PE80和PE100聚乙烯燃气管的比较

PE80和PE100聚乙烯燃气管的比较玉林市天然气管道选用PE100聚乙烯管的原因分析2006年第2期(1月下 总第88期)苏孙勇（玉林中燃城市燃气发展有限公司，广西 玉林 ） 【摘 要】随着聚乙烯管技术应用的发展，新材料PE100聚乙烯燃气管也在我国得到迅速发展，使得聚乙烯管在城市燃气输配管网中得到了更广泛的应用。文章通过对PE80和PE100聚乙烯燃气管的比较，分析了玉林市选用PE100的原因。【关键词】PE管；PE100；聚乙烯管；天然气管道；燃气管道 【中图分类号】 TE8 【文献标识码】 A 【文章编号】 1008-1151(2006)02-0109-02 一、前言 玉林市天然气利用工程采用天然气为气源，城区中压管网设计压力为0.20.4 Mpa,根据城镇燃气输送压力分级，属于中压A级。由于聚乙烯燃气管具有良好的柔韧性和耐腐蚀性，同时重量轻、施工方便、寿命长、投资小、管道的气密性较好、管道表面光滑、输送流体阻力小等优越性能,玉林市中压管网采用了大量材质为PE100聚乙烯管。由于国内应用的聚乙烯燃气管大部分为PE80，而PE100的应用还比较少,现就PE80和PE100聚乙烯燃气管进行比较，分析玉林市天然气管道选用PE100聚乙烯管的原因。二、PE80与PE100聚乙烯燃气管的比较分析（一）聚乙烯燃气管发展简史聚乙烯管习惯上按照密度分为低密度及线型低密度聚乙烯（LDPE及LLDPE）管（密度为0.9000.930g/cm3），中密度聚乙烯（MDPE）管（密度为0.9300.940g/cm3）和高密度聚乙烯（HDPE）管（密度为0.940-0.965g/cm3）。由于材料的不断进步，根据发展阶段和性能的不同，产生了材料的等级分化，密度不能反映聚乙烯作为管材的本质性能，因此目前国际上根据聚乙烯管的长期静液压强度（MRS）对管材及其原料进行分类和命名。长期静液压强度是指连续施加在该聚乙烯树脂制管管壁上50年时引起管材破坏时所计算的在管壁上的环向张应力，该值是管材结构设计的基础。聚乙烯管的工程设计概念与金属管不同，对于金属管的设计，广泛的使用环境温度下的屈服强度系数。而聚乙烯管与金属管不同，它受持续应力及温度变化的影响，因此聚乙烯管的设计应力应根据长期强度来决定，即通过绘制恒温下应力与破坏时间的曲线来确定。根据聚乙烯管的长期静液压强度（MRS），国际上将聚乙烯管材料分为PE32、PE40、PE63、PE80和PE100五个等级。（二）PE80与PE100聚乙烯燃气管结构和混配料的比较 目前国际上使用量最大的管材树脂的MRS值为8.0MPa(PE80级),其树脂共聚单体含量比较高，具有较高的长期静液压强度和耐环境应力开裂性能。而MRS值为10MPa(PE100级)的管材树脂具有双峰型分子分布、己烯共聚物，具有较高的密度和刚度，很强的蠕变抵抗能力，在提高长期静液压强度的同时，也提高了耐慢速裂纹增长和耐快速开裂扩展性能，并具有良好的加工性，为提高管网输送压力、增大管道口径、扩大管道应用范围创造了条件。目前PE100的管材使用量，特别是在大口径管材上的用量，正在迅速上升。PE80与PE100聚乙烯燃气管混配料的最低要求强度见表1：表1聚乙烯燃气管混配料的分类 （三）PE80与PE100聚乙烯燃气管的最大允许应力的比较根据国标燃气用埋地聚乙烯（PE）管道系统第1部分：管材GB15558.1-2003中3.24规定条件下的允许应力，按下式计算：tMDS/C式中：MDS最小要求强度(MPa)；C总体使用（设计）系数，燃气用埋地聚乙烯管道系统的总体使用（设计）系统C2；因此，PE80和PE100聚乙烯燃气管的最大允许工作压力就分别获得，见表3。