关于聚乙烯给水管推广应用的若干问题

何维华

提示：本文结合“中国水协科技委管道技术部2004年关于考察聚乙烯给水管道生产、使用情况的调研报告”，结合推广应用的需要，进一步作了图文并茂的补充阐述，供同行的参考。

1.聚乙烯管的发展史

　　20世纪20年代德国科学家揭示了聚合物的奥秘，为高分子材料科学奠定了基础。
　　1931年在第二次世界大战战争中开发了聚氯乙烯（PVC），1933年英国ICI公司最先发明聚乙烯（PE）等塑料，聚乙烯是由乙烯合成的高分子材料，是一种生态环保的碳氢化合物，开始研究在燃气、给水管网中应用，1940年后一些公司批量使用塑料管道后，生产行业才认识到塑料管道发展的潜力巨大，由于其独特的性质和特性，并克服了金属管道的缺点，从此揭开了塑料管在城市市政管网中的地位。
　　聚乙烯管的使用已有近半个世纪的历史。最初是水管，后来发展到燃气领域；最初使用低密度聚乙烯（LDPE），继之是高密度聚乙烯（HDPE）和中密度聚乙烯（MDPE）。中、高密度聚乙烯较低密度聚乙烯增强了刚度和承压能力，因此是聚乙烯压力管的主导材料，到目前为止，商业化的已有三代产品。
　　第一代聚乙烯管材，树脂共聚单体含量相当低，为提高性能，不得不通过提高分子量来补偿。该种类型的第一个产品于50年代后期在欧洲首先商业化，这类树脂具有所谓的PE63级材料的性能，最小要求强度（MRS）通常为6.3MPa，因而通常认为这类树脂是PE63及PE63以下等级，第一代树脂是高密度聚乙烯。
　　第二代树脂即为目前的PE80材料，是在第一代树脂基础之上，考虑到20℃时长期静液压强度（ MRS）的要求，提高了共聚单体含量，极大地改进了聚乙烯管材级树脂的耐环境应力开裂ESCR性能。同时可以稍微降低分子量，继而提高了树脂的流动性，以利于加工。第二代树脂是MDPE或HDPE，它的主要缺点是如果进一步提高ESCR性能，就会较大地损失材料的耐压能力，从而降低使用该材料挤出管子的压力等级。另一方面，如果想进一步提高压力等级，则增大了20℃时在50年（要求寿命）前发生脆性破坏的可能性。
　　第三代树脂即为PE100，出现在80年代末，PE100具有双峰型分子量分布，这使得第三代聚乙烯管树脂具有较高的密度或刚度，20℃，50年的蠕变抵抗能力高；同时又保持了较好的ESCR性能。
　　对于未加改性的聚乙烯来说，有研究者认为PE140等级为理论极限。PE125等级可通过交联聚乙烯获得；有试验研究表明，双轴取向的聚乙烯管材可以达到PE250等级。
　　从聚乙烯管的发展阶段而言，1940年前为塑料（聚合物）的发现阶段；1940－1954年为材料的评价与实验阶段；1954－至今为聚乙烯管道应用的普及阶段。普及阶段也是聚乙烯管开发的成熟期，连接方式的定型、管件的深入开发、机具的开发，并形成自动化生产线的大批量生产，减少了人的因素，产品质量的不断上升，成本不断下降， 聚乙烯管作为压力管道已成功的使用了50年，已为众多国家在输水、输送燃气的管道中得到应用。
　　国内从上世纪六十年代起步开发聚乙烯管材，当时的材料相当于现在的PE32、PE63，dn≤110mm，主要应用于农业给水、灌溉方面。
　　上世纪九十年代初，《给水用聚乙烯（PE）管材》GB/T 13663－1992标准的发布，部分城市开始试用聚乙烯管，原料以PE32、PE63为主。
　　1997年以建设部、化学工业部、中国轻工业总会、国家建材局、中国石油总公司联合下发“建科(1997)154号”文件，关于印发<<国家化学建材推广应用“九五”计划和2010年发展规划纲要>>等化学建材文件的通知； 印发了加速化学建材推广应用和限制淘汰落后产品的规定。
　　2000年《给水用聚乙烯（PE）管材》GB/T13663－2000标准的发布，推动了聚乙烯给水管材的生产与应用，据前年资料统计，国内有制管企业150余家，年生产能力达50万吨，生产规模在1万吨/年以上的企业有10余家。
　　为了贯彻《囯家化学建材产业“十五”计划和2010年发展规划纲要》的要求，落实建设部第237号公告关于推行《埋地聚乙烯给水管道工程技术规程》，推动聚乙烯给水管在城市供水管道中的应用，根据中国水协科技委管道技术部2004年的工作安排，于2004年7月23日至8月4日，本人随同管道技术部的考察组，对制管企业、工地及管网管理部门进行了现场调研。现就结合‘调研报告’，阐述相关问题。

