（环境工程专业论文）聚乙烯燃气管道施工技术的探讨.pdf

重庆人学硕士学位论文 中文摘要 摘要 聚乙烯管道是一种非常好的工程管道材料，在燃气工程上应用尤其广泛。国 外在聚乙烯燃气管道应用上起步较早，许多发达国家的城市燃气管网均采用聚乙 烯管道，目前正在逐步向次高压燃气输配系统延伸，大面积推广使用p e l 0 0 级第 四代聚乙烯产品，并拥有一套从原料生产到工程施工的先进的完备的技术标准体 系。国内目前在推广使用p e 8 0 级聚乙烯，产品标准落后，没有相应的设计、施 工和验收规范，施工机具、施工技术不够先进。本文通过比较聚乙烯管道与钢管 施工技术的异同点，较为系统地分析了聚乙烯燃气管道工程技术的有关内容，包 括聚乙烯燃气管道的技术经济性特点、施工方案技术和钢塑转换方式的选择、管 道连接工艺技术。在此基础上，提出一套针对聚乙烯燃气管道工程的质量保障措 施。 聚乙烯燃气管道工程技术特点的分析表明：( 1 ) 同等内径下直管段聚乙烯管 比钢管流通能力大l s 至2 1 左右，但同等外径下聚乙烯管的流通能力不一定比 钢管大，需要计算确定，不能盲目以相同外径的聚乙烯管匹配钢管。聚乙烯管道 的综合性能优于钢管，更适合做埋地的管道材料，而p e l 0 0 级聚乙烯在经济和流 通能力上比p e 8 0 级聚乙烯更优，应大力推广使用聚乙烯管道，特别是p e l 0 0 级 聚乙烯管道。( 2 ) 聚乙烯燃气管道的施工速度快，效率高，特别是在非开挖施工 技术上，聚乙烯管道的施工技术较钢管更先进，效率更高，费用更低。在钢塑转 换施工方案技术的选择上，般可选用套管内转换方式，既可抗拒一定的沉降变 形，又可实现管网的全塑化。( 3 ) 聚乙烯管道连接口由于不能象钢管焊口那样通 过无损检测手段来验证是否合格，所以一定要使用自动化程度高的连接机具，将 人为因素降到最低，并要求焊工除了熟练的操作技术外还应具备高度责任一心，严 格执行连接脑工工艺质量控制要点和有关操作要领，焊接完后采取必要的检查验 收手段。 聚乙烯燃气管道工程有其技术的先进性，也有其独特性，需要一个完善的工 程质量保障措施柬保证工程质量，以发挥聚乙烯管道的优良性能。在工程质量保 障措施中，人是最关键的，不单是施工技术人员和具体操作工人，而且包括建设、 设计、监理、监督、检测等单位的相关人员，应做到以人为本，规范化操作，加 强设备材料、施工机具的管理，加强施工过程、验收、使用的控制，从各个方面 保证聚乙烯燃气管道的工程质量。 关键词：聚乙烯，燃气管道，技术，保障措施 重庆大学硕士学位论文英文摘要 a b s t r a c t p o l y e t h y l e n e f e e ) p i p ei sv e r yg o o dm a t e r i a lf o re n g i n e e r i n g ，a n di ti sw i l d l yu s e d f o rg a se n g i n e e r i n g p ep i p ei su s e df o rg a se n g i n e e r i n gs oe a r l yo v e r s e a st h a tt t r b a n g a sp i p e l i n en e t w o r ki nm a n yd e v e l o p e dc o u n t r yi sm a d eu po fp ep i p e s ，w h i c ha r e d e v e l o p i n gi nt h ew e n do fh y p o h i g hp r e s s u r eg a st r a n s m i s s i o ns y s t e m t h e s ec o u t r i e s a r ee x t e n d i n gt h eu s eo fp e l 0 0 ，t h ef o u r t hg e n e r a t i o no fp ep r o d u c t m e a n w h i l e ，t h e y h a v ea d v a n c e da n dw e l l d e v e l o p e dt e c l m o l o g ys t a n d a r df r o mm a n u f a c t u r i n gt o a p p l i c a t i o n n o wo u