上海喬治費(fèi)歇爾亞大塑料管件制品有限公司 楊峻峰

上海亞大塑料制品有限公司 常維勇

1 PE100材料的優(yōu)異性能及國內(nèi)外應(yīng)用

國際上將聚乙烯管材料分為 PE32、PE40、PE63、PE80和PE100五個(gè)等級(jí)。

目前國際上使用量最大的管材樹脂的管受環(huán)向張應(yīng)力強(qiáng)度(MRS)值為 8.0 MPa(PE80級(jí))，而MRS值為10 MPa(PE100級(jí))的管材樹脂的已開發(fā)成功，這種樹脂采用雙峰分布、己烯共聚技術(shù)，在提高長期靜液壓強(qiáng)度的同時(shí)，也提高了耐慢速裂紋增長和耐快速開裂擴(kuò)展性能，并具有良好的加工性，為提高管網(wǎng)輸送壓力、增大管道口徑、擴(kuò)大管道應(yīng)用范圍創(chuàng)造了條件。目前PE100的管材使用量，特別是在大口徑管材上的用量，正在迅速上升。

目前歐洲PE100級(jí)聚乙烯燃?xì)夤艿缹?shí)際使用壓力，見表1。

表1 歐洲PE100級(jí)聚乙烯燃?xì)夤艿缹?shí)際使用壓力

PE100具有雙峰型分子量分布，共聚單體優(yōu)先位于較長分子鏈上，這使的PE100聚乙烯管道樹脂具有較高的密度或剛度，使其在剛性和柔性方面得到了有機(jī)結(jié)合。20°C、50年的蠕變抵抗能力提高，同時(shí)又保持了較好的耐環(huán)境應(yīng)力開裂(ESCR)性能。典型的雙峰PE100材料是通過“北星雙峰”技術(shù)，采用氣相反應(yīng)釜超臨界丙烷工藝法制造的，其密度約為 0.950 g/cm3，熔體質(zhì)量流動(dòng)速率(MFR)為50.5~0.15 g/10min。

PE100雙峰型分子量分布管材級(jí)聚乙烯樹脂的特征是含有重量分?jǐn)?shù)約為 50%的很低分子量的聚乙烯(高熔體流動(dòng)速率)，分子特征為較短的直鏈大分子，該組分使得樹脂具有好的流動(dòng)性和高的結(jié)晶度(改善了剛度)，并改變了塑料的耐蠕變性；另一組分是高分子量的聚乙烯(很低的熔體流動(dòng)速率)，通常為乙烯與少量丁烯的共聚物，分子特征為很長的帶有較多短支鏈的支鏈大分子，有利于材料無定形區(qū)域的形成，這一組分使材料具有較高韌性，高的應(yīng)力開裂抵抗能力和低的劃痕敏感度。

總的來說，PE100較單峰型PE80樹脂性能上的進(jìn)步主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：優(yōu)異的慢速裂紋增長抵抗能力，卓越的的快速裂紋擴(kuò)展抵抗能力和較好改善了刮痕敏感度，以及具有較高的剛度。

PE80和PEl00材料性能比較見表2。

表2 PE80和PEl00材料性能比較

PE80和PE100材料效果比較見表3。

表3 PE80和PEl00材料效果比較

PE100的出現(xiàn)，為聚乙烯管道開辟了更廣泛的應(yīng)用空間，主要表現(xiàn)在可以達(dá)到更高的適用壓力，適用口徑擴(kuò)大，可以更好的采用各種高效率的施工方法。

歐洲的PE燃?xì)夤艿榔占奥蕵O高，如英國、丹麥等國均超過90%，法國1998年新敷設(shè)燃?xì)夤艿缼缀?00%采用聚乙烯管道。早在1988年，在慕尼黑召開的國際煤聯(lián)(IGU)配氣委員會(huì)會(huì)議，委員們一致認(rèn)為采用聚乙烯(PE)埋地燃?xì)夤艿蕾|(zhì)量可靠，運(yùn)行安全，維護(hù)簡便，費(fèi)用經(jīng)濟(jì)。這種共識(shí)顯然是50年來聚乙烯管道與其它管道反復(fù)比較、競爭后達(dá)成的。應(yīng)該指出，這不僅應(yīng)歸功于PE管的優(yōu)良的綜合性能，而且緣于PE管道的原料性能，管材、管件制造工藝，連接方法，連接機(jī)具以及運(yùn)行中的維修手段等在多年的實(shí)踐中，不斷取得革命性的進(jìn)步。