2. 国内聚乙烯给水管生产的相关问题

2.1进一步推广聚乙烯给水管材的时机成熟
　　（1）自从国家质量技术监督局2000年11月21日发布《给水用聚乙烯（PE）管材》国家标准（GB/T13663-2000）以后，推动了聚乙烯给水管材的生产与应用，为了适应管材供货半径的合理化，像‘亚大’这样大型专业制管企业，先后在深圳、上海、成都兴建了分公司。据‘上海亚大’负责人介绍，去年给水管销量为700万元，今年上半年完成3000万元，今年底可达6000万元，明年将超过1亿元供货。
　　（2）目前国内使用的原料日趋多元化，主要来自欧洲、韩国、东南亚和中东。
　　欧洲：北欧化工、BP、阿托菲纳、苏威等；
　　韩国：三星石化、大林、现代石化、大韩油化、LG；
　　东南亚和中东的工厂：美国菲利蒲斯公司在新加坡的工厂（卡塔尔的工厂正在筹建中）、北欧化工厂在阿联酋的工厂、BP马来西亚的工厂；
　　生产聚乙烯给水管的主要原料为石脑油，目前它的价格变化仍然大，待欧洲及美国厂家在中东的聚乙烯装置投产后、其低廉的价格可能会对国内原料供应格局造成较大的影响。另外上海金山石化PE100的原料开发已处于论证鉴定阶段，到时候聚乙烯混配料的价格将会有一定幅度的下降。
　　（3）尽管与聚乙烯给水管材相配套的管件国标尚未发布，近五年各制管企业在管材型式、品种、规格上做了大量工作，电熔管件、注塑管件、对接制管件及钢塑转換管件，均形成了系列化产品，品种多、规格全。与此同时，江苏江阴大伟塑料制品有限公司研制、开发了承插柔性连接（非锁紧型及锁紧型）管件，包括活络连接管件，丰富了聚乙烯管的组装形式，更有利于聚乙烯给水管在不同环境的推广使用。
　　（4）建设部于今年5月8日发布了《埋地聚乙烯给水管道工程技术规程》行业标准（CJJ101-2004），它必将对推广聚乙烯给水管的应用，提供了技术支持。
　　（5）近五年来，各城市的供水企业对推广应用新型管材，合理改造原有管网，改善管网水质，提高供水的安全可靠性，给予了极大的关注和人力、财力的支持。这将使聚乙烯给水管在旧管非开挖改造及新型居住区的管道敷设碰上极好的机遇。
2.2聚乙烯管材、管件质量的关键是原料
　　（1）按照《给水用聚乙烯（PE）管材》国家标准（GB/T13663-2000）的规定，PE80、PE100的聚乙烯给水管材应使用混配专用料生产。
　　（2）按照建设部行业标准《埋地聚乙烯给水管道工程技术规程》（CJJ101-2004）的强制性条文规定，埋地聚乙烯给水管道系统应选用最小要求强度（MRS）不小于8.0MPa的聚乙烯混配专用料生产的管材和管件。
　　（3）考察的九家制管企业中，就有八家企业的生产线或库房内存在白料与色母料，他们抱怨用户一再压价，引起白加黑自配料无法堵绝。但这些企业却一致赞同用混配专用料，是确保制管质量的重要措施。因为制管企业自行采取本色料加黑色母料的做法存在以下隐患及不稳定因素：
　　A.碳黑品种选用难达合理程度；
　　B.碳黑加入量难达到标准要求；
　　C.碳黑分散度达不到标准要求；
　　D.色母的基料选用的随意性大。
　　因此‘白加黑’的做法对管材的寿命、应力开裂性能、卫生安全性均会产生严重的质量隐患。
　　据悉聚乙烯PE100、PE80的混配料国产化的速度正在加快，不久的将来会推向市场，当然积极试用国产化的原料是义不容辞的责任，但全面选用国产料还应有一段路程，因此建议近期生产聚乙烯给水管材、管件的原料仍应使用欧洲品牌的、获得国际权威实验室颁发了原料等级认证证书的混配专用料。
2.3完备的检验体系是确保产品质量的重要环节
　　（1）按照《给水用聚乙烯（PE）管材》国家标准（GB/T13663-2000）的规定，每批原料应检验：炭黑含量；炭黑分散等级；氧化诱导时间（200℃）min；熔体流动速率（5kg，190℃）。另外，有些制管企业还按prEN12201：2002欧洲标准对原料作密度、挥发份含量、含水量、拉伸强度、耐慢速裂纹增长(SCG)、耐快速裂纹扩展（RCP）进行检验。
　　（2）按照《给水用聚乙烯（PE）管材》国家标准（GB/T13663-2000）的规定，管材出厂前应对颜色、外观、尺寸、80℃静液压强度(165h)、断裂伸长率、氧化诱导时间的检验；管材型式检验还包括20℃静液压强度（100h）、80℃静液压强度（1000h）、纵向回缩率、卫生性能的内容。对于蓝色管材还需对‘耐候性’做专门的检验。
　　(3)以德国巴顿菲尔全自动聚乙烯管材生产线为代表的过程控制，是确保制管质量的关键。全自动原料烘干设备可对原料进行充分的水分烘干，并自动上料补料；“蓓达镭射”能自动检测管材的壁厚、自动对进料进行均匀的控制，使管壁厚度精确无误，确保管材的受压均衡。

