1、探讨聚乙烯(PE)燃气管道的应用与发展摘要：我国是从 80 年代初期开始聚乙烯燃气管的研究工作,最早使用聚乙烯管输送城镇燃气是 1982 年在上海。为使聚乙烯燃气管研究工作受到重视并顺利进行，国家科委 1987 年把“聚乙烯燃气管专用料研制和加工应用技术开发”列为国家“七五”科技攻关项目，从专用原料管材、管件加工工程应用标准规范制定进行系统研究，取得丰硕成果。关键词： 聚乙烯燃气管；特点，设计 中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号： 1.聚乙烯燃气管原料特性及其发展 聚乙烯管习惯上按照密度分为低密度及线型低密度聚乙烯（LDPE 及LLDPE）管（密度为 0.900-0.930g/cm
2、3） ，中密度聚乙烯（MDPE）管（密度为 0.930-0.940g/cm3）和高密度聚乙烯（HDPE）管（密度为 0.940-0.965g/cm3） 。由于材料的不断进步，根据发展阶段和性能的不同，产生了材料的等级分化，密度不能反映聚乙烯作为管材的本质性能，因此目前国际上根据聚乙烯管的长期静液压强度（MRS）对管材及其原料进行分类和命名。长期静液压强度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。聚乙烯管的工程设计概念与金属管不同，对于金属管的设计，广泛的使用环境温度下的屈服强度系数。而聚乙烯管与金属管不同，它受持续应力及
3、温度变化的影响，因此聚乙烯管的设计应力应根据长期强度来决定，即通过绘制恒温下应力与破坏时间的曲线来确定。根据聚乙烯管的长期静液压强度（MRS） ，国际上将聚乙烯管材料分为PE32、PE40、PE63、PE80 和 PE1005 个等级。目前国际上使用量最大的管材树脂的 MRS 值为 8.0MPa(PE80 级)，而 MRS 值为 10MPa(PE100 级)的管材树脂的已开发成功，这种树脂采用双峰分布、己烯共聚技术，在提高长期静液压强度的同时，也提高了耐慢速裂纹增长和耐快速开裂扩展性能，并具有良好的加工性，为提高管网输送压力、增大管道口径、扩大管道应用范围创造了条件。目前 PE100 的管材使
4、用量，特别是在大口径管材上的用量，正在迅速上升。表 1 列出了目前欧洲 PE100 级聚乙烯燃气管道实际使用压力。 表 1. 欧洲 PE100 级聚乙烯燃气管道实际使用压力 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。 2. 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。
5、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： 2.1 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。 2.2 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
6、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。 2.3 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。 2.4 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
7、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。 2.5 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。 2.6 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
8、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。 2.7 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。 3.聚乙烯燃气管道系统的设计 3.1 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
9、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。 3.2 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 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。 4.聚乙烯管材、管件的生
10、产、型号规格及种类 4.1 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 20mm250mm；目前国内已应用的最大规格到 400mm。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。 4.2 聚乙烯管件的品种 聚乙烯管件根据施工方法、用途的不同，可分为电熔管件和热熔管件。根据生产方
11、式的不同，可分为注塑管件和焊制管件两大类。大部分管件都可以采用注塑模具一次成型，但对于一些壁厚、体积、重量都较大的管件，可采用管材焊制加工的方法制造。采用焊制方法生产的管件一般有三通、四通和弯头，公称尺寸范围随着管材扩大；采用注塑方法生产的热熔管件有法兰、变径、弯头、等径三通、异径三通和端帽；电熔管件也是采用注塑方法生产的，其种类有电熔套筒、电熔变径、电熔弯头、电熔三通、电熔鞍型三通、电熔鞍型分支和端帽等。 5.总结 在 PE 燃气管推动下，国内已基本掌握 PE 工程管道的生产与使用技术，引进了相当数量的国际一流生产线，形成了相当规模的生产能力。 参考文献： 1 王占杰 PE 燃气管道市场忧喜录中国聚乙烯燃气管道的质量状况与对策建议J. 国外塑料. 2009(01). 2 李海艳. 聚乙烯燃气管道的特性与发展 J. 法制与社会. 2009(12). 3 李敏,董启超. 聚乙烯(PE)燃气管在燃气工程中的应用及相关技术规范J. 科技风. 2009(10). 4 安峰,石丰波. 聚乙烯管在燃气管道中的应用J. 石油库与加油站. 2008(04).