我國是從 80年代初期開始聚乙烯燃?xì)夤艿难芯抗ぷ?，最早使用聚乙烯管輸送城?zhèn)燃?xì)馐?1982年在上海。為使聚乙烯燃?xì)夤苎芯抗ぷ魇艿街匾暡㈨樌M(jìn)行，國家科委 1987年把“聚乙烯燃?xì)夤軐Ｓ昧涎兄坪图庸?yīng)用技術(shù)開發(fā)”列為國家“七五”科技攻關(guān)項(xiàng)目，從專用原料——管材、管件加工——工程應(yīng)用——標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制定進(jìn)行系統(tǒng)研究，取得豐碩成果。1995年，國家技術(shù)監(jiān)督局、建設(shè)部分別頒發(fā)了PE燃?xì)夤懿?、管件的國家?biāo)準(zhǔn)和工程技術(shù)的行業(yè)規(guī)程。并且隨著發(fā)展的要求又分別在 2003年和2005年對(duì)PE燃?xì)夤懿?、管件的國家?biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了修訂。目前，PE燃?xì)夤苷趪鴥?nèi)迅速推廣使用。在PE燃?xì)夤苁褂猛苿?dòng)下，國內(nèi)已基本掌握PE工程管道的生產(chǎn)與使用技術(shù)，引進(jìn)了相當(dāng)數(shù)量的國際一流生產(chǎn)線，形成了相當(dāng)規(guī)模的生產(chǎn)能力。國家質(zhì)檢總局對(duì)生產(chǎn)廠自 2002起實(shí)行了“中華人民共和國特種設(shè)備制造許可證”(AZ)安全注冊(cè)生產(chǎn)認(rèn)證制度。更加保證了產(chǎn)品質(zhì)量，這對(duì)聚乙烯燃?xì)夤艿陌l(fā)展又奠定了堅(jiān)實(shí)有力的基礎(chǔ)。

2 上海浦東世紀(jì)大道工程概況

2.1 改造原因

因世紀(jì)大道(浦東南路—東方路)段運(yùn)營中的DN300中壓燃?xì)夤芏啻伟l(fā)生泄露情況，探測發(fā)現(xiàn)此段鋼管老化嚴(yán)重，以存在嚴(yán)重的安全隱患，將影響到沿線居民和單位的正常用氣。經(jīng)上海燃?xì)馄謻|銷售公司決定立即對(duì)此段燃?xì)夤艿肋M(jìn)行改造。

2.2 擬采用的改造方案

原有燃?xì)庵鞴艿罏镈N300鋼管，支管為DN200鋼管?？紤]到以下原因：

(1)由于世紀(jì)大道不能開挖路面的情況；

(2)改造的經(jīng)濟(jì)性；

(3)不能減少原有流量；

(4)改造段和未改造段的可靠、穩(wěn)定銜接。

所以經(jīng)過多方論證決定采用非開挖穿管；管材采用PE100管，口徑為D200和D160；焊接采用先進(jìn)的全自動(dòng)電熔條形碼焊接和全自動(dòng)熱熔對(duì)接焊。施工單位由實(shí)力雄厚、施工經(jīng)驗(yàn)豐富的滬東天然氣工程有限公司負(fù)責(zé)施工，PE材料和焊接設(shè)備由上海亞大塑料制品有限公司提供。

2.3 選材方面關(guān)于材料和口徑的考慮

由于PE管道具有以下明顯的特性：

(1)優(yōu)異的物理性能。PE100既有很好的剛性、強(qiáng)度，也有很好的柔性、耐蠕變性，而且有連接性能優(yōu)良的特點(diǎn)，有利于管道的安裝。

(2)耐腐蝕，使用壽命長，在我國沿海地區(qū)，地下水位偏高，土地濕度大，使用無縫鋼管必須防腐及做安裝陽紋外向錘煉，且壽命只有30年，而PE管可耐多種化學(xué)介質(zhì)的侵蝕，不需防腐處理。使用壽命達(dá)50年。

(3)韌性、撓性好。PE管是一種高韌性管材、其斷裂伸長率超過500%，對(duì)管基礎(chǔ)不均勻沉降和錯(cuò)位的適應(yīng)能力非常強(qiáng)，抗震性好。PE管的走向容易按照施工方法的要求進(jìn)行改變。在施工時(shí)，可在管子允許的彎曲半徑內(nèi)繞過障礙，降低施工難度。

(4)流通能力大，經(jīng)濟(jì)上合算。PE管內(nèi)壁光滑，不結(jié)垢。PE管內(nèi)表面當(dāng)量絕對(duì)粗糙比值是鋼管的1/20，相同管徑、相同長度、相同壓力下的 PE管其流通能力要比鋼管大 30%左右，因此經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢明顯。與金屬管道相比，PE管道可減少工程投資三分之一左右(直徑200 mm以上大管成本略高些)。

(5)連接方便，施工簡單，方法多樣。PE管管體輕，搬運(yùn)方便，焊接容易，焊接口少， PE管溝要求遠(yuǎn)比鋼管溝要求低，而且當(dāng)施工條件受限制時(shí)，可采用電熔焊接。

(6)密封性好。PE管本身采用熔接連接(熱熔或電熔)，本質(zhì)上保證了接口材質(zhì)，結(jié)構(gòu)與管體本身的同一性，實(shí)現(xiàn)了接頭與管材的一體化。其接口的抗拉強(qiáng)度與爆破強(qiáng)度均高于管材本體，可有效抵抗內(nèi)壓力產(chǎn)生的環(huán)向應(yīng)力軸向應(yīng)力。因此，與橡膠圈類接應(yīng)或其他機(jī)械接頭相比，不存在接應(yīng)扭曲造成的泄露危險(xiǎn)，密封性能十分良好。

