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聚乙烯（PE）管道设计施工技术手册本文介绍高密度聚乙烯管道系统设计、施工、维修等方面技术要求及相关规范。江苏江特科技有限公司2008年1月1日聚乙烯（PE）管道设计施工技术手册1.安装方法种类大口径ＰＥ给水管道系统主要采用热熔对接方式进行连接；小口径采用热熔承插连接；当与金属管道等其它管道连接，必须采用法兰连接；小口径管道也可用钢塑过渡接头连接；位置特殊，施工难度较大的位置，可采用电熔方式施工。1.1方法一、热熔对接安装热熔对接是采用热熔对焊机来加热管端（热熔对接温度为210±10℃），待管端熔化后，迅速将其贴合，保持一定的压力，经冷却达到熔接的目的。适用管径范围：dn≥63mm操作步骤：1、将需安装连接的两根ＰＥ管材同时放在热熔器夹具上（夹具可根据所要安装的管径大小更换夹瓦），每根管材另一端用管支架托起至同一水平面。2、用电动旋刀分别将管材端面切平整，确保两管材接触面能充分吻合。3、将电加热板升温至210度，放置两管材端面中间，操作电动液压装置使两端面同时完全与电热板接触加热。4、抽掉加热板，再次操作液压装置，使已熔融的两管材端面充分对接并锁定液压装置（防止反弹）。5、保持一定冷却时间松开，操作完毕。6、施工完毕，须经试压验收合格后，方可埋土投入使用。公称壁厚（mm）对接工艺第一步：预热预热压力：0.15ＭＰa预热温度：210°Ｃ预热时的卷边高度h(mm)第二步：熔融压力：0.01ＭＰa预热温度：210°Ｃ加热时间（秒）第三步：切换允许最大切换时间（秒）第四步：对接焊接压力1.5ＭＰa冷却时间（分）2-3.90.530-4044-54.3-6.90.540-7056-107.0-11.41.070-120610-1612.2-18.1.0120-170817-24220.1-25.51.5170-2101025-3228.3-32.31.5210-2501233-40采用不同型号的焊机时，上述参数应作相应的调整1.2方法二、热熔承插安装适用管径dn≤110mm操作步骤1、用割刀或剪刀将ＰＥ管根据安装需要割断；2、在管材插入深度处标记号；3、将热熔器加温在210℃以内；4、同时熔融ＰＥ管材、管件，然后承插（承插到位后待片刻松手，在加热、承插、冷却过程中禁止扭动）；5、自然冷却；6、施工完毕后需经试验收合格后，方可封管投入使用。操作示意图：1.3方法三、电熔连接适用管径dn≤630mm操作步骤：1、将ＰＥ管材完全插入电熔管件内；2、将专用电熔机两导线分别接通电熔管件正负两极；3、接通电源加热电热丝使内部接触处ＰＥ熔融；4、冷却完毕；5、施工完毕后需经试压验收合格后，方可封管投入使用。1.4方法四、法兰连接，将法兰盘、法兰套、胶垫圈三者与所需连接的管材进行活套连接1.5方法五、钢塑过渡接头连接，或带螺纹管件连接1、钢塑过渡接头连接是指将ＰＥ管与钢管连接，ＰＥ一端采用热熔承插或热熔对接安装，钢管一端通过氩弧焊接达到连接目的。适用管径dn≤315mm。2、带螺纹管件连接是指ＰＥ一端与ＰＥ管材热熔承插连接，金属螺纹一端用丝口连接以达到连接目的。适用管径dn≤75mm。2.系统设计同其它种类的管道一样，ＰＥ管道系统在设计时应综合考虑埋地条件、流体性质、工作条件、温度范围、安装技术和工程费用等多种设计因素，但其中最重要的设计为强度设计和水力计算两个部分。2.1强度计算聚乙烯管道的工作压力可由下式计算：ＰＮ＝2σsе/(D-e)=2σs/(SDR-1)其中σs＝ＭＲＳ、Fd这里：ＰＮ＝管材公称压力σs＝设计应力，ＭＰaＤ＝平均外径，mme=最小壁厚，mmSDR=标准尺寸化ＭＲＳ＝最小要求强度（20°Ｃ，50年），ＭＰaFd=设计系数20°Ｃ时，ＭＲＳ1设计应力σs和设计系数之间的对应关系如下表：设计应力σs（ＭＰa）最小要求强度ＭＲＳ（ＭＰa）1086.3设计系数Fd81.256.31.6521.2542.51.63.23.22作为供水用ＰＥ管道系统，设计系数Ｆd一般选择1.25，对于ＰＥ80级别的ＰＥ管材，对应的设计应力σs为6.3ＭＰa。