聚乙烯管生产线

挤出机

彩条机

真空定径箱

喷淋冷却箱

切割锯

多角热熔焊机

鞍型焊机

dn1600mm管生产线

英国自动称量上料系统

英国超声波壁厚检测系统

dn1600mmPE管卸生产线

2.4回用料问题
　　(1)按照《给水用聚乙烯（PE）管材》国家标准（GB/T13663-2000）的规定，按本标准生产管材时产生的洁净回用料，只要能生产出符合本标准的管材时，可掺入新料中回用。
　　(2)也就是允许添加洁净的回用料应是本次生产产生的洁净回用料。不可将PE100和PE80级料混用；若是同等级但熔融指数相差太大也不能混用。从设备及工艺的角度讲回用料用量<5%新料为好；标准规定管子的熔融指数不应超过原料的±25 %，从这个角度讲回用料的量也不能加的太多。
　　（3）考察期间发现有些企业的回用料含杂质较明显，控制均匀添加的措施不严谨，应改善。并应将掺加回用料情况填表归档，向相关用户通报。
2.5多类型的连接方式，有助于管材在不同场合的应用
　　热熔连接、电熔连接、法兰连接、钢塑过渡连接是聚乙烯管早先开发应用的连接方式，在欧洲某两家公司2000年推出了聚乙烯管非熔接连接的技术趋向及系列产品。与此同时，国内亦独立自主地提出这一思路，经几年的攻关，参照ISO14236-2000《给水系统聚乙烯压力管材用机械连接管件》的技术要求，成功地推出了聚乙烯给水管道工程承插连接这一技术，推出了系列产品，在国家行业标准CJJ/T98-2003《建筑给水聚乙烯管道工程技术规程》和国家行业标准CJJ101-2004《埋地聚乙烯给水管道工程技术规程》中，列入了这种新型的连接形式，有助于管材在不同场合的应用。
　　参照建设部行业标准《埋地聚乙烯给水管道工程技术规程》（CJJ101-2004）的（3.3.1）条文规定，各种连接方式的适用场合如下： 序号 连接

方式 适用管径范围 适用 的 环 境 1 热熔连接 　 1.1 热熔对接 dn≥63mm 管路单一、管件少、障碍少、应有温度补偿措施、适宜非开挖工程、工程集中且量大。需电源、昂贵的热熔设备、环境条件要求严、施工速度慢、异形管受力方向的部位需筑支墩。待专业队伍施工。需专业电工参与。 1.2 热熔承插连接 dn32-dn110mm 入户支管、水表节点、室内管道、应有温度补偿措施、需电源、热熔设备、异形管受力方向的部位需固定。待专业队伍施工。需专业电工参与。 1.3 热熔鞍型连接 dn63-dn315mm 热熔对接工程中，引接小口径分支管的方式之一、需电源、热熔设备、应砼全包。待专业队伍施工。需专业电工参与。 2 电熔连接 2.1 电熔承插连接 dn32-dn315mm 配水管道、室内管道、应有温度补偿措施、需电源、电熔设备、相对工程造价高。待专业队伍施工。需专业电工参与。 2.2 电熔鞍型连接 dn63-dn315mm 配水管道停水、不停水引接分支管、组装质量可靠、应砼全包、需电源、电熔设备。待专业队伍施工。需专业电工参与。 3 机械连接 3.1 承插柔性连接 3.1.1 非锁紧型 dn90-dn315mm 配水管道、小区配水支管、适应不同环境条件、施工速度快、不存在温度补偿问题、异形管受力方向应筑支墩、工程综合造价低。原管道施工队伍施工。 3.1.2 锁紧型 dn32-dn315mm 配水管道、小区配水支管的管件连接口，室内管路、适应不同环境条件、施工速度快、不存在温度补偿问题、穿越障碍容易、异形管受力方向砌筑支墩小、工程综合造价低。原管道施工队伍施工。 3.2 法兰连接 dn≥63mm 管道中控制阀门、伸缩节等设施的连接方式。原管道施工队伍施工。 3.3 钢塑过渡连接 dn≥32mm 聚乙烯管与金属管、金属阀门、金属水嘴等的连接方式。原管道施工队伍施工。

