煤层气集输管道管材的选用

煤层气集输管道管材的选用煤层气集输管道管材的选用 概述 作为地面开发投资的重中之重 煤层气集输管道管材的选用成为一大课题 合 理地选择管材是确保管道安全 工程设计经济合理的重要因素 现阶段大部分 采用钢管 钢管作输气管道中的主要材料毋庸置疑 随着科技的进步 一种适 应煤层气地面开发的新型管材逐渐受到青睐 聚乙烯管 俗称 pe 管 那么 钢管和 pe 管材主要有哪些利弊 这里将做以下较详细的分析研究 2pe 管材特点 2 1pe 管概念 目前中国的市政管材市场 塑料管道正在稳步发展 pe 管 pp r 管 upvc 管 都占有一席之地 其中 pe 管强劲的发展势头最为令人瞩目 pe 管的使用领域 广泛 其中给水管和燃气管是其两个最大的应用市场 pe 树脂 是由单体乙烯聚合而成 由于在聚合时因压力 温度等聚合反应条件 不同 可得出不同密度的树脂 因而又有高密度聚乙烯 中密度聚乙烯和低密 度聚乙烯之分 在加工不同类型 pe 管材时 根据其应用条件的不同 选用树脂 牌号的不同 同时对挤出机和模具的要求也有所不同 国家在 燃气用埋地聚乙烯 pe 管道系统 gb 15558 2003 及 聚乙烯燃 气管道工程技术规程 cjj63 2008 规定了埋地燃气管道的不同级别 pe80 和 pe100 对应不同的压力强度 并且扩大了聚乙烯管道公称直径 提高了管道 最大允许工作压力 2 2pe 管基本特点 一种好的管道 不仅应具有良好的经济性 而且应具备接口稳定可靠 材料抗 冲击 抗开裂 耐老化 耐腐蚀等一系列优点 同传统钢管相比 pe 管道系统 具有以下一系列优点 1 连接可靠 聚乙烯管道系统之间采用电热熔方式连接 接头的强度高于管 道本体强度 2 低温抗冲击性好 聚乙烯的低温脆化温度极低 可在一定温度范围内安全 使用 冬季施工时 因材料抗冲击性好 不易发生管子脆裂 3 抗应力开裂性好 具有低的缺口敏感性 高的剪切强度和优异的抗刮痕能 力 耐环境应力开裂性能也非常突出 4 耐化学腐蚀性好 可耐多种化学介质的腐蚀 土壤中存在的化学物质不会 对管道造成任何降解作用 聚乙烯是电的绝缘体 因此不会发生腐烂 生锈或 电化学腐蚀现象 此外它也不会促进藻类 细菌或真菌生长 5 可挠性好 其柔性使得它容易弯曲 工程上可通过改变管道走向的方式 绕过障碍物 在许多场合 管道的柔性能够减少管件用量并降低安装费用 6 水流阻力小 具有光滑的内表面 其曼宁系数为 0 009 光滑的表现和非 粘附特性保证管道具有较传统管材更高的输送能力 同时也降低了管路的压力 损失和输水能耗 7 下搬运方便 比混凝土管道 镀锌管和钢管更轻 它容易搬运和安装 更 低的人力和设备需求 意味着工程的安装费用的大大降低 3pe 管与钢管经济性对比 合理地选择管材是使管道工程经济合理的重要关键 煤层气单井产气量小 压 力低 可选用的管材有 无缝钢管 焊接钢管 机械接口铸铁管 球墨铸铁管 聚乙烯管 pe 管 和钢骨架聚乙烯塑料复合管等 钢管在以往的使用中占主导 地位 参照近年来城镇燃气 pe 管和燃气用钢骨架聚乙烯塑料复合管已逐步推广 普及的用管经验 对于煤层气集输管型选取 做了以下详细的分析研究 3 1 性能分析 钢管 pe 管和燃气用钢骨架聚乙烯塑料复合管的性能对比见表 1 表 1 管材性能对比表 序号管材优点缺点 1 钢管 1 强度高 承压能力较高 抗外来破坏能力强 2 管件规格齐全 1 耐腐蚀性差 维修保养费用 高 2 使用寿命短 约 20 30 年 3 运输成本高 4 施工难度大 2 pe 管 1 不易腐蚀 使用寿命长 可达 50 年以上 2 管道内壁平滑 摩擦系数低 可降低摩擦阻力损失 相对钢管可减小管径 降低投资 3 管道柔韧性好 小管径可盘卷 施工中接头少 可 提高施工速度 4 施工简便 可大大降低劳动强度 提高工作效率 与钢管相比可大大缩短工期 5 管道重量轻 仅是钢管的 1 8 运输 施工方便 6 独特的电热熔 热熔焊接技术使管道密封可靠 维 修简便 1 强度低 抗外力破坏能力差 序号管材优点缺点 3 燃气用钢骨架 聚乙烯塑料复 合管 1 很好的解决了金属管道耐压不耐腐 非金属管道耐 腐不耐压 钢塑管易脱层的缺点 2 刚度和柔度好 抗蠕变性强 耐磨 内壁光滑且不 结垢 节能节材效果好 3 具有良好的抗拉伸 抗冲击特性 4 无毒性 5 使用寿命长达 50 年 安装维修方便 1 工程造价偏高 2 通气后开孔连接困难 钢管 pe 管和钢骨架聚乙烯塑料复合管各有优缺点 结合管线所在地区情况 综合考虑安全可靠性 经济合理性及施工难易程度等因素 钢骨架聚乙烯塑料 复合管虽性能较好 但成本较高 不考虑该种管材 根据 燃气用埋地聚乙烯 pe 管道系统第 1 部分 管材 gb 15558 1 2003 燃气用 pe 包含以下四个等级 pe100 sdr17 