PE管在首钢京唐公司给水系统中的应用.pdf

P E管在首钢京唐公司给水系统 中的应用 唐智新 吴礼云 牛五一 冯连猛 ( 首钢京唐钢铁联合有限责任公司) 摘要结合 P E管在首钢京唐公司给水管道工程中的应用情况，介绍了该管材的性能优点及施工技术， 并指 出了在施工过程 中应注意 的问题 。 关键词P E管给水系统吹沙造地 Th e Ap p l i c a t i o n o f P E P i p e l i n e i n W a t e r S u p p l y S y s t e m o f S h o u g a n g J i n g t a n g Un i t e d I r o n a n d S t e e l Co ． ，Lt d ． TANG Zh i x i n W U L i y u n NI U W u y i F ENG Li a n me n g ( S h o u g a n g J i n g t a n g U n i t e d I r o n a n d S t e e l C o ． ，L t d ． ) Ab s t r a c t B a s e d o n t h e a p p l i c a t i o n o f P E p i p e l i n e i n wa t e r s u p p l y s y s t e m o f S h o u g a n g J i n g t a n g U n i t e d I r o n a n d S t e e l C o ． ，L t d ． ，t h e p r o p e r t y a n d t h e a d v a n t a g e s o f P E p i p e，a n d t h e i n s t a l l a t i o n t e c h n o l o g y a r e i n t r o d u c e d ．An d t h e a t t e n t i v e p r o b l e ms i n c o n s t r u c t i o n p r o c e s s a r e p u t f o r w a r d ． Ke y Wo r d s PE p i p e， wa t e r s u p p l y s y s t e m ， ma k i n g l a n d b y fil l i n g s a n d 首钢京唐钢铁联合有限责任公司 ( 简称首 钢京唐公司)位于河北省唐山市曹妃甸工业区， 是 国家 “ 十一五 ”重点项 目。曹妃甸工业 区是 吹沙造地形成 的陆地 ，在这样的地基上进行埋地 管网建设必须考虑地基不均匀沉降及海水腐蚀对 管道可能造成的危害。因此 ，选择适合的管材在 埋地管网建设 中至关重要 。 目前 ，给水管道主要 有 P E ( 聚乙烯 ) 管、 U P V — C ( 硬聚氯乙烯 )管 、钢管 、灰 口铸铁管 、 玻璃钢夹砂管及球墨管等。P E管因综合造价低、 施工方便、水力条件好 、无毒 、耐腐蚀 、耐低温 及抗机械振动等优点而成为给水工程较为理想的 管材。 1 P E管规格及性能优点 1 ． 1 P E管规格 P E管按密度可分为低密度 ( L D P E)管 、线 型低密度 ( L L D P E)管 、中密度 ( MD P E)管 和 高密度 ( H D P E )管，其中，L D P E管和 L L D P E 管的密度均为 0 ． 9 0 0～ 0 ． 9 3 0 g ／ c m ， M D P E管的 密度为 0 ． 9 3 0— 0 ． 9 4 0 g ／ c m ，H D P E管的密度为 0 ． 9 4 0～0 ． 9 6 5 c m 。 目前 ，国际上根据 P E管 的长期静液压强度 ( M R S )对管材进行分类和 命名，P E 管 材 可 分 为 P E 3 2 、P E 4 0 、P E 6 3 、 P E 8 0和 P E I O 0五个等级。