rc o u n t r yi ss p r e a d i n gt h eu s eo fp e s 0p i p e ，w h i c hi saf a d e d p r o d u c la sw ed on o th a v ec o r r e s p o n d i n gd e s i g n a p p l i c a t i o n p r o o f - t e s ts t a n d a r da s w e l la so u re q u i p m e n ta n de n g i n e e r i n gt e c h n o l o g ya r ec o m p a r a t i v e l yu n e n l i g h t e n e d i n c o m p a r i s o no fp ep i p ew i t hs t e e lp i p e ，i tw i l lb es y s t e m a t i c a l l ya n a l y z e dt h ep ep i p e e n g i n e e r i n gr e l a t e d i s s u e si nt h i st h e s i s ，i n c l u d i n gt h ee c o n o m i cf e a t u r e so fp e e n g i n e e r i n gt e c h n o l o g y , a p p l i c a t i o nt e c h n o l o g y , c h o i c eo fs t e e l p l a s t i cc o n v e r s i o n & w e l d i n gt e c h n o l o g y o nt h eb a s i so f t h em e n t i o n e da n a l y s i s 1b r i n gu pw i ms y s t e m a t i c m e a s u r e sf o rq u a l i t yi n s u r a n c eo f p ep i p ee n g i n e e r i n g t h ea n a l y s i ss h o w st h a t ：( 1 ) s t r a i g h tp ep i p e sc u r r e n ta b i l i t yi s1 5 - 2 1 h i g h e r t h a ns t e e lp i p eo ns a m ei n n e rp a t h w a yb a s i s b u ti t sa n o t h e rs t o r yb a s e do ns a m eo u t e r d i a m e t e r w em u s td i s p l a c et h es t e e lp i p ew i t l lp ep i p ew i t hc a r e f u lc a l c u l a t i o n p e p i p ei sb e t t e rt h a ns t e e lp i p e ，a n di t i sb e t t e rf o rp i p el a y i n gm a t e r i a l p e l 0 0p i p ei s b e t t e rt h a np e 8 0p i p ei nc u r r e n ta b i l i t ya n de c o n o m y w em u s ts p r e a dp ep i p ea c t i v i t y , e s p e c i a l l yf o rp e l 0 0p i p e ( 2 ) p eg a sp i p el a y i n gi sf a s t e ra n de f f i c i e n c y , e s p e c i a l l yo n t r e n c h l e s st e c h n o l o g y a p p l i c a t i o nt e c h n o l o g yo fp eg a sp i p e l i n ee n g i n e e r i n gi s a d v a n c e d ，e f