例如－ＳＤＲ13.6的ＰＥ80管道，由上述计算可知，该管道的公称压力为ＰＮ10。此外，聚乙烯管道的耐压强度与温度有关，当管道的工作温度偏离20°Ｃ时，最大工作压力（ＭＯＰ）应按下列公式计算：ＭＯＰ＝ＰＮ*FtFt为温度折减系数温度(℃)20℃30℃40℃折减系数Ｆt1.000.870.742.2水力计算压力损失计算管道的压力可按照达西一威斯巴赫公式进行计算：hf=λ（Ｌ/dj）(V2/2g)式中：hf=摩擦损失；Ｌ＝管段长度；dj=管道计算内径g=重力加速度；Ｖ＝平均流速；λ＝摩阻系数紊流状态下，摩阻系数λ可由阿里特苏里公式计算：λ＝0.11（Ｋ/dj+68/Re）0.25式中：Ｋ＝管内壁绝对粗糙度（mm）,对于ＰＥ管；Ｋ＝0.01mmRe=雷诺数；dj=管道计算内径（mm）管件局部阻力水头损失按下式计算：h=KV2/2g式中：h=局部水头损失：mv=水流速度，m/sg=重力加速度，m/s2K=各种管件的摩阻系数常见管件摩阻系数Ｋ值如下：管件类型Ｋ值管件类型Ｋ值90弯头1.00闸阀：开0.1245弯头0.4闸阀：1/4关闭1.0022.5弯头0.2闸阀：1/2关闭6.0090°正三通（主流管方向）0.35闸阀：3/4关闭24.0090°正三通（支流管方向）1.20蝶阀（关）30.00通常在设计过程中，为了简化设计，局部水头损失宜按下列管网沿途水头损失的百分数采用：生活给水管网25－30％；生产给水网管，生活、消防共用给水管网，生活、生产、消防共用给水管网均为20％；消火栓系统消防给水管网为10％；生产、消防共用给水管网为15％。2.3流量计算流量可采用海登一威廉公式计算：Ｑ＝0.2785Ｃ*dj2.63I0.54式中：Ｑ＝流量；Ｃ＝海登－威廉摩阻值；dj=管道计算内径；Ｉ＝水力坡度。系数Ｃ本质是一个摩擦因子，下表给出了不同类型和使用年限的管道的Ｃ值大小，由下表可知，在相同的设计条件下，ＰＥ管道的输送能力大于其它传统管材。设计人员可根据设计流量的要求确定管道的尺寸大小海登－－威廉方程中的Ｃ值Ｃ值管道类型150ＰＥ管道140新的钢管、玻璃管、石棉管130钢管、新的铸铁管125旧的钢管120本制扁管、混凝土管、使用4－6年的铸铁管11010－12年铸铁管、使用4－6年的铸铁管10013－20年的铸铁管、超过5年的镀锌钢管9026－30年的铸铁管60波纹钢管其它相关的设计参数其它关于ＰＥ管道系统的设计参数见下表：项目单位参数线膨胀系数m/m℃1.4×10-4导热系数W/mk0.42弹性模量MPa600－900泊松比/0.45软化点℃126脆化温度℃－703.施工规范在各种埋地管道的应用过程中，管道能否达到规定的长期使用寿命的一个关键因素就是铺设的质量。而ＰＥ管道具有的多种独特性能使管道的铺设更加安全、快捷，同时正确的施工设计与安装将使管道的这些优越性能得到更大程度的发挥。施工前的技术准备：★施工前应熟悉、掌握施工图；★准备好相应的施工机具；★对操作工人进行上岗培训，培训合格后方可进行施工；★按照标准对管材、管件进行验收。3.1管沟的开挖：管沟的开挖必须严格按照设计图纸或工程监理指导的开挖路线及开挖深度进行施工，而且在没有征得相关部门同意的情况下不得擅自进行改动。ＰＥ管道的柔性好、重量轻，所以可以在地面上预制较长管线，当地形条件允许时，管线的地面焊接可使管光沟的开挖宽度减小。狭窄管沟的开挖可以采用旋转开挖机、犁或铲具等开挖机具。一般规定，聚乙烯管道埋设的最小管顶覆土厚度为：★埋设在车行道下管顶埋深不得小于0.9米；★埋设在人行道下或管道支管不得小于0.75米；★绿化带下或居住支管不得小于0.6米；★在永久性冻土或季节性冻土层，管顶埋深应在冰冻线以下。在结实、稳固的沟底，管沟的宽度由施工所需要的操作空间决定，空间大小必须能够正常进行管沟底部的正确及管沟填埋材料的填埋及夯实等工作，而且还要考虑到管沟开挖费用以及购买填埋材料等费用的经济性。