浅谈燃气用埋地聚乙烯

浅谈燃气用埋地聚乙烯（PE）管道发展优势1.前言随着高分子材料科学技术的飞速发展，在上世纪管道领域发生了一场革命性的进步，特别是在燃气输配行业中，燃气用埋地聚乙烯（PE）管材、管件的应用为代表，且具有超过传统的金属管道的势头。2.燃气用埋地聚乙烯（PE）管的发展简史世界上经济发达国家从上世纪40年代末已开始研究聚乙烯燃气管，并应用在燃气工程中；从60年代起相继在燃气输配系统中应用聚乙烯管道；且使用比例逐步扩大。如英国对聚乙烯管的使用量以1968年是用天然气为转折点，使用量急剧增加，在1979年埋设的燃气管中，燃气埋地用聚乙烯管道已占80％。美国在1983年埋设的燃气管道中聚乙烯管道占到了88.6％。目前，国际上欧、美、日等发达国家和地区已全部采用聚乙烯燃气管道。我国虽然在燃气用埋地聚乙烯管道行业中起步较晚，但有着强劲的发展势头。1982年上海第一次对聚乙烯燃气管道进入了试用阶段。为了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、管件的加工到工程应用到标准规范制定进行了系统研究并取得了丰硕的成果。1995年，国家技术监督局、建设部分别颁发了聚乙烯燃气管材、管件的国家标准和工程技术的行业规程，标志着我国对聚乙烯燃气管道的应用走上了规范化的道路。预计到2004年，庭院低压燃气管网的敷设聚乙烯管道可占到90％以上。3.燃气用埋地聚乙烯（PE）管道发展优势3.1良好的耐腐蚀性聚乙烯有良好的耐酸碱性能，并且由于其体积固有电阻率较大且性能稳定，不存在电化学腐蚀的可能性，因此聚乙烯燃气管在敷设时不需要防腐。当人工燃气中的芳香族化合物含量达到50g/m3左右时，对聚乙烯燃气管的影响若按饱和吸收状态来考虑，屈服强度仅降低5％左右，而且聚乙烯虽然吸收芳香族成分，但当吸入成分放出后具有恢复原物理性能的性质。另外，聚乙烯材料抗化学腐蚀性能受介质浓度、温度及压力的影响。表一聚乙烯与常见的化学物品耐腐蚀性能表介质浓度耐腐蚀性介质浓度耐腐蚀性20℃60℃20℃60℃盐酸tc好好王水100％好好硫酸10％好好硝酸25％好好50％好好50％中等差D98％好差75％差差D介质浓度耐腐蚀性介质浓度耐腐蚀性20℃60℃20℃60℃二氯乙烯100％差差氧（气）100％好好二氯苯100％中等差臭氧100％中等差丙酮100％好好盐类氯化物sat好好二氯乙酸50％好好硝酸盐sat好好甲醇100％好好苯100％好好草酸sat好好甲苯100％好好乙醇96％好好硫磺100％好好氟100％差差萘100％好好溴100％差差氯气100％好好原油100％好中等醚100％中等中等二氧化硫tc好好氯苯100％中等差三氧化硫100％差差碳酸100％好好注：tc－各种浓度的水溶液sat－20℃饱和水溶液D－脱水3.2良好的物理性能聚乙烯燃气管是一种高韧性的管材。其断裂伸长率一般达700％以上，所以，聚乙烯管材对管基的不均匀沉降的适应能力较强且具有良好的抗震性能，在1995年日本神户大地震中，聚乙烯燃气管网和聚乙烯供水管网是唯一幸免的管网系统，所以震后日本大力发展聚乙烯管道。在管网的施工特别是在非开挖的施工过程中，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等级的聚乙烯燃气管具有较好的抵抗CSG的能力和抗刮痕能力；PE100燃气管材则更具有出色的抗刮痕能力。燃气用埋地聚乙烯管道具有良好的快速裂纹传递抵抗能力。管道快速开裂是指在管道偶然发生开裂时，裂纹以几百米每秒的速度迅速增长，瞬间造成几十米甚至上千米管道破坏的大事故。早在20世纪50年代，美国输气钢管曾发生过几其快速开裂事故。因而近10年来，国际上对塑料管道，特别是聚乙烯管道的快速裂纹传递进行了大量的卓有成效的研究工作。结果表明，聚乙烯抗裂纹快速传递能力名列前茅。如PVC－U的动态断裂韧性（KD）为1.8MNm-3/2,PP－R的KD为1.6MNm-3/2，而PE80的KD则为2.9MNm-3/2，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，塑料管道的快速开裂的危险性越大。