PE管材在供水管网的分析与研究

摘要: PE管道是以高密度或中密度的聚乙烯原料生产的管道输配水系统,是供水管材的新产品，已成为管道领域“以塑代钢”的首选管材,它克服了镀锌管、铸铁管易锈蚀、结垢、滋生细菌、寿命短的缺点。本文介绍了PE给水管的优越性及在供水工程中的应用,阐述了PE给水管安装工艺的参数控制,提出了施工中易出现的质量缺陷,为进一步扩大应用提供了参考。 关键词:PE;管材;管道连接;热熔操作技术

Abstract: The PE pipeline is based on high density or medium density polyethylene raw materials for the production of pipes in water distribution systems, water supply pipe is a new product, has become the field of pipelines "plastic steel" first choice tubing, which overcomes the galvanized pipe, cast iron pipe corrosion, scaling, the breeding of bacteria, short life. This paper introduces PE to the superiority of the pipe and its application in water supply project, elaborated the PE installation process to the pipe parameter control, puts forward the quality defects in construction, provides the reference for further application.

Key words: PE; pipes; pipe connections; hot-melt technique

中图分类号：TV674前言：

实践证明以PE为原材料的管材,质量可靠、运行安全、维护方便、费用经济、特别是PE给水管热熔工艺更适合管道的直埋、暗埋,有效地解决了接头渗漏的难题。

1 PE给水管道的优越性

1.1 优异的物理性能。中密度聚乙烯性能介于高、低密度聚乙烯两者之间，既保持了高密度聚乙烯的刚性、强度，也有很好的柔性、耐蠕变性，而且较高密度聚乙烯更有热熔连接性能优良的特点，有利于塑料管的安装。

1.2 耐腐蚀，使用寿命长，在我国大部分地区，地下水位偏高，土地湿度大，使用无缝钢管必须防腐及做安装阳纹外向锤炼，且寿命只有30年，而PE管可耐多种化学介质的侵蚀，不需防腐处理。此外，它也不会促进藻类、细菌或真菌生长，使用寿命达50年。

1.3 韧性、挠性好。PE管是一种高韧性管材、其断裂伸长率超过500％，对管基础不均匀沉降和错位的适应能力非常强，抗震性好，因此，最适宜于有地震危险地区，世界各地的实践证明PE管是耐震性最好的管道。另外，PE管的挠性是PE管可以盘卷（尤其是管径小的PE管），减少了大量连接管件。PE管的走向容易按照施工方法的要求进行改变。在施工时，可在管子允许的弯曲半径内绕过障碍，降低施工难度。

1.4流通能力大，经济上合算。PE管内壁光滑，不结垢。PE管内表面当量绝对粗糙比值是钢管的1/20，相同管径、相同长度、相同压力下的PE管其流通能力要比钢管大30％左右，因此经济优势明显。与金属管道相比，PE管道可减少工程投资三分之一左右（直径200毫米以上大管成本略高些），可盘卷的小口径管材，可进一步降低工程造价。

1.5 连接方便，施工简单，方法多样。PE管管体轻，搬运方便，焊接容易，焊接口少，当管线较长时可使用盘管敷设（一般指管径小于63毫米）PE管沟要求远比钢管沟要求低，而且当施工条件受限制时，可采用电熔焊接。维修方便，可以不停水、气维修和安装。

1.6 密封性好。PE管本身采用熔接连接（热熔或电熔），本质上保证了接口材质，结构与管体本身的同一性，实现了接头与管材的一体化。其接口的抗拉强度与爆破强度均高于管材本体，可有效抵抗内压力产生的环向应力轴向应力。因此，与橡胶圈类接应或其他机械接头相比，不存在接应扭曲造成的泄露危险，密封性能十分良好。

1.7 抗应力开裂性好。 PE管具有低的缺口敏感性，高抗剪切强度的段异的抗痕能力，耐环境应力性非常突出。耐磨性能好。PE管的低温脆化温度极低，可在-60摄氏度温度范围内安全使用。在塑料管道中的PE管抵抗裂纹传递能力比其他管道要强。

2 PE给水管在供水工程中的应用

2.1 PE给水管道的施工

2.1.1沟槽断面。 在断面选择中,考虑以下几个因素的影响:管道的直径、埋设深度、土壤类别、地下水情况、施工季节、沟槽是否用支撑、土方的运输、排水方法，基于以上8个方面因素的考虑,结合华北地区内的工程地质情况，采用的是直壁与放坡相结合的断面形式，沟槽放坡按给水排水管道工程施工及验收规范执行。 2.1.2 基础处理 开挖中若基础为未扰动槽底原状土,可直接铺设管道,对于一般土质,主要采用铺砂垫层,厚度为200mm,管道在铺砂垫层前,应先夯实平整,其密度不应低于90%。对于流砂、淤泥层硬土层等,采用换土、打桩等措施,确保工程质量。