6 pe100 sdr 11 pe80 sdr 17 6 及 pe80 sdr11 根据目前市场价格 有以下结论 a 承压能力 pe100 sdr 11pe100 sdr17 6 pe80 sdr11pe80 sdr 17 6 允许工作压力 pe100 sdr 11 1 0mpa pe100 sdr17 6 0 6mpa pe80 sdr11 0 4mpa pe80 sdr 17 6 0 2mpa b 价格 pe100 sdr 11 pe80 sdr11pe100 sdr17 6pe80 sdr 17 6 因此 根据煤层气应用工况的介质 压力及温度等特点 由于 pe80 sdr17 6 承压过低 0 2mpa 因此不推荐 pe80 sdr17 6 在煤层气应用 pe100 sdr11 承压较高 满足煤层气应用要求 但价格偏高 从经济角度考虑 pe100 sdr11 不作为首选 以上可见 煤层气用 pe 管宜从 pe100 sdr17 6 及 pe80 sdr11 中选取 考虑到 pe100 sdr17 6 的承压高于 pe80 sdr11 而价格前者比后者低 因此 可选用 pe100 sdr17 6 的 pe 管 3 2pe 管与钢管经济分析 1 对比原则 pe 管与钢管对比是内径相同或相近的原则 选用管材生产商报价中间报价 比选主材费用含平均所需管件费用 以 km 为单位 管材的使用寿命均以 20 年计 钢管采用用聚乙烯胶带防腐层 pe 管不需防腐 根据目前管材 防腐等价格 对煤层气集气干管选用 pe100 sdr17 6 与钢管的 经济比较详见表 2 表 2 管材经济综合性能对比表 管材规格 内径 mm 材料合价 万元 安装费 万元 km 防腐 105 元 m2 施工取费 万元 km 临赔 万元 总价 万元 pe100sdr17 6 管 90 5 479 23 8442 027 514 78 110 6 696 85 4312 327 516 87 160 9 514111 2392 927 523 70 225 12 8199 422 2653 667 535 99 315 18 7277 644 055 787 561 38 355 20 2314 656 2347 037 575 68 400 22 8354 471 2159 157 597 02 450 25 6398 887 06611 277 5117 11 钢管 d89 3 5825 984 838 1122 609 0037 58 d114 4 01067 7554 910 5025 209 0041 96 d168 5 2157 612 5265 215 8531 459 0052 98 d219 1 5 2208 716 4575 9320 7238 5079 0063 96 d273 1 5 2262 720 6126 5626 4146 0889 0075 70 d323 9 5 6312 726 3747 4630 3952 7659 0088 14 d355 6 6 4342 833 017 730 9754 0689 0096 08 d406 4 6 4393 637 8787 939 5563 2489 00110 13 2 综合结论 从表中可以看出 内径不大于 d350 的管线 单位公里综合造价 pe 管低于钢 管 内径大于 d400 的管线 单位公里综合造价 pe 管高于钢管 根据上述技术 经济比较 工程项目实际情况 内径在 d300 及其以下管线 采 用聚乙烯塑料管 选用 pe100 sdr17 6 执行标准 gb15558 1 2003 内径在 d300 以上管线 推荐选用钢管 采用钢管 可执行标准 gb9711 1 3 3 pe 管强度计算 1 pe 管壁厚计算公式 根据 聚乙烯燃气管道工程技术规程 cjj63 2008 计算公式 式中 mop 最大工作压力 mpa mrs 最小要求强度 mpa sdr 标准尺寸比 dn e 其中 dn 为公称直径 e 为公称壁厚 mm c 总体使用 设计 系数 安全系数 c 是一个不小于 2 的数值 2 c 值取值依据 根据欧标 燃气用塑料管道系统 en1555 国际标准 燃气输送用埋地聚乙烯 管材 iso4437 及中国标准 燃气用埋地聚乙烯 pe 管道系统 gb 15558 中对 安全系数均规定为 c 大于或等于 2 0 在不考虑施工因素和温度折减因素 用 公式得出 pe100 sdr17 6 系列管道 mop 最大为 0 6mpa 能满足本工程低压输 送煤层气需要 用 pe100 聚乙烯管 c 取值分别为 3 2 4 2 的情况下 多种管 径的 pe100 管材对应的壁厚 e 如表 3 表 3 pe100 管材计算壁厚 管材规格 pe100 计算参数mop 0 4mpa