根据结构形式不同， 又可将 P E管分为单层实壁管 、双层实壁管、双 壁波纹管和螺旋缠绕管等。其中 ，双壁波纹管和 螺旋缠绕管主要由 H D P E原料加工而成 ，主要应 用于城市排水 ；单层 实壁 H D P E 管主要应用 于 城市供水及城市燃气输送 ，单层实壁 L D P E管则 大量用作农用排灌管道和工业普通管道。 1 ． 2 P E管性能优点 P E管的性能优点有以下几个方面 ： 1 )耐腐蚀。由于 P E分子没有极性 ，所 以 P E管的化学稳定性好 ，不会发生腐烂、生锈或 电化学腐蚀现象，可耐多种化学物质的腐蚀 ，在 土壤 中存在的化学物质不会对管道造成损坏。此 唐智新 ：2 0 0 7年 毕业于西安建筑科 技大学 ，硕士 ，现在 首钢京唐钢铁联合有 限责任 公司能源部从 事综合 管网技术管理工作 ，工程师 。收稿／ 2 0 0 9 - 0 4 — 2 0 外 ，P E管也不滋 生细菌 ，且不结垢 ，因此其流 通面积不会随运行时间的增加而减小， 属于环保 型产 品 ] 。 2 )密封性好。P E管道主要采用熔接方式 ( 热熔或电熔)连接，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 口与管材的 一 体化。文献 [ 1 ]指出，P E管道接 口的抗拉 强度及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及轴向拉伸应力。因此，与 橡胶圈类接口或其他机械接口相比，P E管道不 存在 因接 口扭曲造成泄漏 的危险。 3 )高韧性。P E管是一种高韧性的管材，其 断裂伸长率一般超过 5 0 0 ％，对管基不均匀沉降 的适应能力非常强。另外 ，P E 管具 有优 良的抗 震性能 ，在 1 9 9 5年 日本神户地震 中，P E燃气管 和供水管是惟一未被破坏的管道系统。 4 )优良的挠性。P E管轴向可略微挠曲，因 此，工程上可通过改变管道走向的方式绕过障碍 物， 可以不用管件而直接铺在略微不直的沟槽 内， 且不受地面一定程度不均匀沉降的影响。 5 ) 良好的抵抗刮痕能力。刮痕会 造成材料 的应力集 中，从而引发管道的破坏 ，管材抵抗刮 痕的能力与管材的慢速裂纹增长 ( S C G)行为关 系密切。 P E 8 0等级的P E管具有较好的抵抗 S C G 的能力和耐刮痕能力 ，而 P E 1 0 0等级 的 P E管则 具有更加 出色的抵抗刮痕能力 J 。 6 ) 良好的快速裂纹传递抵抗能力 。管道发 生开裂时， 裂纹会以很快的速度传递 ，瞬间就可 能使管道破坏，后果不堪设想。实践表明，在塑 料管道中，P E管道抵抗裂纹传递的能力强于其 他管道。 7 )使用寿命长。在不受阳光紫外线照射条 件下， P E管的使用年限可达 5 0年以上。 8 )耐磨性能好 。德 国曾用试验证明 ，P E管 的耐磨性甚至比钢管还要高几倍 。 9 )流通能力大，经济优势明显。P E管内壁 光滑、不结垢 ，其内表面当量绝对粗糙比值是钢 管的 1 ／ 2 0 ， 相同管径、相同长度和相同压力下的 P E管与钢管相比，其流通能力高约 3 0 ％，因此 经济优势 明显。与金属管道相 比，P E管道可减 少工程投资约 1 ／ 3( 6 2 o o m m以上的 P E管成本 略高) ，且可盘卷的小口径 P E管可进一步降低 工程造价 。 l O )连接方便 ，施工简单 ，敷设 方法多样。 P E管管体轻，搬运方便 ；易焊接，焊接 口少； 当管线较长时可使用盘管 ( 一般指 管径 小于 6 3 m m的 P E管)敷设。P E管对管沟的要求远低于 钢管对管沟的要求，而且当施工条件受限时，可 采用 电熔焊接 。另外 ，可采用管沉人的方法在水 底敷设，显著降低了施工难度，减少了工程费用。 