2.1.3 PE管材、管件之间的连接 PE管材、管件之间的连接一般有热熔连接、电熔连接及机械连接。热熔连接又分为热熔承插连接和热熔对接连接,DN65管道以下(包括DN65)采用热熔承插连接,DN100以上采用热熔对接连接。热熔连接要采用相应的专用连接工具,连接时严禁明火。要校直两对立的待连接件,使其在同一轴线上。

a. 热熔承插连接方法:将匹配的内表面和外表面同时加热到粘流态,拆去加热工具,将外表面插入内表面形成承插搭接。其连接的界面是柱状面。热熔对接连接关键是要把熔接过程中柱状熔融界面的温度、时间和接缝压力三个参数调到最佳,把熔融界面材料的特性、柱状界面几何尺寸自身的匹配及界面和加热工具的匹配性、环境温度等因素同时考虑。这种操作大多为手工操作,因此人为因素是焊接质量的一个重要影响因素。

b. 热熔对接连接方法:将两相同的连接界面用加热板加热到粘流状态后,移开热板,再给连接面施加一定的压力,并在此压力状态下冷却固化,形成牢固的连接,其连接界面是平面。热熔对接连接的关键是要在对接过程中调整好温度、时间、压力三个参数,要把连接界面材料的性能、应力状况、几何形态以及环境条件等自然因素一起考虑,才能实现可靠的熔焊。

c. 不同管径之间的PE管连接采用PE 异径管件变径后,仍采用热熔连接。

2.1.4 PE管材与其他的管材、管件及阀门之间的连接 配水主管道的施工管段水压试验及冲洗消毒合格后,要与用户管、已建管道等其他材质的管材、阀门进行过渡连接,尤其是对更新改造的主干管更是存在着与其他管道连接的问题。

a. DN 63 以下的PE给水管与金属管道、小口径阀门的连接,可采用内(外)镶嵌金属螺纹的注塑管件进行过渡。

b. DN 63以上的PE给水管与其他材质管道、阀门、伸缩器、消火栓等金属管件的连接,采用相同型号的法兰连接进行过渡,PE 管材的过渡法兰由法兰头和钢塑法兰片组成。PE 管材与其他材质的管材、管件、阀门等的连接,其过渡管件的压力等级不得低于管材的公称压力。

2.1.5 热熔连接过程中易出现的操作缺陷及预防措施 熔接强度的确定要考虑材料的性质和接头的质量,一般控制熔接温度为230℃±10℃,温度的上限受制于材料结构的变化和焊缝形状的优劣。温度过高,会出现卷边尺寸增大,聚合物熔体对工具的粘附。聚合物的热氧化会析出挥发性产物(一氧化碳、不饱和烃等) ,使接头强度降低。 热熔连接过程中易出现的质量缺陷及预防措施如下：接头处或接头附近的管材上出现裂缝:由于设定的温度过高，产生管材表面碳化，相互熔接的两端材料熔体流动的速率不同。 熔缝出现缺口：熔接压力不足，吸热时间或冷却时间过短，管口切削不平行。管端错位：由于机具夹具不同轴，管段没有架设水平，操作误差大。卷边不规范：过窄是熔接压力过大，过宽是吸热时间不正确。熔接不充分产生假焊：连接的管端面有污染，转换时间过长，热板温度过低。角度变形：由熔接机和管材安装不当产生管端受力不均。连接面出现孔洞砂眼：焊接压力不足，冷却时间不足。外来杂质引起的空隙:加热板处理的不干净或加热板上有水溶剂的存在。

2.2 PE管材的水压试验 由于PE管材是一种热塑料材料,管材本身具有发生蠕变和应力松弛的特性,与传统性材料(如球铁、钢等)管道不同,水压试验过程中,PE管材发生蠕变会导致一段时间内呈连续下降趋势,试压时间较长,需要注水补压,不应认为管道漏水,故PE 管材的水压试验与GB 50268 给水排水管道工程施工及验收规范对压力管道的水压试验不同,判断水压试验的方法与标准也不同,应充分理解PE管道在压力试验期间的压力下降现象。

3 结束语PE管材作为一种新型管材,虽然在施工中有其优点,但应注意以下问题: PE管材为塑料管材,不易储存,怕日晒,必须有封闭较好的仓库保管储存。PE管材的管道基础相对于球墨铸铁管,要求更严格。PE管材的水压试验对于初次试压时难以控制。PE管道的主管材价格相对便宜,但管件价格目前与其他管材相比,相对较高,如:电熔管件等。虽然PE管材有一定的不足,但作为一种新型管材,具有优异的材料性能、广泛的环境适应性及良好的连接、施工性能,PE给水管道会得到更广泛的应用。