給水管網(wǎng)工程常用管材聚乙烯管(pe)

詳細介紹給水管網(wǎng)工程常用管材聚乙烯管PE一、聚乙烯管的發(fā)展史20世紀20年代德國科學(xué)家揭示了聚合物的奧秘，為高分子材料科學(xué)奠定了基礎(chǔ)。1931年在第二次世界大戰(zhàn)戰(zhàn)爭中開發(fā)了聚氯乙烯（PVC），1933年英國ICI公司最先發(fā)明聚乙烯（PE）等塑料，聚乙烯是由乙烯合成的高分子材料，是一種生態(tài)環(huán)保的碳氫化合物，開始研究在燃氣、給水管網(wǎng)中應(yīng)用，1940年后一些公司批量使用塑料管道后，生產(chǎn)行業(yè)才認識到塑料管道發(fā)展的潛力巨大，由于其獨特的性質(zhì)和特性，并克服了金屬管道的缺點，從此揭開了塑料管在城市市政管網(wǎng)中的地位。聚乙烯管的使用已有近半個世紀的歷史。最初是水管，后來發(fā)展到燃氣領(lǐng)域；中、高密度聚乙烯較低密度聚乙烯增強了剛度和承壓能力，因此是聚乙烯壓力管的主導(dǎo)材料，到目前為止，商業(yè)化的已有三代產(chǎn)品。第一代聚乙烯管材，樹脂共聚單體含量相當?shù)?，為提高性能，不得不通過提高分子量來補償。該種類型的第一個產(chǎn)品于上世紀50年代后期在歐洲首先商業(yè)化，這類樹脂具有所謂的PE63級材料的性能，最小要求強度（MRS）通常為63MPA，因而通常認為這類樹脂是PE63及PE63以下等級，第一代樹脂是高密度聚乙烯。第二代樹脂即為目前的PE80材料，是在第一代樹脂基礎(chǔ)之上，考慮到20時長期靜液壓強度（MRS）的要求，提高了共聚單體含量，極大地改進了聚乙烯管材級樹脂的耐環(huán)境應(yīng)力開裂ESCR性能。同時可以稍微降低分子量，繼而提高了樹脂的流動性，以利于加工。第二代樹脂是MDPE或HDPE，它的主要缺點是如果進一步提高ESCR性能，就會較大地損失材料的耐壓能力，從而降低使用該材料擠出管子的壓力等級。另一方面，如果想進一步提高壓力等級，則增大了20時在50年（要求壽命）前發(fā)生脆性破壞的可能性。第三代樹脂即為PE100，出現(xiàn)在80年代末，PE100具有雙峰型分子量分布，這使得第三代聚乙烯管樹脂具有較高的密度或剛度，20，50年的蠕變抵抗能力高；同時又保持了較好的ESCR性能。對于未加改性的聚乙烯來說，有研究者認為PE140等級為理論極限。PE125等級可通過交聯(lián)聚乙烯獲得；有試驗研究表明，雙軸取向的聚乙烯管材可以達到PE250等級。從聚乙烯管的發(fā)展階段而言，1940年前為塑料（聚合物）的發(fā)現(xiàn)階段；19401954年為材料的評價與實驗階段；1954至今為聚乙烯管道應(yīng)用的普及階段。普及階段也是聚乙烯管開發(fā)的成熟期，連接方式的定型、管件的深入開發(fā)、機具的開發(fā)，并形成自動化生產(chǎn)線的大批量生產(chǎn)，減少了人的因素，產(chǎn)品質(zhì)量的不斷上升，成本不斷下降，聚乙烯管作為壓力管道已成功的使用了50年，已為眾多國家在輸水、輸送燃氣的管道中得到應(yīng)用。國內(nèi)從上世紀六十年代起步開發(fā)聚乙烯管材，當時的材料相當于現(xiàn)在的PE32、PE63，DN110MM，主要應(yīng)用于農(nóng)業(yè)給水、灌溉方面。上世紀九十年代初，給水用聚乙烯（PE）管材GB/T136631992標準的發(fā)布，部分城市開始試用聚乙烯管，原料以PE32、PE63為主。