聚乙烯(PE)管道设计施工技术手册汇总

聚乙烯 聚乙烯 PEPE 管道 管道 设计施工技术手册设计施工技术手册 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江苏江特科技有限公司 2008 年年 1 月月 1 日日 聚乙烯 聚乙烯 PEPE 管道设计施工技术手册 管道设计施工技术手册 1 1 安安 装装 方方 法法 种种 类类 大口径 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 11 1 方法一 热熔对接安装方法一 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 操作步骤 1 将需安装连接的两根 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 对 接 工 艺 公称壁厚 mm 第一步 预热 预热压力 0 15 a 预热温度 210 预热时的卷边高度 h mm 第二步 熔融 压力 0 01 a 预热温度 210 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 5 a 冷却时间 分 2 3 90 530 4044 5 4 3 6 90 540 7056 10 7 0 11 41 070 120610 16 12 2 1 0120 170817 24 18 2 20 1 25 5 1 5170 2101025 32 28 3 32 3 1 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 21 2 方法二 热熔承插安装方法二 热熔承插安装 适用管径 dn 110mm 操作步骤 1 用割刀或剪刀将 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 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 31 3 方法三 电熔连接方法三 电熔连接 适用管径 dn 630mm 操作步骤 1 将 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 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 41 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 套连接套连接 1 51 5 方法五 钢塑过渡接头连接 或带螺纹管件连接方法五 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 管与钢管连接 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 315 mm 2 带螺纹管件连接是指 一端与 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 2 系系 统统 设设 计计 同其它种类的管道一样 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 12 1 强度计算强度计算 聚乙烯管道的工作压力可由下式计算 2 s D e 2 s SDR 1 其中 s Fd 这里 管材公称压力 s 设计应力 a 平均外径 mm e 最小壁厚 mm SDR 标准尺寸化 最小要求强度 20 50 年 a Fd 设计系数 20 时 1 设计应力 s 和设计系数之间的对应关系如下表 最小要求强度 a 1086 3 设计应力 s a 设计系数 Fd 81 25 6 31 6 521 25 42 51 6 3 23 22 作为供水用 管道系统 设计系数 d 一般选择 1 25 对于 80 级别的 管材 对应的设计应力 s 为 6 3 a 例如 13 6 的 80 管道 由上述计算可知 该管道的公称压力为 10 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 时 最大工作压力 应按下列公式计算 Ft Ft 为温度折减系数 温 度 20 30 40 折减系数 t 1 000 870 74 2 22 2 水力计算水力计算 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 dj V2 2g 式中 hf 摩擦损失 管段长度 dj 管道计算内径 g 重力加速度 平均流速 摩阻系数 紊流状态下 摩阻系数 可由阿里特苏里公式计算 0 11 dj 68 Re 0 25 式中 管内壁绝对粗糙度 mm 对于 管 0 01mm Re 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 m v 水流速度 m s g 重力加速度 m s2 K 各种管件的摩阻系数 常见管件摩阻系数 值如下 管 件 类 型 值管 件 类 型 值 90 弯头 1 00 闸阀 开 0 12 45 弯头 0 4 闸阀 1 4 关闭 1 00 22 5 弯头 0 2 闸阀 1 2 关闭 6 00 90 正三通 主流管方 向 0 35 闸阀 3 4 关闭 24 00 90 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 32 3 流量计算流量计算 流量可采用海登一威廉公式计算 0 2785 dj2 63 I 0 54 式中 流量 海登 威廉摩阻值 dj 管道计算内径 水力坡度 系数 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 值大 小 由下表可知 在相同的设计条件下 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 