管沟的宽度值一般要考虑到管道的规格及所用夯实工具。下表给出了相应的最小宽度值：管道公称直径（mm）最小管沟宽度（m）75-400D+0.3400D+0.5一般规定：当在地面连接时，开沟宽度为Ｄ＋0.3，当在沟内安装或开挖回填有困难，不能满足回填土实度要求时，开沟宽度为Ｄ＋0.5，且总宽度不小于0.7米。在沙土或淤泥的管沟内，如果不易作出一个直立的管沟侧壁，那么可以做一个45°Ｃ或能够支撑沟壁材料的一个坡度。如果管沟较宽,那么为了支撑最终的填埋层重量，初填埋材料必须被夯实。3.2管沟底的准备：对于像供水、排污或长距离输送管线的压力系统，除非设计图纸有特殊要求，一般来说，管沟底的水平精度要求并不是很高，而对于重力排水系统，坡度的等级必须达到规定的要求。如果管沟底部相当平直，而且土壤内基本上没有大的石块，那么就没有必要再进行平整。当然，如果是一个没有受到扰动的管沟底层，那就更好。但如果管沟底已经被扰动或在开挖的过程中必须被扰动，那么其密实度至少应该达到其周围填埋材料的密实度，开挖的管沟底部一般要用直径不超过50mm的没有尖锐棱角的小石头再混和一些沙土和粘土等材料垫平。所有规格的ＰＥ管道一般都可以适应少量局部的管沟底的不平坦，但如果在回填材料中含有尖棱的石头或坚硬的页岩，那么就可能会在管道表面产生应力集中区以致损伤管道。对于页岩及松散的岩石土壤中的开挖，为了避免与松散的岩石接触，必须为ＰＥ管道提供一个均一的沟床，一般的做法是开挖管沟底时应比规定的等级挖深至少150mm，然后用适当的填埋材料回填至规定高度，并夯实到90％或更高的密实度。对于支撑强度较小的湿粘土或沙土等类似不稳定土壤，管沟的开挖深度要比规定的值深100－150mm。然后用指定的或原开挖的材料进行回填，这样即可保证为ＰＥ管提供一个均一的支撑。在不稳定的有机土壤中，如果安装地点的地下水位较高以致于淹没了管道，可以在管道上增加额外重量来抵抗管道受到的浮力，但这个额外的设计重量不应该超过基础层的支撑强度。3.3管沟内管道的敷设在管道被放入管沟之前，首先应该对管道进行全面检查，在没有发现任何缺陷的情况下，管道都被允许吊入或滚入管沟内。管道通常会在地面预先连接好，有时管道可能会被预先连接成大约150米长的许多管段，贮存在某一个地方，当需要下放及连接时，再搬运到安装地点，然后采用热熔连接或机械连接的方式连接这些管段。公称直径小于200mm的管道可以手工拖入管沟内；对所有的大管道、管件、阀门、消防栓及配件，应该采用适当的工具仔细将它们放到管沟内，对于长距离的管道的吊装，推荐采用尼龙绳索。最终的管道连接与装配管沟内管道的热熔连接同地面上管道的热熔连接方式相同，但必须保证所连接的管道在连接前必须冷却到土壤的环境温度。ＰＥ管道与金属管道、水箱或水泵相连时，一般采用法兰连接。对于ＰＥ管材之间，当不便于采用热熔方式连接时，也可采用法兰连接。法兰连接时，螺栓应预先均匀拧紧，待8小时之后，再重新坚固。3.4ＰＥ管道的压力测试ＰＥ管道系统在投入运行之前应进行压力试验。试验压力：水压试验静水压力目前通用的标准为管道工作压力的1.5倍，且实验压力不应低于0.80Mpa,介质采用水，不得将气压试验代替水压实验。试压长度：管道水压实验长度不宜大于1000m。对中间设有附件的管段，水压试验分段长度不宜大于500m，管道系统中有不同材质的管道应分别进行试压。试压准备：1、管端后背应设有堵板及支撑设计；2、管路系统应有进水管路、排水孔及排气孔设计；3、加压宜采用带计量装置的设备。一般试压采用弹簧压力表，其精度不应低于1.5级，量程范围为实验压力的1.5倍以上，表盘直径不应小于150mm。4、试压段不得包括水锤消除器，室外消火栓等管道附件，系统包含的各类阀门，应处于全开状态浸泡：管道试压前应进行充水浸泡，时间不应少于12h。管道重充水后应对未回填的外露连接(包括管道与管道附件连接部位)进行检查，发现渗漏应进行排除。水压实验1、将试压管道内的水压降至大气压，稳