浅谈PE 管道的性能及使用范围

摘 要: PE(聚乙烯) 管道经过快一个世纪的发展, 尤其是在燃气管道行业已经占领了主要地位 。文对PE 管道的发展历史、 规格性能和优点进行了详细阐述,充分地展示了PE 管道相对传统管道(金管道等)的优越性 。 结合PE 管道的特点和主要应用范围, 总结了PE 管道在燃气和给水管道工程中的意事项。发展PE 管道材料工艺及其施工工艺,可以实现管道工程项目合理且经济。

关键词: PE 管道;性能; 使用范围

1 PE 管道的发展历史

1933 年英国ICI 公司首先发现了聚乙烯( PE)。发展至今,聚乙烯已是由多种工艺生产的、 具有多种结构和特性及多种用途的系列品种树脂, 已占世界合成树脂产量的三分之一, 居第一位。 第二次世界大战时期,由于铜与钢材的短缺,国外开始在燃气输配等领域使用塑料管。 同时随着时间的推移, 和各种塑料管道性能的对比使用聚乙烯管显著上升; 时至今日,在燃气领域,无论是对于新铺设或旧管道的修复和更新,聚乙烯管都是主要的选择之一 。欧洲的PE燃气管道普及率极高, 如英国、 丹麦等国均超过90%,法国1998 年新敷设燃气管道几乎100%采用聚乙烯管道。早在1988 年,在慕尼黑召开的国际煤联( IGU )配气委员会会议, 委员们一致认为采用聚乙烯( PE) 埋地燃气管道质量可靠, 运行安全, 维护简便,费用经济。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” 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。 1995 年, 国家技术监督局、 建设部分别颁发了PE 燃气管材、 管件的国家标准和工程技术的行业规程。目前, PE 燃气管正在国内迅速推广使用。

2 PE 管道规格及其性能

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 / cm3) ,中密度聚乙烯( MDPE) 管(密度为0.931～0. 940g / cm3)和高密度聚乙烯( HDPE ) 管(密度为0. 941～0. 965g/ cm3)。 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, 聚乙烯管材料分为 PE32、 PE40、PE63、 PE80 和PE100 五个等级。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,一种是黑管加蓝条。规格从20mm～250mm;目前国内已的最大规格到
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630mm。聚乙烯管件根据施工、 用途的不同,可分为电熔管件和热熔管件。 根据生产方式的不同,可分为注塑管件和焊制管件两大类。

3 PE 管道性能优点

3. 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。

3. 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。

3. 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50%, 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1999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。

3. 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。

3. 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。

3. 6 良好的快速裂纹传递抵抗能力。 国际上对塑料管道, 特别聚乙烯燃气管的快速裂纹传递进行了大量卓有成效的研究工作。 结果表明,在常用的塑料管材中,聚乙烯抵抗裂纹快速传递的能力名列前茅。 如UPVC 的动态断裂韧性KD 为1. 8MNm- 3/ 2, PP- R的 KD 为 1. 6MNm- 3/ 2,PE80 的 KD 则为 2.9MNm- 3/ , PE100 的KD 则高达3. 8MNm- 3/ 2。温度越低, 管径和壁厚越大,工作压力越高,塑料管道快速开裂的危险性越大。因此, 聚乙烯管道, 特别是PE100 管更适宜做大口径管。目前,国外的聚乙烯燃气管材标准 ( ISO4437—1997 和EN 1555)已将耐快速开裂扩展( RCP)列入标准之中。

( 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。

4 P 管道主要使用范围及其要求

4. 1 PE 燃气管

PE 燃气管是指用于输送天然气、 液化气或煤气的管材。 其中煤气的成分较复杂,内含芳烃,对PE 的侵蚀会促进其应力开裂,因而对于天然气管道的要求很严格。PE 燃气管树脂的选用非常重要,尤其对于控制大口径管材的质量性能更为重要。生产燃气管的PE 树脂首先应具备优良的耐环境应力性能,耐应力开裂值不应低于5000h。其环境应力开裂时间愈长, 使用寿命也就愈长。其次要有良好的焊接性能、 耐化学腐蚀性。 在者它还要有一定的抗芳烃侵蚀能力。通常PE 燃气管专用料采用进口树脂。燃气用聚乙烯管路的施工应注意的问题:

4. 1. 1 保证设计的埋深。 聚乙烯燃气管道的最小管顶覆土厚度 应符合如下规定: 埋设在车行道下时,不应小于0. 8m; 埋设在非车行道下时, 不应小于0.6m;埋设在农田下时,不应小于0. 8m;当采取有效的防护措施后,上述规定可适当降低。

4. 1. 2 控制管材敷设允许的弯曲半径。 聚乙烯管柔性好,因此很容易使其弯曲,但弯曲后的管道内侧将产生压应力, 外侧将产生拉应力。 当材料形变超过一定限度时,会因蠕变发生破坏。D≤50 时, R= 30D;50< D≤160 时, R= 50D; 160< D≤250, R= 75D;管段上有承插接头时, 允许的弯曲半径R 不应小于125D (管道公称外径D ( mm) , 允许的弯曲半径R( mm) )。

4. 1. 3 其他要求。
由于聚乙烯管的线膨胀系数比金属管高十余倍,所以对温度的变化比较敏感。 为避

免产生拉应力, 聚乙烯应采取蛇行敷设。特殊地段系指穿越铁路、 河流、 桥梁、 重要道路等地段。 由于聚乙烯管相对钢管而言较易遭受人为破坏,原则上在这些地段不宜使用聚乙烯管, 若一定使用聚乙烯管材,则应增加套管或采取其它防护措施。
PE 管道不得从建筑物和大型构筑物的下面穿越;不得在堆积易燃、 易爆材料和具有腐蚀性液体的场地下面穿越;不得与其他管道或电缆同沟敷设。PE 燃气管道不宜直接引入建筑物内或直接引入附属在建筑物墙上的调压箱内, 当直接用PE 燃气管道引入时,穿越基础或外墙以及地上部分的PE 燃气管道必须采取硬质套管保护。4. 2 PE 给水管给水管必须承受一定的压力,通常要选用分子量大、 机械性能较好的 PE 树脂, 如HDPE 树脂。LDPE 树脂的拉伸强度低,耐压差, 刚性差, 成型加工时尺寸稳定性差, 并且连接困难,不适宜作为给水压力管的材料。但由于其卫生指标较高 , LDPE 特别是LLDPE 树脂已成为生产饮用水管的常用材料。LDPE、 LLDPE 树脂的熔融粘度小, 流动性好, 易加工,因而对其熔体指数的选择范围也较宽,通常MI在0. 3～3g/ 10min 之间。给水管必须符合卫生性能指标,管材的颜色以黑色为佳,因为黑色可以遮光,使得藻类生物及微生物难以生长和繁殖,以保证饮用水的纯净。正常情况下管道埋地使用。低密度聚乙烯给水管的工作温度一般不能超过45℃,且工作温度对管材的工作压力影响很大。

5 结论

5. 1 本文对PE 管道发展历史、 规格和性能进行了介绍,充分地展示了PE 管道相对于传统管道的优

势。

5. 2 介绍了PE 管道的主要使用范围和要求,同时也可以了解到PE 管道同样也存在着一定的使用局限性。

5. 3 PE 管道材料工艺及其施工工艺的发展, 是管道建设工程中一项重要的课题,可以实现管道工程经济效益与管道使 用社会效益的同步增长。