1997年以建設(shè)部、化學(xué)工業(yè)部、中國輕工業(yè)總會、國家建材局、中國石油總公司聯(lián)合下發(fā)“建科1997154號”文件，關(guān)于印發(fā)等化學(xué)建材文件的通知；印發(fā)了加速化學(xué)建材推廣應(yīng)用和限制淘汰落后產(chǎn)品的規(guī)定。2000年給水用聚乙烯（PE）管材GB/T136632000標準的發(fā)布，推動了聚乙烯給水管材的生產(chǎn)與應(yīng)用，據(jù)前年資料統(tǒng)計，國內(nèi)有制管企業(yè)150余家，年生產(chǎn)能力達50萬T，生產(chǎn)規(guī)模在1萬T/A以上的企業(yè)有10余家。二、國內(nèi)聚乙烯給水管生產(chǎn)的相關(guān)問題1進一步推廣聚乙烯給水管材的時機成熟11自從國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局2000年11月21日發(fā)布給水用聚乙烯（PE）管材國家標準（GB/T136632000）以后，推動了聚乙烯給水管材的生產(chǎn)與應(yīng)用，為了適應(yīng)管材供貨半徑的合理化，大型專業(yè)制管企業(yè)，先后在多座興建了分公司。12目前國內(nèi)使用的原料日趨多元化，主要來自歐洲、韓國、東南亞和中東。歐洲北歐化工、BP、阿托菲納、蘇威等；韓國三星石化、大林、現(xiàn)代石化、大韓油化、LG；東南亞和中東的工廠美國菲利蒲斯公司在新加坡的工廠（卡塔爾的工廠正在籌建中）、北歐化工廠在阿聯(lián)酋的工廠、BP馬來西亞的工廠。生產(chǎn)聚乙烯給水管的主要原料為石腦油，目前它的價格變化仍然大，待歐洲及美國廠家在中東的聚乙烯裝置投產(chǎn)后、其低廉的價格可能會對國內(nèi)原料供應(yīng)格局造成較大的影響。另外上海金山石化PE100的原料開發(fā)已處于論證鑒定階段，聚乙烯混配料的價格將會有一定幅度的下降。13盡管與聚乙烯給水管材相配套的管件國標尚未發(fā)布，近五年各制管企業(yè)在管材型式、品種、規(guī)格上做了大量工作，電熔管件、注塑管件、對接制管件及鋼塑轉(zhuǎn)換管件，均形成了系列化產(chǎn)品，品種多、規(guī)格全。與此同時，江蘇江陰大偉塑料制品有限公司研制、開發(fā)了承插柔性連接（非鎖緊型及鎖緊型）管件，包括活絡(luò)連接管件，豐富了聚乙烯管的組裝形式，更有利于聚乙烯給水管在不同環(huán)境的推廣使用。（14）建設(shè)部于今年5月8日發(fā)布了埋地聚乙烯給水管道工程技術(shù)規(guī)程行業(yè)標準（CJJ1012004），它必將對推廣聚乙烯給水管的應(yīng)用，提供了技術(shù)支持。（15）近五年來，各城市的供水企業(yè)對推廣應(yīng)用新型管材，合理改造原有管網(wǎng)，改善管網(wǎng)水質(zhì)，提高供水的安全可性，給予了極大的關(guān)注和人力、財力的支持。這將使聚乙烯給水管在舊管非開挖改造及新型居住區(qū)的管道敷設(shè)碰上極好的機遇。2聚乙烯管材、管件質(zhì)量的關(guān)鍵是原料21按照給水用聚乙烯（PE）管材國家標準（GB/T136632000）的規(guī)定，PE80、PE100的聚乙烯給水管材應(yīng)使用混配專用料生產(chǎn)。22按照建設(shè)部行業(yè)標準埋地聚乙烯給水管道工程技術(shù)規(guī)程（CJJ1012004）的強制性條文規(guī)定，埋地聚乙烯給水管道系統(tǒng)應(yīng)選用最小要求強度（MRS）不小于80MPA的聚乙烯混配專用料生產(chǎn)的管材和管件。