1 1 )耐低温性及抗 冲击性好 。P E管具有 良 好的耐低温性能 ，可在 一 6 0℃ 以上范围内安全 使用。而且，P E管还具有良好的抗冲击性 ，即 使 2倍于公称压力 的水锤也不会对管道造成任何 伤害。 2 P E管道施工技术 P E管道的施工 工艺流程为 ：施工前 的技术 准备一管沟开挖一管道敷设一管道连接一管道试 压一 管道冲洗一管槽 回填 。 2 ． 1 施工前的技术准备 施工前的技术准备有以下几个方面 ： 1 )施工前应熟悉、掌握施工图纸，准备好 相应 的施工机具。 2 )确定工程标准水准点和 坐标 桩号 ，对工 程定位加以引入，根据标准定位对坐标及高程进 行复核 ，确保准确无误 。 3 )对操作人员进行上 岗培训 ，培训合格后 才能进行施工作业。 4 )按照标准对管材及管件进行验收。 2 ． 2 管沟开挖 由于首钢京唐公司所处的特殊地质条件，地 下水位过高，在管沟开挖之前必须进行降水，根 据不同位置管道埋深的不同，可以采取不同的降 水方法。对于较浅 ( 深度低 于 3 m)的管沟 ，可 采取简便易行的普通明沟和集水井排水的施工方 法 ( 在开挖基坑的一侧、两侧或四侧，或在基 坑中部设置排水明沟，在四角或每隔 2 0～3 0 m 设一集水井，使地下水流汇集于集水井内，再用 水泵将地下水排出基坑外 ) ；对 于较深的管沟 ( 深度大于 3 m 的沟槽和基坑) ，可选择管井降 水的施工方法。在管沟开挖过程中必须注意以下 几点 ： 1 )地下 水位高于开挖 沟槽底高程 的地 区， 地下水位应降至槽底以下 0 ． 3～ 0 ． 5 m。 2 )采用人工配合机械进行开挖。开挖沟槽 时 ， 沟底设计标高 以上 0 ． 2～ 0 ． 3 m 的原 土予 以 保留， 敷设前需人工清理沟槽 。开挖管槽时 ，要 严格控制挖掘深度 ，不得扰动基底底层原状土 ， 如发生超挖和扰动，则用沙土或满足要求的原土 填补并分层夯实。 3 )当沟底埋有不宜清除的石块等坚硬物体 或地基为岩石、半岩石或砾石时，需将其铲除至 设计标高以下 0 ． 1 5— 0 ． 2 0 m，然后铺沙土整平、 夯实。 2 ． 3 管道敷设 在管道被放人管沟之前 ，首先应该对管道进 行全面检查 ，在没有发现任何缺陷的情况下 ，管 道才可被 吊人或滚入管 沟 内。在管道 敷设过程 中，下管采用人工或起重机进行 。采用起重机下 管时，需用非 金属绳索扣 系住管材两 端距管 口 1 ／ 4处 ，严禁 穿心 吊装。P E给水管道通常会在 地面预先连接好 ，有时管道可能会被预先连接成 约 1 5 0 m长的许多管段并贮存在某一地方 ，当需 要下放及连接时 ，再被运到安装地点 ，然后采用 热熔连接或机械连接的方式连接 。 2 ． 4 管道连接 P E管道的连接方法主要有热熔 连接、电熔 连接和机械连接 ，首钢京唐公 司 P E给水管道主 要采用热熔连接 。热熔连接是用热熔对接焊机加 热管材或管件端面，使被加热的两端面熔化，移 走加热工具后 ，将 2个熔融 的端面紧靠在一起 ， 在压力作用下保持紧靠直至接头冷却，使之成为 一 个整体 。热熔焊接工具的温度控制要准确 ，加 热面温度分布应均匀 ，加热面结构应符合焊接工 艺要求。另外，应特别注意卷边、压力和焊接时 间的控制，严格按照热熔对接焊机规定的参数进 行操作 。 2 ． 4 ． 1 焊接所需条件 焊接所需条件主要有 ： 1 )保持焊接部位、管道及电热板的清洁。 保证准确的焊接温度。 2 )焊接过程 中应对端面施加相应的压力 。 3 )焊接切断面必须 是垂 直的，应通过刨刀 刨平 ，且切割面必须保持清洁 ，不能沾染污物。 2 ． 4 ． 2 焊接操作步骤 焊接操作步骤如下： 1 )焊接准备。 a ．进行热熔焊接前要将管道焊接 区域表面 擦拭干净 ，清除两侧管端 的污物。 b ．根据不同的管径选用相应的卡具及托架， 将要焊接的管材置于卡具及托架上 ，使两端伸出 的长度相当，伸出长度在满足铣削和加热的要求 下应尽可 能短 ( 通 常为 2 5～3 0 m m) 。