2.6原料、产品的存放、包装问题
　　（1） 考察期间，发现个别制管企业的进口原料露天堆放，管材也有露天无遮盖堆放，这样是欠妥的。
　　（2）对于管材出厂前两端应加堵盖；盘管整体应用编织布包扎，且不超出运输车辆的宽、高限度；对于柔性承插管的堵盖应加长，确保端口密封面的圆度及完好。
　　（3）中、小口径管材出厂应捆扎成形，互不相擦；为了节省运输费用而小管套入大管的方式，一方面要用户认可、二方面小管在大管中卡固稳妥、三方面小管堵盖随车运去，到目的地再行封堵。
　　（4）管件务必用编织袋密封运输。
2.7管材的缩径问题
　　（1）生产聚乙烯给水管的工艺流程如下：
　　聚乙烯原料→干燥→挤出→真空定型→喷淋冷却→打印标识→直管(盘管)切割→翻料(盘卷)堆放→检测→合格品→入库。
　　（2）管材定长切锯后，管两端面外径要缩小，当dn315mm-dn1600mm时，管两端外径要缩小20-60mm，两管热熔对接后，加之内翻边的存在，管材接口处，缩径达40-80mm，在dn1600mm聚乙烯管生产线上缩径现象更为明显。这样管道容易积气，这对输配水的过水能力影响很大，也容易引起微生物在管道内的滋生。
　　（3）制管企业在生产线定长锯切后应增添一扩口工序，保证出厂的管材端面不缩小。
　　（4）制管企业在工厂采用热熔对接焊制的管件，为了减少输水阻力应采取措施避免产生内翻边。
　　（5）同样原因，管段现场热熔对接时，亦应有措施避免或切除内翻边。在亚大塑料制品有限公司总部考察时，见到他们就已引进了一台内翻边去除工具，遗憾的是一直没有应用过，据了解操作麻烦，业主或规程上均没有强行要求。
　　（6）管材热熔对接形成内、外翻边，是否对接口的强度有加固作用，去除内、外翻边后，接口的强度是否削弱，应该立题论证。
2.8密封橡胶圈的材质要求
　　（1）在承插柔性连接方式上，密封橡胶圈的材质是相当重要的，在《埋地聚乙烯给水管道工程技术规程》（CJJ101-2004）的3.3.12条中，从材质、物理力学性能、卫生要求等均作了明确规定；
　　（2）制管企业应从水管密封胶圈定点供货的专业橡胶厂订购；
　　（3）橡胶材质可采用三元乙丙、丁苯橡胶，由用户选定，建议采用进口的三元乙丙橡胶原料生产；
　　（4）橡胶厂批量供货时，应提供原料材质及来源证明，物理力学检测报告，卫生检测报告。
2.9管道抢修管件的开发问题
　　此次在亚大等制管企业考察时，看到了他们引进的一些抢修管件，建议尽快国产化。