f i c i e n ta n di n1 0 wf a r e y o uc a nc h o o s et h em o d et h a ts w i t c hi n s i d et h e b u s h i n g i tc a nc o m p e n s a t et h es u b s i d e dd i s t o r t i o na n dm a k e st h eg a sp i p e l i n eb e i n ga l l p l a s t i c ( 3 ) t h ew e l do fp ep i p ec a n tb ep r o o f - t e s tb yu n d e s t r o y e dp r o b i n g p ep i p e m u s tb ew e l d e db ya u t of u s i o ne q u i p m e n ta n dr e d u c et h em a l l m a d ef a c t o rt ot h e m i n i m u ma tt h es a m et i m e t h eo p e r a t o rm u s tb ew e l ls k i l l e da n dh i g h l yr e s p o n s i b l e ， w h op e r f o r m su p o nw e l dq u a l i t yc o n t r o lr e g u l a t i o n s ，a n dc h e c ku pt h ew e l ds t r i c t l y a f t e rf i t s i o n p eg a sp i p e l i n ee n g i n e e r i n ga p p l i c a t i o nt e c h n o l o g yi sa d v a n c e da n du n i q u e w e n e e dc o m p l e t em e a s n r e st oe n s u r et h ee n g i n e e r i n gq u a i l t y h u m a nr e s o u r c ei st h e e s s e n t i a lk e yi ne n g i n e e r i n gq u a l i t yc o n t r 0 1 h ei sn o to n l yt e c h n i c i a na n do p e r a t o r ，b u t i i 童筮型蔓堑生竺型望竺l 一 墨塞塑至 a l s oad e v e l o p e r , d e v i s e r , c u s t o d i a n ，i n t e n d a n c e & c h e c k e r w es h o u l dn o 咖a l i z et h e o p e r a t i o n s ，e n h a n c et h em a n a g e m e n to fm a t e r i a la n de q u i p m e n t ，s t r e n g t h e nt h ec o n t r o l o fe n g i n e e r i n gp r o c e s s ，p r o o f - t e s t & a p p l i c a t i o no np e o p l e o r i e n t e db a s i s s oa st o e l l s u r ep eg a sp i p e l i n ee n g i n e e r i n gq u a l i t yf r o ma l la s p e c t s k e y w o r d s ：p o l y e t h y l e n e ，g a sp i p e l i n e ，t e c h n o l o g y , e n s u r em e a s u r e 1 1 i 重庆大学硕士学位论文l 绪论 1绪论 1 1 论文选题的目的和意义 本世纪五十年代以后，随着石油化学工业的飞速发展和石油深加工技术的日 趋完善，塑料制品种类多样化，产量迅速增长，逐步发展成为一种新型工程材料。 