北京燃气PE管道焊接的探索.ppt

北京燃气在PE管道焊接 的探索,一、聚乙烯管道焊接施工质量控制的重要性,2011.10.01,长期的使用寿命（长达50年，减少了旧管网改造费用） 卓越的耐腐蚀性能（是一种惰性材料，除少数强氧化剂外可耐多种化学腐蚀，无电化学腐蚀） 经济性能好 柔韧性高、抗震能力强 可靠的连接性能（焊口比管材本身抗拉能力强） 焊接工艺成熟 优良的输送性能（摩擦阻力较小） 较好的耐冲击性能 良好的施工性能,PE管原材料为聚乙烯，是一种有机合成的高分子材料-c-c-n-，燃气管道应用有高密度（HDPE）和中密度（MDPE）,2011.10.01,聚乙烯是一种高分子聚合物。它的性能主要取决于三大因素：分子结构、结晶度、分子量分布。其中结晶度最为关键：聚乙烯的结晶度是随着温度的升高而降低，温度越接近熔点，结晶度下降得越激烈。冷却度也影响着聚乙烯的结晶度，冷却速度快，结晶度低，因为结晶的生长时间短；冷却速度慢，结晶度高，那么结晶就会更充分。根据聚乙烯的种类不同，结晶度不同，冷却时间也不同。,聚乙烯分子结构图,热熔对接连接的原理： 由于PE管道是利用PE树脂经挤出成型而得到的。其热熔对接是在特定的温度下，将PE管焊接端经加热熔化后，施以规定的压力作用，使PE管焊接端相互连接融合，然后经保压冷却而使管材熔接成为一体。,2011.10.01,合格焊口具备的条件,熔接界面必须是干净、干燥的。 合理的加热温度和加热时间，以保证获得足够的粘流态的熔体。 合适的外力 足够的冷却时间。,二、聚乙烯管熔接技术及 焊接工艺,2011.10.01,聚乙烯管道的连接方式,聚乙烯管道在国内外按其连接方式，一般分为热熔对接连接和电熔连接两种。热熔对接和电熔连接须执行国家质检总局颁布的TSG D2002-2006“燃气用聚乙烯管道焊接技术规则”国家标准。 早期热熔对接焊时，外力是人为施加的，应施加合适的压力。压力过小，界面间长链分子无法充分变形，无法重新重叠及缠绕。相反对接力过大，粘流态的熔质都被挤出熔接界面，使界面间的介质大都处在高弹态，形成假焊。 电熔焊接时，其外力是靠熔体的熔融膨胀并在冷料区的作用下获得，无须人为施加。为保证合适的焊接压力，必须保证管件与管材装配组合后不能存在非轴向的应力，既要使用电熔固定夹具。,2011.10.01,2011.10.01,焊接准备/工艺-图5.1,热熔对接焊工艺,热熔焊接时三个重要参数：温度、压力、时间；温度固定，以下是PE 熔接过程中压力与时间的关系。,焊接工艺曲线图,Pt,P2(焊接规定),P1（总焊接）,加热段,切换 对接段,冷却段,t1 (卷边),t2 (吸热),t3 (取板),t4 (调压),t5 (冷却),总焊接时间,（拖动）,热熔对接焊的质量控制,热熔对接接头的质量主要靠过程控制来保障。过程控制应从人、机、料、法、环五方面入手。 人：焊接工人必须经过培训，并受到有效的管理。 机：设备应符号有关标准的要求（例如GB/T 20674.1-2006 ），并经常维护在良好工作状态。 料：焊接前应检查管材、管件，以确保其直径、SDR和MRS及公差均符合规定。有明显缺陷或过度划伤的管材、管件应做出标记，不能使用。在开始铺设前和铺设过程中均应注意检查管材有无严重的表面缺陷；如果发现表面缺陷深度超过公称壁厚的10%，应切断或按照有关程序修理有缺陷的这段管材。 法：焊接方法应严格按照施工规范和工艺参数执行。 环：环境因素主要考虑天气和管沟作业面状况。在将管道放到管沟前和回填过程中检查管沟底部，确保管道不被尖棱物体如石头或金属片损伤。,2011.10.01,焊口的质量,取决于严格遵守规范的焊接程序、使用符合有关焊接质量要求设备及操作者技术水平。质量控制应由专业人员现场进行控制，监理人员应进行监测，提供真实可靠的质量报告。 热熔对焊焊口的目视检查标准 1.翻边对称 焊口具有沿管材圆周平滑对称的翻边，翻边最低处的深度不应低于管材表面。当焊接组件之间的熔体流动速率和成型方法不同时也会影响到翻边的不对称性，是否可接受应由有资格的人员或试验结果来确定。 2.对中整平 管材管件连接时应尽可能的同轴，错位量不应超过管材壁厚的10%。沿相邻两组件翻边的外圆周的任何一处都不应超过该值。,2011.10.01,2011.10.01,热熔对接焊接工艺评定检验与试验, 非破坏性检验 (1)宏观（外观）： 卷边应沿整个外圆周平滑对称，尺寸均匀、饱满、圆润。