因此，聚乙烯然气管道，特别是PE100更适合做大口径管。目前，国外的聚乙烯燃气管材料标准（ISO4437—1997和prEN1555）已将耐快速扩展（RCP）列入标准中。表二聚乙烯燃气管道与其它管道物理性能比较表项目单位燃气用PE管硬聚氯乙管烯钢管屈服拉伸应力兆帕2050300断裂延伸率%70010030纵弹性系数兆帕6～6.3×1022.8×1032.1×105泊松比－0.4～0.440.380.33冲击强度牛顿-厘米/厘米2304697840密度克/厘米20.9351.437.86导热系数瓦/米℃0.340.1550～60线膨胀系数10-5/℃14～1671.2脆化温度℃-80-1.8－熔化点℃126－1480体积固有电阻欧姆-厘米1016以上1015以上1.9×10-5从上表可以看出，聚乙烯燃气管道的综合物理性能是好于硬聚氯乙稀管和钢管的。3.3良好的施工性能聚乙烯管材质量轻，安装施工方便。燃气用埋地聚乙烯管道主要是采用热熔连接或电熔连接，其接口强度一般高于管材本身的强度。所以，与橡胶圈类接头或其它机械类接头相比，不存在因接头扭曲造成泄露的危险。聚乙烯燃气管道具有优良的挠性，极大地增强了该材料对管道工程的价值。因聚乙烯的挠性使管径较小（一般不大于D100）的聚乙烯燃气管道可以盘卷供货，这样就在施工中节省了很多管件，同时也避免了接口泄露的可能性；用于不开槽施工，聚乙烯然气管道的走向容易按照施工方法的要求进行改变，使其可在施工前改变管材的形状，插入旧管材后恢复其原来的大小和尺寸。聚乙烯管材有利于以后的事故抢修和维护，由于聚乙烯管具有良好的柔韧性，在实际工程中对运行压力低于0.1MPa的燃气管道采用夹扁机具进行阻气，在抢修和接新管线的过程中，不存在明火现象，降低了燃气系统带气作业的危险性；由于夹扁操作是用来抢修或以接新管线为目的的，从而这种操作持续时间不长。所以，对聚乙烯管道在短时间内进行压扁操作，当应力撤去后，聚乙烯燃气管道本身应能基本恢复其原来形状。表三为聚乙烯燃气管复原性能表。表三聚乙烯燃气管道管复原性能表管材公称直径(mm)尺寸(mm)压扁负荷重（kg）复原率%外径壁厚1/2压缩内面接触聚乙烯75898.619748987管50605.91352798925343.7100205873.4良好的经济性能下表为两例工程中对聚乙烯燃气管道与钢管的经济性能比较表，详细情况见下表。表四聚乙烯燃气管道与钢管工程造价比较表项目例一例二PE管工程造价元钢管工程造价元PE管工程造价元钢管工程造价元管材689596043422648553管件6958912241651800防腐0868013388土方工程费用562262521831320313施工费1618372546906036机械台班费01974010525工程造价210932333581394100615工程总造价3754949573120360135849如上表所示，实际施工项目的统计可以看出，聚乙烯燃气管经济性能优于钢管，其工程费用约为钢管的80％。虽然各地区各项PE管工程的设计、采购、施工、运行压力等环节各有不同，但实践和经济性能比较证明PE管明显优于钢管。如果再考虑使用寿命（PE管的使用寿命为50年，钢管的使用寿命按国家计委煤气设施折旧费年限定为18年）。那么，PE管的工程造价不及钢管的一半，所以，聚乙烯燃气管的综合经济性能是远远优于钢管的。4.结束语在世界范围内，五十年来，聚乙烯燃气管道系统已经成功应用在燃气输配领域中。PE燃气管道系统的应用，以其性能的可靠性、较低价格、方便快捷的施工，使燃气行业受益菲浅。与金属管道相比，正确地铺设和施工聚乙烯燃气管道，可得到更优越性能、更长的寿命、大幅度地减少维修和较低的施工成本。同时，由于其优越的耐摩擦和耐多种化学腐蚀性能，成为世界上许多国家大城市的燃气输配管网用的最广泛的管材。聚乙烯管材同时大量的用于矿山工业输送矿浆，以及化工、通讯、农业灌溉、电工套管和空调等行业；在给水、排水领域的市场也在不断的扩大，特别是在化学品方面和PVC－U不适宜的地方。相信，聚乙烯管道将会是管道领域中的主力军。