与传统管材相比，塑料管具有重量轻、耐腐蚀、水流阻力小、节约能源、安装简 便、造价低等显著优点，受到了管道工程界的青睐。为此，许多发达国家塑料管 制造商与管道工程界进行了广泛的合作，投入了大量人力、物力和财力，进行了 全面的开发研究，使原料合成生产、管道制品制造技术、设计理论和施工技术等 方面得到了发展和完善，并积累了丰富的实践经验，促使塑料管在管道工程中占 据了相当重要的位置，并形成种锐不可挡的发展趋势。在这场“以塑代钢”的 革命性进步中，聚乙烯管道倍受青睐，日益发出夺目的光辉，广泛用于燃气输送、 给水、排污、农业灌溉、矿山细颗粒固体输送，以及油田、化工和邮电通讯等领 域，特别在燃气输送上得到了普遍的应用。 聚乙烯是一种热塑性塑料，可多次加工成型，它作为一种工程材料，相对于 钢管、铸铁管、u p v c 管而言，具有许多卓越的特性。如聚乙烯管道具有良好的 耐腐蚀性能、使用寿命长、柔韧性好、焊接性能好等优点，它作为室外线路管敷 设在腐蚀性的土壤中、地震地区、山地和沼泽地区；也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。 目前，国外一些先进国家己普遍使用聚乙烯管道作为燃气输送管道，并且拥有一 套从原料到工程施工以及从产品要求到质量控制方法的完备的聚乙烯燃气管道系 统的i s o 标准。与国外相比，我国在聚乙烯应用方面起步较晚，从1 9 8 2 年开始 试用，通过消化吸收国外先进经验，于1 9 9 5 年制定了聚乙烯管材和管件标准以及 聚乙烯燃气管道工程技术规程。但时至今日，这些标准和规程已相当滞后，并且 设计、施工规范、标准图以及概预算定额等严重不配套，而且施工机具自动化程 度不高，连接技术和验收方法不统一，这些都远远不能适应聚乙烯管道发展需要。 这使得各地燃气公司只能根据这些标准和规程，结合钢管等其它管道的设计、施 工规范，各自制定一套聚乙烯燃气管道的设计、施工、使用管理办法，没有统一 的验收标准，造成了各地聚乙烯燃气管道的设计、施工质量参差不齐，有好有坏， 对燃气管网的安全造成威胁，不利于聚乙烯燃气管道事业的发展。 本文结合深圳市聚乙烯( p e ) 燃气管道施工的实践经验，通过与钢管施工技 术的对比，分析p e 燃气管道施工技术的先进性和独特性，提出针对p e 燃气管道 工程的质量保障措施和控制手段，以指导p e 燃气管道工程的施工，确保p e 燃气 重庆大学硕士学位论文1 绪论 管道的工程质量及运行安全，推动p e 燃气管道事业的发展。 1 2 国内外现状综述 1 2 1 国外聚乙烯燃气管道发展情况 在2 0 世纪2 0 年代，现代物理和化学分析方法的采用揭示了聚合物的奥秘， 1 9 3 1 年开发了聚氯乙烯等塑料。第二次世界大战时期，由于铜与钢材的短缺，开 始研究在燃气输配、给水领域使用塑料管。1 9 4 0 年后期，一些公司批量使用塑料 管后，生产行业才认识到塑料管的潜力很大。聚乙烯( p e ) 是1 9 3 3 年英国帝国化学 工业( i c i ) 公司在高压合成实验中偶然发现的。此后，克服了高压聚合的技术困 难，于1 9 3 9 年开始工业化生产。这是最早生产的聚乙烯品种，现在称为低密度聚 乙烯。1 9 5 3 年，德国的齐格勒博士采用有机金属化合物作催化剂，在低压下合成 了高密度聚乙烯，并于1 9 5 5 年工业化。几乎与此同时，美国菲利浦公司和美孚石 油公司开发了中压法合成高密度聚乙烯的技术。发展至今，聚乙烯已是由多种工 艺方法生产的、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。 燃气输配用塑料管的材料按应用的起始年代分别为：醋酸丁酸纤维素c a b ( 1 9 4 3 年美国) ，硬聚氯乙烯( 1 9 5 0 年原西德) ，耐冲击聚氯乙烯( 1 9 5 2 年美国) ， 环氧玻璃钢g r p ( 1 9 5 5 年美国) ，聚乙烯p e ( 1 9 5 6 年美国) ，涤纶( 1 9 6 3 年意大 利) 和尼龙( 1 9 6 9 年澳大利亚) 。随着时间的推移和对燃气工程运行经验的不断 总结，人们逐渐认识到在应用塑料管时应考虑以下几个方面的因素：a 经济性； b 接口稳定、严密性；c 耐应力丌裂性；d 耐腐蚀和耐化学性；e 耐老化性；f 韧性；g 柔软、可挠性；h 耐久性；i ；虽度与温度的关系；j 长期静液压强度 的大小。经过顺序淘汰，到6 0 年代后期，只剩下聚氯乙烯管和聚乙烯管。