翻边不得有切口或者缺口状缺陷，不得有明显的海绵状浮渣出现，无明显的气孔。 卷边的中心高度K值 0 ; 焊接处的错边量 管材壁厚的10; (2)卷边切除检查: 卷边应当是实心圆滑的，根部较宽。卷边底面不得有污染、孔洞等。若发现杂质、小孔、偏移或者损坏时，则判定为不合格。 (3)卷边背弯试验：不开裂、无裂纹 方法：将卷边每隔几厘米进行1800的背弯试验进行检查; 破坏性检验 (4)拉伸性能 GB/T19810-2005; 断口为韧性破坏 (5)耐压（静液压）强度试验 GB/T6111-2003；焊接处无破坏，无渗漏,合格的实心卷边,背弯试验开裂,三、存在问题,2011.10.01,PE 管焊接接头的质量，目前仅由焊接工艺来保证，而PE 管因其材料的特殊性，对焊接接头的无损检测探伤尚无有效的手段，如在TSG D2002-2006燃气用聚乙烯管道焊接技术规则、CJJ63-2008聚乙烯燃气管道工程技术规程等中仅要求焊接人员上岗前必须经过培训，考试合格，并要求“管道连接结束后，应进行接头外观质量检查”,回避了无损探伤的问题，在焊接接口的无损检验上，缺乏相应的国家标准或行业标准。作为埋于地下的PE 管网，在安装之前仅对焊接接头做目视检测是欠妥的。在PE 管道大量应用后，迫切需要解决焊接接头焊接质量的控制问题，否则就难以发挥PE 管道的优势。,2011.10.01,现状存在的主要问题,在聚乙烯管道基本焊接操作中执行正确的焊接工艺、输入基本参数是质量保证的重点步骤，现状为频繁的大量人工录入失误； 在实际工程现场监督中，过程控制要素不可见：包括设备开/关机时间以及焊接的温度、压力、电阻值、电压值及冷却时间；存在二级密破解及异地模拟焊接的可能；管理单位所看到的数据与实际数据根本就不是一回事，从而给管网安全供气留下隐患。 在数据采集的过程中，现采用U盘采集、自主设备备份存档，可能出现问题的中间环节过多，包括：数据查看、二次采集、数据申报、修改等网络往复人工采集与传输； 在整个体系中，存在各方人员因素水平参差不齐所导致的误差，关联人员涉及施工人员、技术人员、系统管理人员、管理质控人员、管理操作人员等。 发现问题后的处理难度系数加大。原有系统的管控方式仍为事后管控。但发现问题时，一种情况为燃气泄漏而引发事故，这是非常危险的；二是未发生事故、但管网处于通气状态。这一情况将给人民、各级管理单位、政府都增加难度：翻修重建还是继续使用？谁承担相应的责任？因为从数据中很难判断到底是谁的责任，标准和检测手段同时不到位。 允许修改焊接所得数据的做法是以数据为验收依据的最大隐患。由于数据处理单位的价值取向和施工单位的价值取向相一致获取利润最大化为最终目的。但他们损害的是管理单位燃气企业集团和各级政府的利益，同时损害了燃气用户的利益，是对大多数人不负责的表现。,2011.10.01,四、解决途径,2011.10.01,系统设计 运用物联网技术，集成计算机技术、网络技术、通讯技术等信息化技术为一体，由数据库、监测中心和各个全自动焊接设备单元等组成构建智能化、自动化的远程无线管理系统，通过装置在全自动聚乙烯熔接设备上的电子标签（RFID）、传感器、二维码等经过接口与无线网络相连，从而给全自动焊机赋予智能。在燃气聚乙烯管道焊接施工运行过程中，由各个全自动焊接设备的数据采集终端可监视和采集焊接设备运行状态以及全自动焊接过程中等各项数据，供监测中心及有关部门分析和决策取用，可以实现人与焊机的沟通和对话，也可以实现焊机与控制中心互相间的沟通和对话。达到了对燃气工程聚乙烯管道焊接施工无线远传实时监控的目标。,2011.10.01,第四部分 解决问题的途径,二、系统构架的选择 表现层：负责系统用户使用并操作的界面 业务层：负责处理用户提交的系统业务以及逻辑计算 数据层：负责系统海量数据的存储与操作,第四部分 解决问题的途径,三、系统组成角色以及用户 决策人员：进行人机料的管理、 项目管理和质量管理，综合查询、 分析和审批。 管理控制人员：包括进度控制 子系统、资源调控子系统、质 量目标、安全目标。 施工管理人员：进行工程项目信息 的搜集，自动导出生成报表并上报， 包括人员、材料设备、合同、进度、资料、质量、安全等。 系统管理人员：负责系统程序、数据的维护和管理。,第四部分 解决问题的途径,三、系统组成系统功能模块 系统包含五个模块：用户模块、系统模块、施工项目管理、施工人员管理、报表模块等。 