如有 必 要 ，可将管材机架以外 的部分用支撑物托起 ，使 管材轴线与卡具中心线处于同一高度 ，然后用卡 具固定好 ，置入铣刀。 c ．先打开铣刀电源开关 ，然后缓慢合拢两 管材的焊接端，并施加适当压力，直到两端均有 连续切削出现后即可撤掉压力 ，稍等片刻再推开 活动架。 d ．关 闭铣刀电源并取出铣刀，合拢两管端 ， 检查两端铣削情况 。 该过程 中要求管段垂直 ，错位不大于壁厚 的 1 0 ％，闭合管段的最大间隙不超过 0 ． 3 m m 。 2 )热熔 。检查 电热板 温 度 是否 达 到设 定 值 ，然后将 电热板置人两管端之间，转动加压手 柄并观察压力表指针直至达到规定压力，保持加 热压力直到要熔接的配件周围形成一圈熔化边 料 ，以迅速平整管材断面上的不平度并有效促进 塑化 。两边最小卷边达到规定高度后 ，将压力减 小到规定值 ( 通常约为加热压力的 1 0 ％，使管 端面与电热板之间刚好保持 紧密接触 ) ，继续加 热至规定时间。此时，卷边高度通常达到壁厚的 1 ／ 2 。在有大风的时候不可进行焊接。 3 )切换。加热完成后 ，退出卡具 ，迅速取 出电热板 ，然后合拢两管端 ，切换时间应尽可能 短 ，且不得超过 5 s 。 4 )对接。通过加压手柄向合拢的管端缓慢 加压，在规定时间内将压力上升到规定值，然后 锁紧止动闸，保持压力 。 5 )冷却 。将压力至少保持至规定 的冷却时 间时 ，松 开止动 闸，打开 卡具 ，取 出焊接好 的 P E管。不可用冷却水或者其他冷却方法来加快 P E管的冷却处 理，否则会 降低 连接质量 。对于 管径不大于 7 5 mm的 P E管 ，对接时可不通过操 作台而直接用手进行对接 。热熔对接后管道的总 长度会变短 ，测量尺寸时应注意 。 6 )检查焊缝质量 。一般要求检查 P E管 的 焊缝高度、错边、接口宽度及对中情况，焊缝质 量不合格的管道要锯开重焊。焊接完毕后，管道 应及时脱离加热工具，并检查管道连接部位加热 面的均匀性及管道是否有损伤。 2 ． 5 管道试压 P E管道安装完毕后需进行水压试验。试验 前在管道的上部回填 5 0 0 m m的土方覆盖，并让 出管道连接点处 。试验 压力 为管道工 作压 力 的 1 ． 5倍，且不小于 0 ． 8 M P a ，管道的最长试验长 度为 1 0 0 0 m，若管道中间存在附件， 贝0 试验段 的长度要小于 5 0 0 m。若管道为 P E管道与其他 材质管道相连构 成 ，则 要对管道 分材 质进行 试 验 。管道试压前应对管道进行充水浸泡 2 4 h 。 管道的试压过程分为预试验阶段和主试验阶 段 。预试验 阶段需缓慢地将水压上升到试验压力 并稳压 3 0 ra i n ，同时进行管道接口检查，若无渗 漏现象则继续对管道进行稳压检查 ，6 0 mi n内压 力下降到不超过试验压力的 7 0 ％ 时，预试验阶 段结束。预试验阶段结束后进入主试验阶段，需 立即将压力降到试验压力的 8 5 ％，然后计算出 降压所泄出的水量 A V 。降压所泄出的最大水量 △ ( 单位为 L )的计算公式为： △ =1 ． 2 V A P( 1 ／ E + D ／ E E 。 ) 式 中 ——试压管段总体积 ，L ； △ 尸 ——降压量 ，MP a ； E ——水的体积模量 ，MP a ； D——管道内径，m m； 层 ——管道的公称壁厚，m m； 。 —— 管材弹性模量 ，MP a 。 当 A V小于 △ 时 ，且 3 0 rai n后管道内的 剩余压力有上升趋势或 9 0 m i n内剩余压力下降 不超过 0 ． 0 2 MP a时 ，管道水压试验合格。 2 ． 6 管道冲洗 管道水压试验结束后，必须对 P E管道进行 冲洗，使其满足规范及设计要求。管道冲洗用水 要清洁，可选用 自来水 ，以管道设计最大 流量、 流速不小于 1 ． 