不锈钢修补管件

快装接头

　　特点：一个规格的接头适应不同外径管道使用
2.10应抓紧编制新型管材的安装施工定额
　　新型管材的推广应用离不开安装施工定额的制定与完善，否则无法合理地进行各类管材敷设过程的综合造价分析。
2.11带黑色的聚乙烯管材是卫生的管材
　　黑色高密度聚乙烯管材混配专用料，它含有均匀分散的碳黑粒子和优化的稳定剂体系，保证了该材料具有良好的耐候性和长期热稳定性，并且此类管材在国内外卫生检验部门均认可是卫生的，因此可用于输送饮用水的管材。倘若不添加碳黑的聚乙烯管材则是白色的，从卫生角度评价是没问题的，但它的耐候性等物理性能达不到前者，使用年限减短，是不可取的。倘若制造出‘黑白复合管’，内壁管是PE63的白色管、外壁管是PE100的黑色管，从卫生角度分析是可放心的，但复合管壁厚尺寸等内容，目前国内无标准可依，还有待立题科研论证，起草标准，特别对黑色聚乙烯管的不卫生性提供依据，否则复合管怎么‘推广应用呢’？在这里白管与黑管的争论是认识上的误区，这正是在推广聚乙烯管材的过程中需要耐心地做好舆论解释工作的一个方面。
2.12保持良好的水力条件是推广聚乙烯管道的积极因素
　　为了便于比较，第一类管材为水泥压力管、衬水泥砂浆防腐的金属管；第二类管材为聚乙烯等塑料管，第一类管材的管壁粗糙系数n₁=0.013；第二类管材的n₂=0.009。　 通过水力学中的达西公式(1)与曼宁公式(2)的关系，可求得以下的比较；
　　Q=AC(Ri)^0.5　　　　　　　(1)?
　　C=1/n R^1/6　　　　　　　 (2)
　　式中：Q-流量；
　　　　　A-管道的过水断面积，对于园管A=(π/4) D²?
　　　　　C-谢才阻力系数；
　　　　　i-水力坡度；
　　　　　n-管道的粗糙系数；
　　　　　R-水力半径，对于园管R=D/4
　　将(2)式代入(1)式得：
　　Q=(k/n) D^8/3i^0.5　　　　　　 (3)
　　式中：D-管径；
　　K=(π/4)×(1/4^2/3)
　　(1)当管道输水流量、水头损失一致时，则：
　　D₂/D₁=(n₂/n₁)^3/8?=(0.009/0.013)^3/8=87%
　　说明塑料管内径可比金属管、水泥压力管内径小13%；
　　(2)当管内径、水头损失一致时，则：
　　Q₂/Q₁=n₁/n₂=0.013/0.009=1.44
　　说明塑料管过水流量可比金属管、水泥压力管大44%；
　　(3)当管内径、输水流量一致时，则：
　　i₂/i₁=(n₂/n₁)²=(0.009/0.0013)²=0.48
　　说明塑料管水头损失可比金属管、水泥压力管小52%。
　　因此，对各类管材综合评价时，应考虑以上因素。但是聚乙烯管的缩径问题、热熔对接的内翻边问题、对接制管件的内翻边问题，影响了管道的水力条件，管径偏小影响较大，建议制管企业、管道敷设单位共同处理好这一不足点。