23大多數(shù)企業(yè)的生產(chǎn)線或庫房內(nèi)存在白料與色母料，他們抱怨用戶一再壓價，引起白加黑自配料無法堵絕。但這些企業(yè)卻一致贊同用混配專用料，是確保制管質(zhì)量的重要措施。用作水管的PE材料須加入25的碳黑,以保證管材的老化速度在管材壽命設(shè)計范圍內(nèi)；碳黑的分散度要達到3級，以其均勻性來消除不平衡的應(yīng)力點。然而目前韓國材料是混配料及本色料并存；歐洲提供的材料均為混配料，即為出廠成品粒料已完成了碳黑及其它添加劑的共混造粒,沒有本色料,這樣就充分維護了其品牌的質(zhì)量聲譽。因為制管企業(yè)自行采取本色料加黑色母料的做法存在以下隱患及不穩(wěn)定因素A碳黑品種選用難達合理程度；B碳黑加入量難達到標準要求；C碳黑分散度達不到標準要求；D色母的基料選用的隨意性大。因此白加黑的做法對管材的壽命、應(yīng)力開裂性能、衛(wèi)生安全性均會產(chǎn)生嚴重的質(zhì)量隱患。據(jù)悉聚乙烯PE100、PE80的混配料國產(chǎn)化的速度正在加快，不久的將來會推向市場，當然積極試用國產(chǎn)化的原料是義不容辭的責(zé)任，但全面選用國產(chǎn)料還應(yīng)有一段路程，因此建議近期生產(chǎn)聚乙烯給水管材、管件的原料仍應(yīng)使用歐洲品牌的、獲得國際權(quán)威實驗室頒發(fā)了原料等級認證證書的混配專用料。3完備的檢驗體系是確保產(chǎn)品質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)（31）按照給水用聚乙烯（PE）管材國家標準（GB/T136632000）的規(guī)定，每批原料應(yīng)檢驗炭黑含量；炭黑分散等級；氧化誘導(dǎo)時間（200）MIN；熔體流動速率（5KG，190）。另外，有些制管企業(yè)還按PREN122012002歐洲標準對原料作密度、揮發(fā)份含量、含水量、拉伸強度、耐慢速裂紋增長SCG、耐快速裂紋擴展（RCP）進行檢驗。（32）按照給水用聚乙烯（PE）管材國家標準（GB/T136632000）的規(guī)定，管材出廠前應(yīng)對顏色、外觀、尺寸、80靜液壓強度165H、斷裂伸長率、氧化誘導(dǎo)時間的檢驗；管材型式檢驗還包括20靜液壓強度（100H）、80靜液壓強度（1000H）、縱向回縮率、衛(wèi)生性能的內(nèi)容。對于藍色管材還需對耐候性做專門的檢驗。33以德國巴頓菲爾全自動聚乙烯管材生產(chǎn)線為代表的過程控制，是確保制管質(zhì)量的關(guān)鍵。全自動原料烘干設(shè)備可對原料進行充分的水分烘干，并自動上料補料；“蓓達鐳射”能自動檢測管材的壁厚、自動對進料進行均勻的控制，使管壁厚度精確無誤，確保管材的受壓均衡。4回用料問題41按照給水用聚乙烯（PE）管材國家標準（GB/T136632000）的規(guī)定，按本標準生產(chǎn)管材時產(chǎn)生的潔凈回用料，只要能生產(chǎn)出符合本標準的管材時，可摻入新料中回用。42也就是允許添加潔凈的回用料應(yīng)是本次生產(chǎn)產(chǎn)生的潔凈回用料。不可將PE100和PE80級料混用；若是同等級但熔融指數(shù)相差太大也不能混用。從設(shè)備及工藝的角度講回用料用量5新料為好；標準規(guī)定管子的熔融指數(shù)不應(yīng)超過原料的25，從這個角度講回用料的量也不能加的太多。（43）有些企業(yè)的回用料含雜質(zhì)較明顯，控制均勻添加的措施不嚴謹，應(yīng)改善。