由表2中PE80和PE100的最低要求强度获得：对于PE80级：SDR11系列管道t8.02=4MPa，对于PE100级 ：SDR11系列管道P10.02=5MPa。（四）PE80与PE100聚乙烯燃气管的最大允许工作压力的比较根据国家强制性行业规范聚乙烯燃气管道工程技术规程CJJ-95条文说明1.0.2中国际上对聚乙烯燃气管道承压能力一般按下式计算： P2/Fd(SDR1)式中：P工作压力(MPa)； Fd设计系数（安全系数）。燃气管选取范围为25，一般选Fd4.0；SDR标准尺寸比，即公称外径与壁厚之比，国家标准中规定有SDR11和SDR17.6。由表2中PE80和PE100的最低要求强度获得： 对于PE80级：SDR11系列管道P28.04(11-1)=0.4Mpa；SDR17.6系列管道P28.04(17.6-1)=0.24MPa；对于PE100级：SDR11系列管道P210.04(11-1)=0.5Mpa；SDR17.6系列管道P210.04(17.6-1)=0.30MPa。因此，PE80和PE100聚乙烯燃气管道的最大允许工作压力见表2：表2 PE80和PE100聚乙烯燃气管道的最大允许工作压力 （五）PE80与PE100聚乙烯燃气管不同温度下的最大允许工作压力的比较国家强制性行业规范聚乙烯燃气管道工程技术规程CJJ-95条文2.1.4中：聚乙烯燃气管使用压力确定是根据管材在20（或23）时长期强度确定，由于聚乙烯管道对温度较为敏感，在较高温度下其耐压强度就要降低，为了保证聚乙烯管道的安全性就要降低使用压力。在较低的温度下使用时，管材的脆性破坏可能性提高，而裂纹扩展速度是与管材使用时的应用成正比的，因此也应降压使用。由于玉林市地处我国南方地区，燃气管道工作温度在2030，其允许工作压力数值是根据中国建筑工业出版社出版的塑料管道工程设计与施工介绍的在30工作温度下，允许工作压力为20的65%确定，因此分别得出PE80和PE100聚乙烯燃气管道在这一温度的最大允许工作压力，见表3：表3PE80和PE100聚乙烯燃气管道不同温度下的允许工 （六）PE80和PE100聚乙烯燃气管性能指标的比较目前，国标燃气用埋地聚乙烯（PE）管道系统 第1部分：管材GB15558.1-2003对PE80和PE100聚乙烯管的力学性进行了明确规定，见表4：表4 聚乙烯燃气管材的性能指标 三、玉林市天然气管道选用PE100聚乙烯管的原因玉林市位于广西东南部，年平均气温21.622.5，所以聚乙烯管道工作温度在2030范围内。玉林市天然气利用工程采用天然气为气源，城区中压管网设计压力为0.2Mpa0.4Mpa。聚乙烯管材有如下两个方案选择：方案一：选用PE80聚乙烯管，根据表3得到城区中压管网压力最大为0.2MPa（SDR11系列），其运营压力较低，必会大幅增加运营成本。方案二：选用PE100聚乙烯管，根据表3得到城区中压管网压力最大为0.3MPa（SDR11系列），其运营压力较高，运营成本较为合理。由于PE100比PE80的管材价格高5%，但相同条件下，流量与压力成正比，即方案二所供应的用户是方案一的1.5倍，所以其运营成本比方案一低，并且PE100的管材给将来管网的发展留有很大的余地，方案二优于方案一，所以选择方案二（即选用PE100管材）。四、PE100聚乙烯燃气管的应用PE100聚乙烯燃气管在国外已得到了广泛的应用，在使用压力和管径上都比PE80高出一截，使投资和运营成本更低。欧洲各国在PE100级聚乙烯燃气管道实际使用压力，见表5。由于PE100聚乙烯管技术的应用，国外正在尝试将SDR11的聚乙烯燃气管的使用压力提高到1.0Mpa。表5欧洲PE100级聚乙烯燃气管道实际使用压力 PE100聚乙烯燃气管在国内各城市应用还比较少，这是由于PE100聚乙烯燃气管材及管件还未能实行国产化，并且还未制定出PE100聚乙烯燃气管的专门规范。