聚氯 乙烯管虽然强度大，成本低廉，但与聚乙烯相比有如下缺点：a 脆性，易产生断 裂现象；b 缺乏可挠性，不能盘卷等：c 接触溶剂的可靠性差等。因此，采用 聚氯乙烯管的数量大幅减少，而使用聚乙烯管显著上升川。自1 9 5 6 年铺设第一条 聚乙烯燃气管道以来，到7 0 年代，在欧洲和北美，聚乙烯管道在燃气领域得到迅 速的推广应用。世界上很多国家聚乙烯树脂制造商、管材制造商、管件及管路附 件制造商、管材挤出设备制造商、管道的施工和使用单位( 如燃气公司和自来水 公司) 、施工机具的制造商、产品认证机构、有关大学和科研机构均以极大的热情 投入到这项工作中来。研究开发的广度、深度及速度，是其他类塑料管道所难与 比拟的。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。如欧洲的p e 燃气管道普及率就极高，英国、丹麦 等国均超过9 0 ，法国1 9 9 8 年新敷设燃气管道几乎1 0 0 采用聚乙烯管道。早在 重庆人学硕士学位论文1 绪论 1 9 8 8 年，在慕尼黑召开的国际煤联( i g c ) 配气委员会会议，委员们一致认为采用 聚乙烯( p e ) 埋地燃气管道质量可靠，运行安全，维护简便，费用经济。这种共识 显然是五十年来聚乙烯管道与其它管道反复比较、竞争后达成的。应该指出，这 不仅应归功于p e 管的优良的综合性能，而且缘于p e 管道的原料性能，管材、管 件制造工艺，连接方法，连接机具以及运行中的维修手段等在多年的实践中，不 断取得革命性的进步。如对p e 管道性能影响最大的因素之一的原料，随着聚合 工艺的改进，八十年代水平p e 管材原料与七十年代水平相比较，即取得极大的 进步。经过近半个世纪的不断发展，聚乙烯管道已成为最成熟的塑料管道品种之 一，它的高度成熟突出表现在： ( 1 ) 聚乙烯管材原料不断发展，八十年代末第四代聚乙烯管材树脂( p e l 0 0 ) 出现，使大口径管的使用也具有了优势，也使得次高压燃气输配系统采用聚乙烯 管道成为可能。 ( 2 ) 严谨而科学的管道设计理念。对聚乙烯管材料长期使用性能的评价形成了 系统科学的标准评价方法，从而在设计上保证了长期使用性能及使用的安全性。 ( 3 ) 高度成熟的制造设备和挤出工艺。 ( 4 ) 与管材同步发展，多品种配套的管件。 ( 5 ) 管道连接、施工和维护的成熟技术与设备。 ( 6 ) 丰富的研究成果、大量成功的工程实践和系统完备的标准体系。从原料到工 程施工，从产品要求到质量的控制方法，聚乙烯管道系统均具有完备的i s o 标准。 标准的高水平和系统化，标志了聚乙烯管道发展的高度成熟。 1 2 2 国内聚乙烯燃气管道发展情况 我国是从8 0 年代初期开始聚乙烯燃气管的研究工作，在此之前，六十年代个 别煤气公司曾试点，七十年代中断。八十年代初，在改革开放的形势下，引进、 消化、开拓，迎来了以聚乙烯管道代替钢管用于燃气输配的新时期。与国际上其 他国家相比，我国的开发研究工作虽然起步晚，不够深，配套差，但起点较高。 下面列出我国试用塑料管输配人工煤气、液化石油气、油制气以及天然气的较早 例子。 ( 1 ) 人工煤气： 1 9 5 8 年，上海煤气公司在风城一村敷2 5 米硬聚氯乙烯管供气； 1 9 6 7 年，大连、北京煤气公司敷设聚氯乙烯供气，因泄漏被终止； 1 9 8 2 1 9 8 3 年，上海煤气公司在曹阳三村和宛南三村敷4 4 0 米聚乙烯管供气； 1 9 8 7 年，哈尔滨市为南岗区1 5 0 0 户居民供气，敷d n 5 0 d n l 6 0 计1 0 9 0 米 聚乙烯管； 1 9 8 9 年，上海程桥二村敷设聚乙烯管7 5 5 米供气： 重庆大学硕士学付论文1 绪论 1 9 9 1 年，无锡扬名区敷设聚乙烯管1 7 8 7 米供气： 1 9 8 7 1 9 9 3 年，哈尔滨市继续敷设聚乙烯管3 5 0 公里，管径从d n 5 0 d n l 2 5 低压煤气，此后，哈尔滨市继续以中压配气方式使用中密度聚乙烯管道，累计使 用六种管径，总敷设5 3 0 公里。 ( 2 ) 液化石油气、油制气： 1 9 9 1 年，深圳东乐小区，使用聚乙烯管d n 6 3 d n l l 0 计1 9 9 1 米； 1 9 9 1 年，广州天河南住宅小区，使用四种直径聚乙烯管道为2 5 0 0 户居民供 油制气； ( 3 ) 天然气： 1 9 8 8 年和1 9 8 9 年，北京体院和首都机场，引进法国和英国使用聚乙烯管道 供气的中压配气技术向居民供气； 1 9 9 1 年，成都市一环路西一段武侯住宅小区，使用四种聚乙烯管径，长6 8 7 米供应天然气； 1 9 9 2 1 9 9 5 年，绵阳地区、重庆市以及自贡、都江堰市都使用聚乙烯管道供 应天然气。 