并應(yīng)將摻加回用料情況填表歸檔，向相關(guān)用戶通報。5多類型的連接方式，有助于管材在不同場合的應(yīng)用熱熔連接、電熔連接、法蘭連接、鋼塑過渡連接是聚乙烯管早先開發(fā)應(yīng)用的連接方式，在歐洲某兩家公司2000年推出了聚乙烯管非熔接連接的技術(shù)趨向及系列產(chǎn)品。與此同時，國內(nèi)亦獨立自主地提出這一思路，經(jīng)幾年的攻關(guān)，參照ISO142362000給水系統(tǒng)聚乙烯壓力管材用機械連接管件的技術(shù)要求，成功地推出了聚乙烯給水管道工程承插連接這一技術(shù)，推出了系列產(chǎn)品，在國家行業(yè)標準CJJ/T982003建筑給水聚乙烯管道工程技術(shù)規(guī)程和國家行業(yè)標準CJJ1012004埋地聚乙烯給水管道工程技術(shù)規(guī)程中，列入了這種新型的連接形式，有助于管材在不同場合的應(yīng)用。參照建設(shè)部行業(yè)標準埋地聚乙烯給水管道工程技術(shù)規(guī)程（CJJ1012004）的（331）條文規(guī)定，各種連接方式的適用場合如表12。表12序號連接方式適用管徑范圍適用的環(huán)境1熱熔連接11熱熔對接DN63MM管路單一，管件少，障礙少，應(yīng)有溫度補償措施，適宜非開挖工程，工程集中且量大，需電源、昂貴的熱熔設(shè)備，環(huán)境條件要求嚴，施工速度慢，異形管受力方向的部位需筑支墩，待專業(yè)隊伍施工，需專業(yè)電工參與。12熱熔承插連接DN32DN110MM入戶支管，水表節(jié)點，室內(nèi)管道，應(yīng)有溫度補償措施，需電源、熱熔設(shè)備，異形管受力方向的部位需固定，待專業(yè)隊伍施工，需專業(yè)電工參與。13熱熔鞍型連接DN63DN315MM熱熔對接工程中，引接小口徑分支管的方式之一，需電源、熱熔設(shè)備，應(yīng)砼全包，待專業(yè)隊伍施工，需專業(yè)電工參與。2電熔連接21電熔承插連接DN32DN315MM配水管道，室內(nèi)管道，應(yīng)有溫度補償措施，需電源、電熔設(shè)備，相對工程造價高，待專業(yè)隊伍施工，需專業(yè)電工參與。22電熔鞍型連接DN63DN315MM配水管道停水，不停水引接分支管，組裝質(zhì)量可，應(yīng)砼全包，需電源、電熔設(shè)備，待專業(yè)隊伍施工，需專業(yè)電工參與。3機械連接31承插柔性連接311非鎖緊型DN90DN315MM配水管道，小區(qū)配水支管，適應(yīng)不同環(huán)境條件，施工速度快，不存在溫度補償問題，異形管受力方向應(yīng)筑支墩，工程綜合造價低，原管道施工隊伍施工。312鎖緊型DN32DN315MM配水管道，小區(qū)配水支管的管件連接口，室內(nèi)管路，適應(yīng)不同環(huán)境條件，施工速度快，不存在溫度補償問題，穿越障礙容易，異形管受力方向砌筑支墩小，工程綜合造價低，原管道施工隊伍施工。32法蘭連接DN63MM管道中控制閥門，伸縮節(jié)等設(shè)施的連接方式，原管道施工隊伍施工。33鋼塑過渡連接DN32MM聚乙烯管與金屬管，金屬閥門、金屬水嘴等的連接方式，原管道施工隊伍施工。6原料、產(chǎn)品的存放、包裝問題61個別制管企業(yè)的進口原料露天堆放，管材也有露天無遮蓋堆放，這樣是欠妥的。62對于管材出廠前兩端應(yīng)加堵蓋；盤管整體應(yīng)用編織布包扎，且不超出運輸車輛的寬、高限度；對于柔性承插管的堵蓋應(yīng)加長，確保端口密封面的圓度及完好。