用户模块包含功能：用户登录、用户管理、数据维护、数据备份、操作日志、数据还原。用户模块框图见图3-4。,第四部分 解决问题的途径,三、系统组成系统功能模块 系统模块包含功能：权限设置、系统全局设置（流程控制等）。用户模块框图见图,第四部分 解决问题的途径,三、系统组成系统功能模块 施工人员管理包含功能：人员信息管理、年检培训。施工人员管理模块框图见图3-6。,第四部分 解决问题的途径,三、系统组成系统功能模块 施工项目管理包含功能：项目进度、施工方管理、项目管理、项目分配、材料、设备、项目质量跟踪。,第四部分 解决问题的途径,三、系统组成系统功能模块 报表模块包括功能：报表管理、浏览报表、打印报表。,第四部分 解决问题的途径,四、角色行为 系统中不同的使用人群在系统中具有不同的角色行为。角色行为图,第四部分 解决问题的途径,五、系统数据库设置在项目所在地，系统支持项目管理用户远程访问登录公司的数据库服务器进行业务操作，并可直接在项目端局域网内进行操作。,第四部分 解决问题的途径,六、数据远程传输,第五部分 成果展示,基于物联网的燃气工程聚乙烯管道焊接施工无线远传实时监控系统可以对远程现场的焊接设备和焊接全过程进行监视，以实现焊接数据的实时传送及焊接设备的实时检测，提高了系统对聚乙烯管道工程焊接施工的反应时间。便于及时迅速的了解及控制远端聚乙烯管道工程焊接施工状况。,第五部分 成果展示,1、通过建立一套基于B/S架构的项目管理系统平台，对工程项目的进度、质量、材料、设备、人员和文档等进行在线监控和实时管理，提供既能分项使用，又能够进行综合管理的方便灵活的工程项目管理体系。 2、数据存储中心保存海量数据，定期备份。系统支持项目管理用户远程访问登录公司的数据库服务器进行业务操作，并可直接在项目端局域网内进行操作。现场项目管理人员也可通过移动式终端系统在互联网Web上进行浏览焊接数据管理分析平台，查看分析报表，并对项目、人员、设备及所有内容进行统一管理。,第五部分 成果展示,3、管理系统包含三种角色：系统管理人员、管理控制人员、施工管理人员。每个角色可以包含一个或者多个用户，每个用户在系统中都有各自的用户ID和权限，登录系统。,第五部分 成果展示,4、信息卡服务器系统从数据库中获得相关材料、施工人员、施工项目信息。信息卡服务器系统分析配置材料、作业人员、施工项目信息，打印生成相应的具有代码的材料、作业人员、施工项目信息卡。,第五部分 成果展示,5、集成的代码识别模块用于识别项目、人员及焊接管材中的条码信息，施工人员在现场施工时，通过基于GSM/GPRS数据传输及管理功能和GPS定位功能的无线数据远传全自动熔接焊机代码识别模块扫描识别信息卡中的信息，并开始施工作业。 6、燃气聚乙烯管道全自动焊接全过程由基于GSM/GPRS数据传输及管理功能和GPS定位功能的无线数据远传全自动熔接焊机记录焊口所有工作参数信息。在每一次焊口施工结束后，通过GSM/GPRS模块与通信塔通信，实时无线传输发送焊口所有的工作参数信息记录数据到通信服务器。,第五部分 成果展示,7、基于GSM/GPRS数据传输及管理功能和GPS定位功能的无线数据远传全自动熔接焊机集成GPS模块用于记录焊接接口的地理信息，在每一次焊口施工过程中，通过GPS模块与卫星通信并记录焊口位置信息。并实时显示焊机设备自身运行状况的地理信息。,第五部分 成果展示,8、指令接收中心收到无线通信网络的信息，并发送给指令处理中心。指令处理中心分析指令，将接收到的焊口所有工作参数信息发送至数据存储中心，将相应的指令转发于其他指令接收中心。焊接数据管理分析服务器实时分析并处理数据存储中心中的数据信息，并保存分析结果。项目系统具有强大的检索、查询、分析、管理功能，可按照工程编号、施工单位编号、管理人员编号等等来制定多层次的检索程序。,第五部分 成果展示,9、系统运行具备报警功能，系统根据短信数据分析结果，对于异常失败的焊接过程（包括设备启动、焊接过程中运行异常、意外中断等状况），通过GSM/GPRS模块及时将施工过程中问题及错误的以报警短信方式发送到管理人员移动式终端系统。项目管理人员通过移动式终端系统实时接收焊接施工过程中的信息。 10、基于GSM/GPRS数据传输及管理功能和GPS定位功能的无线数据远传全自动熔接焊机的GSM/GPRS数据发送模块工作状态由全自动熔接焊机的主机控制板的32位微处理器进行控制，系统具有实时在线的特性，无延