由上面例子可知，我国最早使用聚乙烯管输送城镇燃气是1 9 8 2 年在上海。在 1 9 9 2 年，把运行1 0 年的该聚乙烯管挖出，进行性能测定，得出“使用1 0 年的聚 乙烯管材的力学性、耐化学性及短期静水压性能都变化不大，且有关指标仍能满 足i s 0 4 4 3 7 对新管材的要求”。 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1 9 8 7 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。1 9 9 5 年，国家技术监督局、建设部分别颁发了p e 燃气管材、管件 的国家标准g b l 5 5 5 8 1 9 5 、g b l 5 5 5 8 2 9 5 和工程技术的行业规程c j j 6 3 9 5 。1 9 9 9 年，建设部在推广优选化学产品文件中，将聚乙烯管道作为唯一的城市燃气塑料 管来推广选用。目前，p e 燃气管正在国内迅速推广使用，在这些因素推动下，国 内已基本掌握p e 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，这对聚乙烯燃气管道的发展奠定了坚实有力的 基础。1 9 9 9 年国内聚乙烯燃气管材产量已近1 万吨，p e 燃气管道铺设量约占整 个燃气管道铺设量的2 0 左右，并以2 0 的年增长率向前发展。但是，与发达国 家相比，我们还存在不少差距。如国外已开始大面积使用第四代p e l 0 0 原料的聚 乙烯管，而国内还在推广使用第三代p e 8 0 原料的聚乙烯管。另外，我国中高密 度的聚乙烯原料主要依赖进口，没有相应的聚乙烯管道设计、施工、验收标准， 4 重庆大学硕士学位论文1 绪论 聚乙烯燃气管道产品标准落后，施工机具、施工技术等都存在差距。 1 3 本文研究的目的和内容 本文的研究目的是分析指出聚乙烯燃气管道独特的施工技术特点和质量控 制手段，提出聚乙烯燃气管道的工程质量保障措施。 本文的研究内容包括四个方面：p e 管道相对于钢管的技术经济性比较，并 着重于p e 管道与钢管流通能力的比较：p e 管道与钢管的施工方案技术对比，着 重研究p e 管道非开挖施工方案技术以及钢塑转换方式的选择；研究p e 燃气管道 的连接工艺技术以及验收方法；阐述p e 燃气管道的工程质量保障措旌。 重庆大学硕士学位论文2 聚乙烯燃气管道的技术经济性 2 聚乙烯燃气管道的技术经济性 2 。1 引言 聚乙烯管道相对于钢管、铸铁管、u p v c 管而言，具有许多优点，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。聚乙烯管则圆满 地解决了传统管道的腐蚀和接头泄漏两大难题。另外，相同内径的情况下聚乙烯 管的流通能力比钢管要高。但目前大家普遍认为聚乙烯管的流通能力比钢管高很 多，在实际应用中不用详细计算就以钢管的经验数据来匹配聚乙烯管径大小，而 且都以外径相匹配，如中9 0 和中1 1 0 、0 1 6 0 p e 管分别替代d 8 9 和d 1 0 8 、d 1 5 9 钢管，认为只要钢管能满足流量要求，相应外径的聚乙烯管肯定能满足流量要求。 实际上两者能否互换呢? 下面来讨论一下。 2 ，2 聚乙烯燃气管道的技术经济性优点 聚乙烯管的主要技术经济性优点体现在： ( 1 ) 聚乙烯管道使用寿命长，可达5 0 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( h o b ) 确定的，已被国际标准确认，而钢管 的一般使用年限不超过2 0 年，铸铁管为3 0 年。 ( 2 ) 耐腐蚀。钢管在土壤中极易受到电化学腐蚀，为延长使用寿命，常采用 绝缘层和电保护防腐蚀。防腐蚀工程施工复杂、造价高，防腐蚀质量受气候及人 为因素影响大，好的防腐蚀涂层可使管道使用寿命达2 0 年，防腐蚀差的钢质管道， 2 3 年就会腐蚀穿孔。而聚乙烯为惰性材料，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 ) 具有优良的焊接性能，连接质量可靠。