63中、小口徑管材出廠應(yīng)捆扎成形，互不相擦；為了節(jié)省運輸費用而小管套入大管的方式，一方面要用戶認可、二方面小管在大管中卡固穩(wěn)妥、三方面小管堵蓋隨車運去，到目的地再行封堵。64管件務(wù)必用編織袋密封運輸。7管材的縮徑問題71生產(chǎn)聚乙烯給水管的工藝流程如下聚乙烯原料干燥擠出真空定型噴淋冷卻打印標識直管盤管切割翻料盤卷堆放檢測合格品入庫。72管材定長切鋸后，管兩端面外徑要縮小，當DN3151600MM時，管兩端外徑要縮小2060MM，兩管熱熔對接后，加之內(nèi)翻邊的存在，管材接口處，縮徑達4080MM，在DN1600MM聚乙烯管生產(chǎn)線上縮徑現(xiàn)象更為明顯。這樣管道容易積氣，這對輸配水的過水能力影響很大，也容易引起微生物在管道內(nèi)的滋生。73制管企業(yè)在生產(chǎn)線定長鋸切后應(yīng)增添一擴口工序，保證出廠的管材端面不縮小。74制管企業(yè)在工廠采用熱熔對接焊制的管件，為了減少輸水阻力應(yīng)采取措施避免產(chǎn)生內(nèi)翻邊。75同樣原因，管段現(xiàn)場熱熔對接時，亦應(yīng)有措施避免或切除內(nèi)翻邊。在亞大塑料制品有限公司總部考察時，見到他們就已引進了一臺內(nèi)翻邊去除工具，遺憾的是一直沒有應(yīng)用過，據(jù)了解操作麻煩，業(yè)主或規(guī)程上均沒有強行要求。76管材熱熔對接形成內(nèi)、外翻邊，是否對接口的強度有加固作用，去除內(nèi)、外翻邊后，接口的強度是否削弱，應(yīng)該立題論證。8密封橡膠圈的材質(zhì)要求81在承插柔性連接方式上，密封橡膠圈的材質(zhì)是相當重要的，在埋地聚乙烯給水管道工程技術(shù)規(guī)程（CJJ1012004）的3312條中，從材質(zhì)、物理力學(xué)性能、衛(wèi)生要求等均作了明確規(guī)定。82制管企業(yè)應(yīng)從水管密封膠圈定點供貨的專業(yè)橡膠廠訂購。83橡膠材質(zhì)可采用三元乙丙、丁苯橡膠，由用戶選定，建議采用進口的三元乙丙橡膠原料生產(chǎn)。84橡膠廠批量供貨時，應(yīng)提供原料材質(zhì)及來源證明，物理力學(xué)檢測報告，衛(wèi)生檢測報告。三、對于供水企業(yè)應(yīng)用聚乙烯管的幾個問題1在城市供水管網(wǎng)中，聚乙烯給水管首先推廣的范圍11在管網(wǎng)技改工程中，非開挖鉆孔牽引管道、管中管工程、浮沉法穿越湖泊及江河的工程，采用熱熔對接的聚乙烯給水管，是可選用的方案之一。12非車行道下的配水管道，特別是小區(qū)內(nèi)的配水支管，宜采用承插式柔性非鎖緊型聚乙烯給水管材，管件采用鎖緊型接口。13配水支管引接入戶支管，采用止水栓管件時，務(wù)必管卡部位全包混凝土。14停水、不停水從配水支管引接入戶管時，電熔鞍型連接形式是可的連接方式。15水表節(jié)點及入戶支管，熱熔承插連接的聚乙烯給水管材，亦是可選用的方案之一。16在城市供水管道中采用的聚乙烯給水管材、管件，宜采用PE100歐洲品牌的混配專用料生產(chǎn)。2選購管材、管件的須知21選購混配專用料的技術(shù)性文件，主要應(yīng)包括以下方面A原料廠家在國際權(quán)威實驗室進行的原料等級認證證書；B應(yīng)標明原料的級別和牌號；C應(yīng)標明該批號的原料是給水管用混配專用料，因水管原料要特別注意應(yīng)符合輸水設(shè)備的衛(wèi)生性能要求；D應(yīng)標明該批號原料出廠的物理性能檢驗報告單，檢驗項目包括炭黑含量；炭黑分散等級；氧化誘導(dǎo)時間（200）MIN；熔體流動速率（5KG，190）。