值 值管 道 类 型 150 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 110 10 12 年铸铁管 使用 4 6 年的铸铁管 100 13 20 年的铸铁管 超过 5 年的镀锌钢管 90 26 30 年的铸铁管 60 波纹钢管 其它相关的设计参数 其它关于 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 MPa 600 900 泊松比 0 45 软化点 126 脆化温度 70 3 3 施施 工工 规规 范范 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 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 13 1 管沟的开挖 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 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 3 400D 0 5 一般规定 当在地面连接时 开沟宽度为 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 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 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 23 2 管沟底的准备 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 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 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 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 33 3 管沟内管道的敷设管沟内管道的敷设 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 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 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 43 4 管道的压力测试 管道的压力测试 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 稳压 60min 期间应确保空气不进入 管道 2 缓缓地将管道内水压升至管道设计的工作压力并稳压 30min 检查管道 接口 配件等处有无渗漏现象 当有渗漏现象时应终止试压 查明原因及时 采取措施后重新试压 3 缓缓注水将压力升至管道工作压力的 1 5 倍后停止注水 稳压 60min 观察压力变化情况 每各 3min 钟记录一次管道压力变化 应记录 30min 当 30min 内管道压力有上升趋势时 则水压实验合格 30min 内管道压力无上升趋势时 继续观察 30min 当整个稳压 60min 内压力下降不超过 0 05Mpa 则水压实验合 格 4 当实验结果不能满足上述条件时 则水压实验结果不合格 查明原因后采 取 相应措施再组织试压 注 影响试压的结果的因素主要有三点 1 管道内的空气是否排干净 2 管道密封性是否良好 3 管道垂直落差过大时要考虑管道内水的垂直落差 压力 应根据现场环境计算得出实验压力值 3 53 5 冲洗与消毒冲洗与消毒 冲洗 管道分段试压合格后应对用清洁水源对整条管道进行冲洗 冲洗流速应 大于 1 0m s 排除管道内的泥土 沙石等杂物 直到冲洗水的排放水与进水的 浊度一致为止 消毒 管道冲洗干净后应进行含氯水浸泡消毒 经有效浓度不低于 20mg L 的 清 洁水浸泡 24h 后冲洗 并末端取水检验 当水质达到管理部门要求合格时为止 3 63 6 回填与夯实回填与夯实 一般情况下 可以采用以下三类材料作为 管道的回填材料 第一类 5 40mm 的棱角石头 包括大量当地容易取得的材料 如珊瑚 碎矿 渣 碎石及碎贝壳 第二类 最大直径 40mm 的粗沙及砂砾 包括含有少量粉末的不同等级的沙子 与砂砾 一般是粒状的且是不粘的 可以是湿的也可以是干的 第三类 优良的砂子与粘土砂砾 包括细砂 粘砂及粘土砂砾的混合物 一般情况下 腑角及初回填要求至少要达到 90 以上 夯实层应该至少达到距 管顶 150mm 的地方 对于距管道顶部少于 300mm 的地方应该避免直接捣实 最终回填可能会采用原开挖土壤或其它材料 但其中不得含有冻土 结块粘土及最 大直径不得超过 200mm 的石块 整个管道 土壤系统的结构如下图所示 3 73 7 维维 修修 技技 术术 对于小口径管道 可以开挖足够的空间 切除破损管道换上一段新的管道 进行维修 大口径管道的维修可以采用法兰连接的方法完成 先切除破坏的管道 然后将对接焊机放入沟中 将支撑环熔接到管道的每一端 然后用法兰连接替换的 管道 法兰连接段的长度必须经过预先计算适合管道之间的间距大小 下图显示了 上述两种类型的管道维修方法 此外 可以使用带有完整密封圈的护套型修补夹具进行修补 但该修补方法与 法兰或熔接修补不同 不属于永久性修补 这种类型的修补一般适用于埋地应用领 域 因为压实的土壤会限制管道热膨胀运动和因内压作用导致的拉力 一般而言 修补夹具越长 热塑性管道的密封效果越好 推荐采用最小夹具长度为管道公称外 径的 1 25 2 倍 当管道擦试干净 清除所有异物以后 夹具应均匀地夹紧 夹具 安装好发后 在通水加压之前应完成回填和压实 管道系统中的破坏管件 一般采用法兰连接的方式换 上一个新