0 m ／ s 的冲洗水连续冲洗，直至出 水 口处冲洗水 浊度 、色度与入水 口处相 同为止 。 生活用水管道 在冲洗后要进 行含 氯水 ( 浓度 不 低于 2 0 mg ／ L )浸泡消毒 2 4 h，并取管道末端的 水化验 ，化验合格后方可停止冲洗和消毒 。 2 ． 7 管槽回填 P E管道安装完毕 经分段水 压试 验合格后方 可进行管槽回填。回填前 ，应先将管沟内积水排 出，以防覆土时浮力使管位发生移动。管槽 的回 填分 2步进行 ： 1 )用与沟底相同的土质或沙土回填管道两 侧，一次回填高度为 7 0～ 1 5 0 m m，夯实后，再 回填第 2层直到管顶以上至少 1 0 0 m m处。在回 填过程 中，管道下部与管底 的空 隙处 易被 忽略 ， 要注意夯 实。管道如横跨公路 ，管底 回填细砂厚 度应达到 1 0 0 m m。需要注意 的是 ，管道法兰接 口前后 2 0 0 mm范 围内不 回填 ，以便全线水压试 验时观察各接头处是否出现渗漏情况 ，如有渗漏 则需处理好再覆土 。 2 )管道试水合格后 ，管槽可全线 回填 。管 顶 3 0 0 mm 以上部分 回填原土并夯实 ，如采用机 械回填 ，要从管 的两侧 同时回填 ，回填机械不得 在管道上行驶。槽面填土应高出设计标高 1 O m m，作为填土的预留沉降。 3 施工中应注意的问题 施工 中应注意以下几个方面问题 ： 1 )P E管材质较软 ，容易被划伤 ，因此在运 输时应避免与尖锐物体接触 ，特别是在施工现场 搬运和下管时更应注意，因施工现场地形较为复 杂 ，沟槽 壁上 常有铁钉及 砖瓦 石碎块 等尖锐 物 体，很容易划伤 P E管。 2 )管材和管件在施工现场临时堆放时应有 遮盖 物 ，避 免 日晒 雨 淋 ，且 不 得 与 油类 、酸、 碱、盐及活性剂等化学物质接触 。 3 )同一工程必须采用同种品牌、材质及相 同标准尺寸率 ( S D R )的管材和管件，最好使用 同一厂家的同一批次产品，以确保管材和管件性 能一致、热熔连接可靠。如果需对性能相似的不 同品牌材质的管材及管件进行连接，则需经过试 验判定连接质量是否能够完全达到要求后才可使 用。对于焊接端部 S D R 不 同的管材及管件 ，不 应采用对接焊接 ，而应采用电熔承插连接或法兰 连接 。 4 )由于水具有冷却作用，将直接影响热熔 质量，使 P E管道连接处不能达到熔化效果，所 以雨天一般不能进行热熔操作 ，也不能带水操作。 5 )寒冷气候 (一 5 o C 以下 )热熔连接操作 时应采取保护措施 或调整施工 工艺。另外 ，P E 管热胀冷缩严重，因此，宜在温差变化不大的环 境施工和使用。 6 )施工 中应 注意管道 的清洁 ，分次施工时 要及时将施工 口封堵好 ，避免水及杂物进入管道。 7 )管顶 7 0 m m 以上部分回填可采用机械回 填，管顶以下部分回填则必须从管材两侧同时回 填并夯实 ，否则容易使 P E管受压不均 ，导致变 形和移位 。 4 结 语 首钢京唐公司生活用给水管 、除盐用水管及 回用水管均采用 P E管，管径为 3 2— 6 3 0 lff ln q ， 总长近 5 0 k m。生活用给水管和除盐用水管投入 运行已经将近 1年 ，期 间管 网整体运行 状况 良 好 ，管路及管道配件很少发生漏 水现象。P E管 作为一种新型管材，具有耐腐蚀、高韧性、密封 性好及施工方便等优点，在吹沙造地特殊地质条 件下使用，具有较高的经济效益和社会效益。 参考文献 1 李 春霞．聚乙烯给水 管 的应 用．山西建筑，2 0 0 7 ( 1 6 ) ：2 0 0 — 2 0 1 2 熊道华．P E管道性能及其使用范围分析研究．非开 挖技术，2 0 0 8( 1 ) ：1 5 4 ． 1 5 6 3 范连虎．P E管道在给水工程中的应用．内蒙古石油 化工，2 0 0 6( 8 ) ：2 5 ． 2 6 编辑／ 谢晨磊