3.对于供水企业应用聚乙烯管的几个问题

3.1在城市供水管网中，聚乙烯给水管首先推广的范围
　　（1）在管网技改工程中，非开挖钻孔牵引管道、管中管工程、浮沉法穿越湖泊及江河的工程，采用热熔对接的聚乙烯给水管，是可选用的方案之一。
　　（2）非车行道下的配水管道，特别是小区内的配水支管，宜采用承插式柔性非锁紧型聚乙烯给水管材，管件采用锁紧型接口。
　　（3）配水支管引接入户支管，采用止水栓管件时，务必管卡部位全包砼。
　　（4）停水、不停水从配水支管引接入户管时，电熔鞍型连接形式是可靠的连接方式。
　　（5）水表节点及入户支管，热熔承插连接的聚乙烯给水管材，亦是可选用的方案之一。
　　（6） 在城市供水管道中采用的聚乙烯给水管材、管件，宜采用PE100欧洲品牌的混配专用料生产。
3.2选购管材、管件的须知
　　（1）选购混配专用料的技术性文件，主要应包括以下方面：
　　A.原料厂家在国际权威实验室进行的原料等级认证证书；
　　B.应标明原料的级别和牌号；
　　C.应标明该批号的原料是‘给水管用混配专用料’，因水管原料要特别注意应符合输水设备的卫生性能要求；
　　D.应标明该批号原料出厂的物理性能检验报告单，检验项目包括炭黑含量；炭黑分散等级；氧化诱导时间（200℃）min；熔体流动速率（5kg，190℃）。另外，有些制管企业还按prEN12201：2002欧洲标准对原料作密度、挥发份含量、含水量、拉伸强度、耐慢速裂纹增长(SCG通过缺口试验和锥体试验方法检验)、耐快速应力开裂(RCP通过S4方法检验)检验；
　　E.制管企业对该批号采购的混配专用料，应委托有资质的检验单位，对上述C、D两项涉及的内容进行复验，提供相应检验报告单。
　　F.建议国家相关检验部门向用管、制管单位提供鉴别聚乙烯原料品牌、级别的检验方法。
　　（2）考察制管企业的相关证书、检验手段、过程控制等是否满足《给水用聚乙烯（PE）管材》国家标准（GB/T13663-2000）和建设部行业标准《埋地聚乙烯给水管道工程技术规程》（CJJ101-2004）的规定。
　　（3）采购方应提供以下相关数据：
　　A.管道的工压、输送水的最高水温；
　　B.管材、管件的用材级别；
　　C.管道公称外径、管材长度、连接方式；
　　D.不同管径等的管道长度；
　　E.管件的类别、规格、型式、数量；
　　F.管材、管件的外覌颜色。
　　（4）采购方应提供以下相关要求：
　　A.管材、管件的出厂合格证、检测报告；
　　B.密封橡胶圈的材质、牌号、合格证、检验报告、规格、数量；
　　C.管材、管件（包括辅件）的包装要求；
　　D.管材、管件的运输方式及相关要求；
　　E.付款方式、付款细则；
　　F.交货日期、交货地点、交货方式、验收细则；
　　G.要求的服务细则、承诺条款等。
3.3敷设聚乙烯给水管道的要点
　　建设部行业标准《埋地聚乙烯给水管道工程技术规程》（CJJ101-2004）中，已对埋地聚乙烯给水管道工程的设计、安装施工、工程验收等方面均作了规定与阐述，它是指导我们敷设聚乙烯给水管道的守则。为了贯彻这一规程，扼要商讨以下问题：
3.3.1防老化问题
　　(1) 聚乙烯给水管可以是蓝色管，也可以是黑色管上挤出蓝色条，通常后者抗紫外线和防老化的性能好些；
　　(2) 聚乙烯管不宜明敷，实在需要明敷也建议加套管保护；
　　(3) 聚乙烯管在运输、存贮过程应防止阳光直射，工地摆放时间力争很短。
　　(4) 作了防老化处理的聚乙烯管违背上述两点也是可用的，但使用年限要打折扣。
3.3.2关于温度相关问题
　　(1) 聚乙烯管输送的介质温度高于20℃时，选用管材的公称压力应按《埋地聚乙烯给水管道工程技术规程》（CJJ101-2004）中4.1.1式计算，它将大于管网的工压值；
　　(2) 《埋地聚乙烯给水管道工程技术规程》（CJJ101-2004）中4.2.4条，要求埋地聚乙烯管道与热力管道间距不得小于1.5m，并按聚乙烯管道表面温度不超过40℃的条件计算间距；
　　(3) 局部明敷管道加了套管，亦要核定阳光直射套管是否使聚乙烯管表面温度超过40℃，否则应添隔热层；
　　(4) 聚乙烯管的线膨胀系数是钢管、球铁管的10多倍，但聚乙烯管的弹性模量却比金属管低的多，说明虽然聚乙烯管伸缩的程度比较高，但是伸缩产生的应力却明显的小， 因此敷设聚乙烯管时克服季节温差引起的轴向变形的措施是相当重要的，可控制这种伸缩所需的固定方法常常简单而经济，它利用聚乙烯独特的优点--应力松弛性能来控制机械活动和变形，最基本的有两种方法：一是不固定管道，使管道随着温度变化自由运动，如在规划允许的范围内热熔、电熔连接的管道蛇形敷设，适应管道温度变化的需要；二是通过锚定的方法来控制其尺寸变化，如热熔、电熔连接的管道与金属管道、水泥压力管道连接时，应对聚乙烯管道牢固卡住，避免聚乙烯管温度变化的轴向力，影响与金属管道、水泥压力管道连接口的密封性。当然，各管段闭合时的气温尽量趋向年平均气温；非锁紧型承插柔性连接的聚乙烯管道，可自行适应管道温度变化的需要。
3.3.3聚乙烯管道刚度较弱、材质较轻的对策
　　（1）管槽沟底是卵石等硬土层时，应垫砂或碎土，管体四间亦应回填砂或碎土；
　　（2）管道埋深不宜小于0.6m，在轻型车行道下不宜小于1.0m，管道穿越车行道应设套管保护；
　　（3）管线上的阀门应有垫墩，并阀座两侧采取卡固措施，防止阀门启闭时的扭力影响管道的接口；
　　（4）承插非锁紧型柔性管道敷设时，建议每根管有2-3点用砖等与沟壁卡紧；
　　（5）聚乙烯管材较轻，敷设过程中若沟槽积水容易浮管，因此聚乙烯管道入沟后，随即覆土，防止发生浮管事故。
3.3.4管材的连接方式
　　（1）热熔对接
　　A.热熔对接的原理
　　热热熔对接是将待接PE管段界面，利用加热板加热熔融后相互对接融合，经冷却固定而连接在一起的方法。
　　B.准备
　　a.对接管段均应材质一致，应尽量采用同一厂配套材料；
　　b.对接管段外径、壁厚应一致；
　　c.待焊管材和管件的内外表面尤其是端口附近应光滑平整，无异状；
　　d.管材的尺寸偏差等应满足要求；
　　e.对接管段均应具有与焊机匹配的良好的加工与焊接性能；
　　f.检查焊接系统及电源匹配情况，清理加热板，将焊机各部件的电源接通，并且应有接地保护；
　　g.按焊机给出的焊接工艺参数设置加热板温度至焊接温度；若是自动焊机，还应设置吸热时间与冷却时间等参数。
　　C. 热熔对接的操作要点
　　a.焊接流程