(7)后期維修方便，可以不停氣維修和安裝。

(8)抗應(yīng)力開裂性好：PE管具有低的缺口敏感性，高抗剪切強(qiáng)度的段異的抗痕能力，耐環(huán)境應(yīng)力性非常突出。

(9)低溫抗沖擊性好：PE管的低溫脆化溫度極低，可在-60攝氏度溫度范圍內(nèi)安全使用。

(10)耐磨性好。PE管與鋼管的耐磨性對(duì)比實(shí)驗(yàn)表明：它的耐磨性是鋼管的4倍。

(11)具有良好的抵抗刮痕能力。研究證明，PE80等級(jí)的PE管有較好的抵抗SCG的能力和耐刮痕能力。PE100級(jí)管材則具有更加出色的抗刮痕能力。

(12)良好的抵抗快速裂紋傳遞能力。開裂是指管道發(fā)生開裂時(shí)，裂紋以很快的速度傳遞，瞬間就可能使管道破壞，后果不堪設(shè)想。實(shí)踐表明，在塑料管道中PE管抵抗裂紋傳遞能力比其他管道要強(qiáng)。

所以根據(jù)測算在原管徑 DN300鋼管內(nèi)襯DN200 PE管是符合設(shè)計(jì)要求的。工程選用的PE100級(jí)聚乙烯管材見表4。

表4 工程選用的PE100級(jí)聚乙烯管材

3 工程施工和焊接介紹

(1)施工條件：經(jīng)地下管線探測，原有 DN300管道位于世紀(jì)大道南側(cè)機(jī)非隔離帶北側(cè)。由于本工程是在原DN300管道中拖入一根D200PE管，物探工作主要是要探出原 DN300管道上下左右的各閥門井、集水器、三通、45°彎頭、電力排管、污水管、通信管等設(shè)施的具體位置，在開挖各工作坑之前需先人工開挖樣洞摸清地下情況后，再根據(jù)各工作坑的大小進(jìn)行開挖。

(2)地質(zhì)條件：本工程大部分是在 DN300管道中穿入D200 PE管，各工作坑的開挖需根據(jù)土質(zhì)及深度作好相應(yīng)的安全措施。

(3)工程進(jìn)度保證措施：實(shí)行項(xiàng)目經(jīng)理負(fù)責(zé)制。項(xiàng)目經(jīng)理對(duì)施工進(jìn)度、物資、勞動(dòng)力、設(shè)備進(jìn)行總調(diào)度和平衡。解決施工中的各類突發(fā)的矛盾問題，確保工程順利進(jìn)行。

(4)施工方法：本工程共計(jì)分9段穿越，均是在原有DN300和DN200管道中穿越規(guī)格為PE100的聚乙烯管道，口徑分別為D200和D160，本工程所有在鋼管內(nèi)穿越的聚乙烯管，都必須間隔5 m安裝一只鋼制抱箍，以保護(hù)聚乙烯管在穿越時(shí)不被損傷，每一施工段穿越完后馬上泵驗(yàn)，合格后進(jìn)行鑲接以確保工期。

(5)施工、焊接中的質(zhì)量注意事項(xiàng)見表5。

表5 施工、焊接中的質(zhì)量注意事項(xiàng)

4 總結(jié)

通過世紀(jì)大道工程，我們達(dá)到了以下目的：

4.1 社會(huì)效益方面

本工程通過使用新技術(shù)、新材料，即提高了施工質(zhì)量，又提高了施工進(jìn)度，使浦東世紀(jì)大道這條上海繁忙路段之一的主道路最大限度的減少了對(duì)出行者的影響。同時(shí)將對(duì)企業(yè)生產(chǎn)的影響，居民生活的影響減低到最小。體現(xiàn)了煤氣公司一心為用戶服務(wù)的企業(yè)思想。對(duì)煤氣公司在用戶面前的企業(yè)形象又有了一次更充分的體現(xiàn)。

4.2 經(jīng)濟(jì)效益方面

(1)近期經(jīng)濟(jì)效益：本工程如果采用明管開挖和用原來的PE80管道。如此繁忙的道路和比較復(fù)雜的地下管線情況，工期按經(jīng)驗(yàn)要比目前的 45天兩公里多至少多出一倍以上，工程各項(xiàng)費(fèi)用也將明顯增長。材料費(fèi)也將比目前多出至少10%。

(2)遠(yuǎn)期經(jīng)濟(jì)效益：為將來更復(fù)雜的世博路段工程積累了施工經(jīng)驗(yàn)；同時(shí)積累了PE100材料在舊管改造中的使用經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)PE100明顯優(yōu)于PE80的材料性能，為后期的舊管網(wǎng)改造和降低新管網(wǎng)鋪設(shè)成本積累了經(jīng)驗(yàn)。