從原料選型、改性、配方設計、工藝控制等方面進行了分析研究，對HDPE和LLDPE的混合物的流動性及系統“內外潤滑平衡”做了深入研究，從而實現了聚乙烯電纜料的高速擠出。鄭建旭等比較系統地論述了聚乙烯管材的高速擠出技術，重點提出對擠出模具進行聚四氟乙烯噴涂處理的研究。原材料生產企業積極開發出更適合市場要求的聚乙烯原料，滿足管材物理性能和衛生性能的要求。

2管件及管件連接

為了滿足管道系統的使用和安裝要求，工程中需要大量的管件。對管件以及管件與管材的連接應做的試驗進行了規定，包括靜液壓強度、熔接強度、對接熔接拉伸強度、鞍形旁通的沖擊強度、耐彎曲密封試驗、耐拉拔試驗等。在邢清干渠工程中，管件主要包括排氣旁通（150mm）、進人檢查旁通（600mm）、主管材的接口及彎管。工程中，主管連接一般采用熱熔連接方式，主管與閥門連接采用法蘭連接，主管合攏采用電熔套筒，旁通管采用PE鞍形電熔連接件。邢清干渠主管熱熔連接，在廠內進行了相關試驗和測試，包括滲漏、拉伸、撕裂等試驗，測試指標均滿足規范和設計要求，現場施工按照廠內測試時的工藝進行控制。施工現場安裝1000m后進行了水壓試驗，水壓試驗合格。廠內和現場試驗表明，對于大口徑HDPE管道，采用熱熔連接是完全滿足工程使用要求的。

對于角度較小的轉點，利用PE管自身的柔性特點接轉，角度較大時，采用HDPE彎管。邢清干渠彎管采用加厚的主管材（SDR21）熔接制作，與主管材熔接連接，廠內和現場試驗證明滿足工程要求。邢清干渠沿線平均800m設置一排氣閥（DN150），沿程設置了9個進人檢查孔（DN600），排氣和檢查旁通管均為與主管材同級的PE材料，采用鞍形電熔連接件與主管材連接。在管線全部安裝完成后，進行了整體水壓試驗，試驗壓力0.6MPa。檢查孔設于檢查井內，上游1.5m為檢修蝶閥，下游1.4m為穿墻套管，試驗過程中，出現一個進人檢查孔崩脫，分析原因主要為HDPE管承受內壓時變形量較大，上下游受閥門和穿墻套管以及鞍形旁通自身剛度影響較大，使鞍形旁通與主管連接處變形率大，應力集中明顯，加之旁通管與主管之間電熔連接質量不易保證，造成旁通管與主管連接面撕裂并在壓力下崩脫。問題出現后，此旁通及主管更換為鋼管。經過此問題總結經驗，當設置大口徑旁通管時，建議主管采用鋼管，設置鋼制旁通管。

PE主管與閥門或者鋼管連接，常用的連接方式是通過套在HDPE管道上的法蘭盤與所需連接設備的法蘭連接，通過壓緊法蘭根實現止水，邢清干渠采用這種連接方式。但是這種方式存在以下問題：相同規格的HDPE管內徑相對鋼管或閥門要小，若HDPE管與閥門直接連接，當采用蝶閥時有可能造成蝶閥閥板不能完全開啟；HDPE法蘭根與法蘭盤接觸寬度小，不利于水密封，且容易剪切破壞。工程中使用了一種變徑接頭，并申請了專利。變徑接頭由變徑管及其上下側的鋼制法蘭組成，一側為標準法蘭，與PE管連接的法蘭為內徑與PE管內徑相同的非標法蘭，采用此變徑接頭能有效解決上述問題。

HDPE主管分段熔接，存在已連接較長管段的合攏問題。邢清干渠合攏采用電熔套筒連接，電熔套筒長度800mm，壁厚55.5mm。套筒在廠內進行了熔接工藝和效果試驗檢測，在施工現場按照廠內的工藝控制，現場完成套筒熔接十余處。整體水壓充水階段，發現套筒處存在不同程度的滲水問題。原因主要是施工現場管材和套筒存在豎向變形，造成主管外壁和套筒內壁間隙不均，電熔時PE料的熔化粘結不完全，造成局部密閉性不足。現場采用充填PE粉料、熱熔進行修補，整體水壓試驗合格。針對套筒熔接出現的問題，建議對于大直徑PE管道，合攏盡量設于閥門井處，同時建議合攏采用鋼管法蘭連接。

3回填要求

對柔性管道，溝槽回填質量對管道承載能力、變形率影響很大，管周回填中粗砂，壓實度較高，土的綜合變形模量大，管道豎向變形小，承載能力高。邢清干渠HDPE管道沿線地層以砂性土為主，施工過程中，對DN1400管道兩側溝槽內選用不同的回填料、不同的壓實度進行了以下4種試驗工況：①原土回填；②中粗砂墊層，管周兩側原土回填；③底部120度中粗砂支撐角，其余原土回填；④管道中心線高程以下中粗砂墊層，其余原土回填。檢測結果顯示，方案①豎向變形率最大，為1.4%，方案④豎向變形率最小，為0.2%。從檢測結果看，管溝內回填中粗砂對減小豎向變形率效果明顯。規范規定，塑料管材的變形率不超過3%，根據檢測結果以及預測變形，工程中選用原土回填。

結語：大口徑HDPE管道對原材料、管件的制作和安裝、現場工藝控制等方面較常規小口徑管道嚴格，當超出規范規定時，應進行嚴格的試驗測試。根據大口徑 HDPE 管道設計、施工中的問題，有以下體會和建議： ①管道連接采用熱熔連接是便捷可靠的； ②長管合攏采用電熔套筒質量不易控制，建議采用法蘭連接，并設置變徑接頭； ③支管直徑較大的鞍形旁通管，在內外壓作用下，因管道變形率過大引起應力集中，致鞍形旁通與主管容易撕脫，建議有條件的采用整體注塑加工，或者采用鋼制管件； ④管溝回填建議采用中粗砂，嚴格控制回填質量，建議回填時管道內有一定的壓力，減小因管道自重和回填土重引起的管道豎向變形； ⑤管道整體水壓試驗壓力建議采用文獻規定，水壓試驗的分段可結合檢修閥門井設置。

參考文獻

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