　　b.焊接条件
　　(a)导致PE熔融流动的焊接温度；
　　(b)焊接压力；
　　(c)压力及温度的作用时间。
　　c.焊接工艺曲线

　　切換作业---是热熔对接的关键！

热熔对接的全套设备

超大口径PE管道全自动对接焊机

热熔对接焊机

机架

热板

铣刀

注塑90°弯管管件

注塑三通管件

对接制三通管件

dn1400对接制三通

对接制90º弯管管件

dn1200对接制弯头

　　d.装夹焊管
　　(a)打开机架，按要求设置吸热时间和冷却时间；
　　(b)打开夹具，将焊接管安装到机架中装夹；
　　(c)调整同心度，必要时调整浮动悬挂装置或用辊杠、支架将管垫平减小摩擦力；
　　(d)同时清洁管材/管件的内外表面。
　　e.铣削焊接面
　　(a)启动铣刀，按下手枪钻开关并锁死，闭合机架，调整压力，形成连续屑后，宽度等于壁厚，适当降压；
　　(b)打开机架，关闭铣刀，打开铣刀安全锁，取出铣刀；
　　(c)放置铣刀；
　　(d)清屑，清理铣屑时不允许用手摸焊接面。
　　注意：该过程必须先适当降压，再打开机架，后停铣刀，防止焊接端面出现台阶。
　　f.测拖动压力
　　(a)检查。
　　(b)闭合机架，均匀缓慢的加压，机架开始运动时，记录压力值为拖动压力（P₀）。
　　· 检查焊接端面间隙 < 0.3mm；
　　· 检查焊接件的错边 < 管壁厚10％；
　　· 检查管材/管件是否夹紧；加压到焊接压力（P₁），如果未夹紧应调整管材/管件位置，需重复以上的过程。
　　(c)合格后，降压力，打开机架。
　　g.端面平整吸热
　　(a)放置清洁的热板，闭合机架，迅速调整压力至焊接压力(P₁)＝拖动压力(P₀)＋接缝压力(P₂)；
　　(b)观察热板两侧，焊接面整个圆周的凸起高度至规定值，迅速降压至拖动压力（P₀ ）同时按计时按钮，吸热计时开始。
　　h.切换对接（重点）
　　(a)吸热时间结束，报警器自动报警，关闭报警器，打开机架，迅速取出热板，立即闭合机架，使焊接面贴合，将压力调整到焊接压力（P₁＝P₀＋P₂），同时按下冷却计时器按钮，开始冷却、计时；
　　(b)注意：该过程是五个动作连续的一气呵成，也是人为因素的严格控制部分，易出现焊接质量问题的过程，切换对接的时间，必须控制在小于规定的时间内（ < 10S）。
　　i.拆卸焊管
　　(a)冷却时间结束，报警器报警，按冷却计时按钮，关闭报警器；
　　(b)降压至零；
　　(c)松开夹具螺丝，取出已焊接好的焊管，打开机架；
　　(d)进行下一个的焊接循环。
　　注意：*必须是先降压再拆除夹具，防止划伤焊管；
　　　　　*不同型号的热熔焊机，作业要点不完全一致。
　　D.对接的质控
　　(a)焊环宽度B　 B=0.35en～0.45en；
　　(b)焊环高度H　 H= 0.25en～0.35en；
　　(c)环缝高度h　 h=0.1en～0.25en；
　　注：en --管壁厚度。
　　上述数据的选取，应遵循“小管径选较大值，大管径选较小值”的原则。
　　E.注意事项
　　a.应根据ISO/CD 12176-1规定，采用热板加热表面的粗糙度不得超过2.5μm；
　　b.不同类型管材应选用不同的热板温度；
　　c.焊接面应保持清洁；
　　d.焊接时不应使接头承受轴向拉伸应力；
　　e.管材的拖拉力应视材料、长度和安装环境调整；
　　f.管材对中误差（错边）不应超过壁厚的10%；
　　g.选用加热压力值，应保证管端受热后与热板平面达到良好接触，可以通过目视翻边的形成情况来判断；
　　h.选用吸热压力值，应保证熔料不被挤走；
　　j.选用吸热时间值，应保证管端有足够的熔深；
　　k.不能选用过高的焊接压力，避免形成“冷焊接头”、切换时间越短越好，否则熔料不但会迅速降温，还会发生热氧化；
　　l.选用加压时间，应保证焊接压力的平稳；
　　m.不能为了效率而缩短冷却时间；
　　n. 每天收工时管口应封堵。
　　F.质量的检验
　　a.破坏形式：弯曲试验、拉伸试验和静液压试验。
　　b.非破坏形式：
　　施工中现主要采用目测和“后弯”试验方法。
　　目测--翻边应是实心和圆滑的，根部较宽。若根部较窄且有卷曲现象的中部翻边，可能是由于压力过大或吸热时间过短造成的。
　　“后弯”试验方法--即用手指按住翻边外侧，将翻边向外弯曲，在弯曲过程中观察是否有细微缝状缺陷，如有则说明加热板可能存在细微污染。
　　理想的诊断方法：
　　美国塑料管研究所在上世纪八十年代末，运用超声波回波脉冲法原理，开发了聚乙烯管热熔对接接头的超声波检查系统，按检查的特征和采用机械试验的关联分析结果，对焊接质量做出判断，而国内目前尚未引进或研制。
　　G.热熔对接典型缺陷
　　a.焊缝缺口