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，其正确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。 ( 4 ) 柔韧性好，抗震能力强。聚乙烯管是种高韧性的管材，其断裂伸长率 最少超过3 0 0 ，一般超过5 0 0 ，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1 9 9 5 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p e 管在燃气领域的使用。 ( 5 ) 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：使聚乙烯管可以进行盘卷，并以较长的长度 6 重庆大学硕士学位论文2 聚乙烯燃气管道的技术经济性 供应，不需要各种连接管件；可用于不开槽施工，聚乙烯管走向容易依照施工方 法的要求进行改变；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。 ( 6 ) 相对于u p v c 等其它塑料管，聚乙烯管道具有较好的抵抗刮痕能力和 抗快速裂纹传递能力。研究证明，p e 8 0 等级的聚乙烯管具有较好的抵抗慢速裂纹 增长s c g 的能力和耐刮痕能力，p e l 0 0 聚乙烯管材料则具有更加出色的抵抗刮痕 能力。而对于抵抗裂纹快速传递能力方面，u p v c 的动态断裂韧性k d 为 1 8 m n m ，p p r 的k d 为1 6 m n m ，而p e 8 0 的k d 则为2 9 m n m ，p e l 0 0 的k d 则高达3 8 m n m 4 。实际应用中，五十年代美国曾多次发生聚氯乙烯气管和水管 的快速开裂事故，而很少出现聚乙烯燃气管使用时快速开裂。 ( 7 ) 聚乙烯管道重量轻，为钢管的1 8 ，施工方便，焊接简易，快而可靠， 能够在沟上焊接较长的长度，从而降低工人的劳动强度。 ( 8 ) 维修少，抢修方便，可利用断气工具夹扁聚乙烯管断气，为快速检修提 供便利，也可采用鞍型管件在通气管线上实现不停气、不降压条件下接支线。 ( 9 ) 聚乙烯管内壁光滑，当量绝对粗糙度仅为钢管的1 2 0 ，据有关资料介 绍同等内径p e 管比钢管流通能力大3 0 左右。下面，本文就p e 管和钢管的流通 能力作一详细对比，以确定p e 管的真实流通能力，以及确定设计中p e 管与钢管 管径规格替换的可操作性，避免设计中只是根据钢管的经验数据来套用p e 管的 计算，按钢管管径大小来大概确定p e 管的管径规格，如p e q b 6 3 管套用钢管d 5 7 和d 7 6 ，p e 巾9 0 管套用钢管d 8 9 ，p e o1 1 0 管套用钢管d 1 0 8 ，p e o1 6 0 管套用 钢管d 1 5 9 等等。 目前管径设计均考虑远期使用天然气为气源，且埋地燃气管道压力均高于 0 0 0 5 m p a ，为中压，故本文考虑输送中压天然气的p e 管与钢管在压力降相同的 情况下流通能力的计算。p e 管系列中的p e 8 0 s d r l l 系列( s d r 为管道外径与壁 厚之比) 和p e l 0 0 s d r l 7 6 系列均适用输送中压天然气，钢管也可输送中压天然 气。计算公式选用城镇燃气设计规范g b 5 0 0 2 8 9 3 中高中压燃气管道的单位长 度摩擦阻力损失公式。 紊流状态( r e 3 5 0 0 ) 时，摩擦阻力系数按( 2 ) 式计算： 苴二篮：1 2 7 x10-。嬖pt，z(1)ld3 r ” 粥 斟趴 睁生 叫 恤 拈 斯 重庆大学硕士学位论文2 聚乙烯燃气管道的技术经济性 ( 。d t c + 1 9 2 2 d 玎 t 1 5 将( 3 ) 式代入( 1 ) 式导出工程实用计算公式 华乩。川9 d 眩z 翁5 嬖dp 号 工 lpjz 式中： p l 燃气管道起点绝对压力，k p a ； p 2 燃气管道终点绝对压力，k p a ； 卜压缩因子，当燃气压力小于1 2 m p a ( 表压) 时z 取l i j 襟气管道计算长度，k m ； q 一燃气管道计算流量，m 3 h ； d 管道内径，咖： p 燃气密度，k g m 3 ； 卜设计计算温度，k ； t o 2 7 3 k ； “0 0 c 和1 0 1 3 2 5 k p a 时燃气的运动粘度，m s ； 卜聚乙烯燃气管道计算流速，t r d s ； k 管壁内表面的当量绝对粗糙度，m i l l 。 