另外，有些制管企業(yè)還按PREN122012002歐洲標準對原料作密度、揮發(fā)份含量、含水量、拉伸強度、耐慢速裂紋增長SCG通過缺口試驗和錐體試驗方法檢驗、耐快速應(yīng)力開裂RCP通過S4方法檢驗檢驗；E制管企業(yè)對該批號采購的混配專用料，應(yīng)委托有資質(zhì)的檢驗單位，對上述C、D兩項涉及的內(nèi)容進行復(fù)驗，提供相應(yīng)檢驗報告單；F建議國家相關(guān)檢驗部門向用管、制管單位提供鑒別聚乙烯原料品牌、級別的檢驗方法。22企業(yè)資歷考察制管企業(yè)的相關(guān)證書、檢驗手段、過程控制等是否滿足給水用聚乙烯（PE）管材國家標準（GB/T136632000）和建設(shè)部行業(yè)標準埋地聚乙烯給水管道工程技術(shù)規(guī)程（CJJ1012004）的規(guī)定。23采購方應(yīng)提供以下相關(guān)數(shù)據(jù)A管道的工壓、輸送水的最高水溫；B管材、管件的用材級別；C管道公稱外徑、管材長度、連接方式；D不同管徑等的管道長度；E管件的類別、規(guī)格、型式、數(shù)量；F管材、管件的外覌顏色。24采購方應(yīng)提供以下相關(guān)要求A管材、管件的出廠合格證、檢測報告；B密封橡膠圈的材質(zhì)、牌號、合格證、檢驗報告、規(guī)格、數(shù)量；C管材、管件（包括輔件）的包裝要求；D管材、管件的運輸方式及相關(guān)要求；E付款方式、付款細則；F交貨日期、交貨地點、交貨方式、驗收細則；G要求的服務(wù)細則、承諾條款等。3敷設(shè)聚乙烯給水管道的措施建設(shè)部行業(yè)標準埋地聚乙烯給水管道工程技術(shù)規(guī)程（CJJ1012004）中，已對埋地聚乙烯給水管道工程的設(shè)計、安裝施工、工程驗收等方面均作了規(guī)定與闡述，它是指導(dǎo)我們敷設(shè)聚乙烯給水管道的守則。為了貫徹這一規(guī)程，扼要商討以下問題31防老化問題A聚乙烯給水管可以是藍色管，也可以是黑色管上擠出藍色條，通常后者抗紫外線和防老化的性能好些；B聚乙烯管不宜明敷，實在需要明敷也建議加套管保護；C聚乙烯管在運輸、存貯過程應(yīng)防止陽光直射，工地擺放時間力爭很短；D作了防老化處理的聚乙烯管違背上述兩點也是可用的，但使用年限要打折扣。32關(guān)于溫度相關(guān)問題A聚乙烯管輸送的介質(zhì)溫度高于20時，選用管材的公稱壓力應(yīng)按埋地聚乙烯給水管道工程技術(shù)規(guī)程（CJJ1012004）中411式計算，它將大于管網(wǎng)的工壓值；B埋地聚乙烯給水管道工程技術(shù)規(guī)程（CJJ1012004）中424條，要求埋地聚乙烯管道與熱力管道間距不得小于15M，并按聚乙烯管道表面溫度不超過40的條件計算間距；C局部明敷管道加了套管，亦要核定陽光直射套管是否使聚乙烯管表面溫度超過40，否則應(yīng)添隔熱層；D聚乙烯管的線膨脹系數(shù)是鋼管、球鐵管的10多倍，但聚乙烯管的彈性模量卻比金屬管低的多，說明雖然聚乙烯管伸縮的程度比較高，但是伸縮產(chǎn)生的應(yīng)力卻明顯的小，因此敷設(shè)聚乙烯管時克服季節(jié)溫差引起的軸向變形的措施是相當重要的，可控制這種伸縮所需的固定方法常常簡單而經(jīng)濟，它利用聚乙烯獨特的優(yōu)點應(yīng)力松弛性能來控制機械活動和變形，最基本的有兩種方法一是不固定管道，使管道隨著溫度變化自由運動，如在規(guī)劃允許的范圍內(nèi)熱熔、電熔連接的管道蛇形敷設(shè)，