c 3 sdr 17 6mop 0 5mpa c 2 4 sdr 17 6 mop 0 5mpa c 2 sdr 21 公称直径e mm e mm e mm dn1106 236 235 24 dn1609 069 067 62 dn20011 3211 329 52 dn25014 1514 1511 90 dn31517 8317 8315 00 dn35520 0920 0916 90 dn40022 6422 6419 05 根据表 3 对其圆整 可得出各管径的 pe100 管材对应的最小壁厚 ey min 如 表 4 表 4 pe100 管材最小壁厚 管材规格 pe100 计算参数mop 0 4mpa c 3 sdr 17 6mop 0 5mpa c 2 4 sdr 17 6mop 0 5mpa c 2 sdr 21 公称直径 ey min mm ey min mm ey min mm dn1106 36 36 3 管材规格 pe100 dn1609 19 18 dn20011 411 410 3 dn25014 214 212 8 dn31517 917 915 9 dn35520 220 217 dn40022 822 820 2 注 表中 ey min 取自 燃气用埋地聚乙烯 pe 管道系统第 1 部分 管材 gb 15558 1 2003 中常用 sdr17 6 和 sdr11 管材最小壁厚 在实际工程应用中 由于还应考虑到施工和使用条件 世界各国普遍考虑了一 定的安全系数 考虑到我国国情及地质条件 施工方式 介质种类等各种因素 为了提高安全性能 可选用的聚乙烯塑料管材为 pe100 sdr17 6 4pe 管与钢管施工技术对比 4 1 管材进场 1 钢管进场后首先要进行除锈 防腐 一般采用 三油两布 或 3pe 防腐方 法 但该方法耗时多 污染大 且容易出现局部防腐漆刷不到位等问题 产生 很多防腐死角 大大降低了管道的使用寿命 2 pe 管材进场后只需对其进行必要的遮盖 防止雨淋和太阳照晒 4 2 现场布管 1 钢管在布管过程中由于自身重量过大会带来很大的不便 钢管一般为 9 m 12 m 以 d76 5 为例 单根重约 90 kg 而 de75pe100sdr17 6 管材一般为 9 m 或 12 m 它的理论质量是 1 5 ks m 很容易搬运 可大大降低对人力和 设备的要求及布管费用 2 管道布管前要先进行扫线 钢管施工时需在平整场地进行焊接 根据以往经 验管沟难免出现沟底不平的现象 如石方段 钢管容易出现悬空现象 影响 施工质量 pe 管挠性较好 可采用弹性敷设 在施工遇到沟底不平和角度较大管沟时很容 易进行布管 可避免管线悬空发生 可很好地保证施工质量 3 钢管布管的过程中如遇到坚硬石块容易划伤表面 对 三油两布 和 3pe 防腐造成破损 必须重新进行防腐 对刺伤破损的管道 若长期埋在土壤中 容易发生降解作用 腐蚀管道 降低寿命 另外 防腐材质暴露在阳光下时很 容易发生氧化 长期下去会导致脱落 降低保护管道的作用 pe 管材布管时要注意不被尖锐物体划伤 在管沟开挖时根据地质情况处理管沟 遇到石方段就必须在沟底铺垫细土后方可布管 另外 pe 管材可耐多种化学介 质的腐蚀 土壤中的化学物质不会对其产生任何降解作用 pe 管材含有 2 2 5 均匀分布的炭黑聚乙烯管材能够在室外露天存放或使用 50 年 不 会因遭受紫外线辐射而损坏 但 pe 管材也有明显的不足 材质不如钢管坚硬 在放线时不能把其位置定在车 流量或承载较大的地段 以免后期运行造成对 pe 管长时间挤压而出现破损 断 裂等现象 4 3 现场焊接 1 钢管焊接前要进行除锈 打坡口 且平均 20 min 才能焊接好一道焊口 若 在地形相对复杂的情况下其时间会更长 pe 管材采用电热熔方式连接 接头强度高于管道本身 平均 5 min 便可焊接好 一道焊口 pe 管与其他管道可采用法兰连接 方便快捷 2 在天气寒冷的情况下 对钢管进行焊接前需做加热处理 程序繁琐 加热不 均匀会对焊接质量大打折扣 pe 管的低温脆化温度极低 可在 60 60 温度范围内安全使用 冬季施工 时 因材料抗冲击性好 不会发生管子脆裂的现象 4 4 无损检测 按照规范要求 钢管焊接完成后必须按要求对焊口进行无损检测 采用 x 射线 或超声波探伤 pe 管材不需进行无损检测 有效地提高了工作效率 节约施工时间 4 5 吹扫及试压 钢管与 pe 管材 在吹扫和试压上要求基本一致 试压分为强度性试压和严密性试压 1 强度性试压为 4 h 要求达到设计压力 1 25 倍 压损不得大于 0 02 mpa 2 严密性试压为 24 h 要求压力达到设计 压力 1 0 倍 压损不得大于 0 02 mpa 4 6 补口及补伤 钢管在吹扫 试压完成后要对焊口进行防腐 同样