为了便于比较，只考虑直线管段的流通能力，不考虑弯头局部阻力损失。设 定：管长l 为1 0k m ；设计温度t = 2 9 3 k ；p 取o 7 4k g m 3 ；1 t 取1 2 5 1 0 。6 m 1 s ： 钢管k 值为o 2 岫；p e 管k 值为o 0 1 嘞。以p 1 2 - p 2 2 值( 单位为心a 2 ) 代入( 4 ) 式， 用迭代法通过计算机求出流量q 值( 单位为m 3 h ) 和流速v 值( 单位为m s ) ，计 算结果见表2 1 和表2 2 ，插绘成较为直观的图2 1 和图2 2 。 重庆大学硕士学位论文2 聚乙烯燃气管道的技术经济性 表2 1 相同压力降下各管道的流量，流速的计算结果1 t a b l e2 1t h er e s u l to f r u n o f f a n dv e l o c i t yo f g a sf l o wi ns a m ep r e s s u r ef a l l 港 2 0 0 05 0 0 08 0 0 01 1 0 0 01 4 0 0 01 7 0 0 02 0 0 0 02 3 0 0 02 6 0 0 0 兹l p e s 0s d r l l 中5 0 x 4 6 8 2 鱼 6 24 8 1 1 0 26 3 1 3 , 47 5 州1 5 98 6 ，1 839 6 也0 41 0 眈231 1 3 饿01 2 1 2 5 7 p e l 0 0s d r l 7 6 0 5 0 x 2 9 i 啦2 3 6 ，6 56 0 ，1 n 9倒1 4 19 3 州l6 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l r 压力陴 、钙 5 0 01 0 0 02 0 0 03 0 0 04 0 0 05 0 0 0 6 0 0 07 0 0 08 0 0 0 、掰谭汾 裂 p 】j 8 0s d r l l 中 3 0 8 柱44 5 弛46 7 1 1 3 98 4 扪7 4粥9 41 1 1 9 _ l1 2 3 8 61 3 4 吼81 4 5 l 3 0 0 p e l o o s d r l 7 6 中 3 8 3 舡75 6 以98 3 1 4 71 0 4 7 ，培41 2 2 垒2 1 61 3 9 1 2 4 51 5 3 8 11 6 7 5 ：51 8 。始l7 钢管 d 1 5 9 x 6 ，1 4 7 ”弧1捌0 锰87 7 3 1 2 79 5 3 1 5 61 1 0 “1 & l1 蹦1 3 5 9 忽31 4 j 7 0 4 ll 研舾7 p e 8 0s d r l l 中2 2 5 x 2 05 ，1 8 4 7 凇l1 1 4 4 ，1 2 01 6 8 6 ，1 1 62 l l 勉1纠秘92 8 伽3 0 9 删3 3 7 枷23 7 9 p e l 0 0 s d r l 7 6o 9 岛凰6 1 4 2 2 ，1 2 6删1 & 62 6 2 舵3 33 0 7 研2 7 43 4 8 0 8 1 o3 8 4 7 8 4 24 1 8 7 34 5 4 n i 钢管 d 2 1 9 7 陀0 5 9 0 舯61 3 0 虮n 91 8 6 3 ，1 5 72 2 9 引1 9 3捌，2 2 42 5 呵6 2 i i3 2 6 5 2 7 53 5 3 2 2 鱼83 7 7 9 ，3 1 8 p e 8 0s d r l l 中 1 加j1 渊2 92 2 4 5 ，1 8 92 8 l 嬲83 2 9 沏93 7 2 9 0 1 54 1 2 1 3 4 8制渤7 94 磁蛳8 p e l 0 0 s d r l 7 6 中 1 2 8 0 睨1 8 9 1 1 3 62 7 翻13 4 9 栖14 0 8 7 圆54 3 35 l o 6 85 5 5 7 ，1 0 05 9 7 7 4 3 1 钢管 d 2 7 3 8 ，2 5 7 1 6 鲥，92 3 6 引1 2 73 3 8 “1 l4 1 6 恐34 跎l 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