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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，工程制定经济合理的重要因素，现阶段大部分采纳钢管，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，这里将做以下较具体的分析研究。
2 PE管材特点
 PE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，因而又有高发度聚乙烯、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，依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 15558-2021〕及《聚乙烯燃气管道工程技术规程》〔CJJ63-2021〕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，提升了管道最大同意工作压力。
 PE管基本特点　
一种好的管道，不仅应具有合格的经济性，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纳电热熔方式连接，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特别。
〔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：具有平滑的内表面，其曼宁系数为0.009。平滑的表现和非粘附特性确保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，更低的人力和设备必需求，意味着工程的安装费用的大大降低。
3 PE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，关于煤层气集输管型选取，做了以下具体的分析研究。
 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，修理保养费用高；
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，可提升施工速度；
4.施工简便，可大大降低劳作强度，提升工作效率，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，修理简便。
1.强度低，抗外力破坏能力差。
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，内壁平滑且不结垢，节能节材效果好；
3.具有合格的抗拉伸、抗冲击特性；
4.无毒性；
5.使用寿命长达50年；
安装修理方便。
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，结合管线所在地区状况，综合合计安全可靠性、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，不合计该种管材。
依据《燃气用埋地聚乙烯(PE)管道系统第1部分 ：管材》〔GB 15558.1-2021〕，燃气用PE包涵以下四个等级：PE100 SDR17.6、PE100 SDR 11、PE80 SDR 17.6及PE80 SDR11。
依据目前市场价格，有以下结论：

〔同意工作压力PE100 SDR 11≤≤0.6MPa,PE80 SDR11≤≤0.2MPa〕

因此，① 依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)，因此不推举PE80 SDR17.6在煤层气应用；② PE100 SDR11承压较高，满足煤层气应用要求，但价格偏高，从经济角度合计，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。合计到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。
 PE管与钢管经济分析
〔1〕对比 原则
① PE管与钢管对比 是内径相同或相近的原则；
② 选用管材生产商报价中间报价；
③ 比选主材费用含平均所必需管件费用，以km为单位；
④ 管材的使用寿命均以20年计；
⑤ 钢管采纳用聚乙烯胶带防腐层，PE管不必需防腐。
依据目前管材、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〕
PE100 
90×

110×

160×
141

225×

315×

355×

400×

450×

钢管
D89×
82

D114×
106

D168×

×

×

×

×

×

〔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。