　　
　　可能的原因 :熔接压力不足;吸热或冷却时间过短。
　　b.缺口和凹槽（接头附近的管材表面）

　　
　　可能的原因:夹具问题;搬动不当。（要求：△s≤0.1s）
　　c.管端错位

　　

　　产生的原因:同壁厚管段连接错边量偏大（要求：e≤0.1s）；焊接范围失配。
　　注：不同壁厚管段因焊接工艺较复杂不提倡采用对接焊，特殊情况下焊接时应保证错边量。
　　d.角度变形
　　

　　可能的原因:焊机问题；管材安装的问题。
　　要求：e≤1mm 。
　　e.过窄的变形卷边
　　
　　产生的原因:熔接压力过大。

　　f.卷边不规范（较窄或较宽）
　　
　　可能的原因:吸热时间不正确；热板温度不正确；熔接压力不正确。

　　g.卷边不均匀
　　
　　可能的原因:管端制备偏差较大；焊机故障。
　　h.预防-假焊
　　
　　可能的原因:管端面被污染；接头表面氧化；转换时间过长；热板温度过低造成冷料，使界面分子交换不足；过高的焊接压力或温度，使熔融料多数被挤出。
　　i.预防-砂眼

　　

　　可能的原因:熔接压力不足；冷却时间不足。
　　j.预防-杂质引起的孔隙

　　

　　可能的原因:热板污染；存在水、溶剂。
　　（2）热熔承插连接
　　A.热熔承插连接程序
　　a.端口倒角；
　　b.连接面擦净，在插口端划标线；
　　c.用加热工具，同时对管材、管件的连接面加热；
　　d.当dn≥63mm时，采用机械装置的加热工具，否则为手动加热工具；
　　e.加热完毕，立即退出加热工具，用均匀外力将插口逗入承口达标线的深度，在承口端部形成均匀凸缘。
　　B. 热熔承插连接（管件）

　　

　　（3）热熔鞍形连接
　　 热熔鞍形连接程序
　　A.首先干管固定，保持连接部位的圆度与直线度；
　　B. 连接部位上的污物擦净，刮除连接部位氧化皮；
　　C. 连接部位同时用鞍形热熔加热工具加热；
　　D. 加热完毕时，立即退出加热工具，用均匀外力将鞍形管件压到干管连接部位，使连接面周围形成均匀凸缘。
　　（4）电熔连接
　　A.电熔连接原理
　　所谓电熔连接，就是将电熔管件套在管材、管件上，预埋在电熔管件内表面的电阻丝通电发热，产生的热能加热、熔化电熔管件的内表面和与之承插的管材外表面，使之融为一体。
　　B.电熔连接优点
　　减少焊接过程中人为因素的影响；通过管件的结构设计和精确地控制输入功率（优化操作电压或电流和通电时间），可以获得高质量的接头——强度高、寿命长、水密封性好；而且操作简便，施工效率高。
　　C.电熔连接缺点
　　由于电熔管件的引入，连接成本较高，以及对连接管材的加工尺寸精度要求较高。

电熔焊机

现场电熔连接作业

电熔套管

电熔三通

电熔弯管

电熔钢塑转换管件
　　D.准备
　　a.对接管段均应材质一致，同时应尽量采用同一厂配套材料；
　　b.对接管段外径、壁厚应一致，误差在许可范围内；
　　c.待焊管材和管件的内外表面应光滑平整，无异状；
　　d.对接管段均应具有与焊机匹配的良好的加工与焊接性能；
　　e.检查电源电压值；
　　f.检查导线截面积，当电源在50m内选用4mm²，当电源在50-100m时选用6mm²；
　　g.接线，地线务必接地。
　　E.注意事项
　　a.寒冷气候、大风环境下焊接，必须采取保护措施；
　　b.需焊接的表面，临焊接前必须刮除氧化皮、必须洁净；
　　c.电熔管件不用时不拆包装；
　　d.严格按焊机说明书和管件条码规定的时间值进行焊接；
　　e.在焊接过程中及焊接完成后的冷却阶段，不得移动连接件或施加任何外力；
　　f.每焊一个管件，应观察观察孔凸起和手摸管件是否发热；
　　g.焊机不防水，严禁焊机进水；
　　h.每天收工时管口应封堵。
　　F.质量检验
　　电熔焊接的质量检验主要分现场检验和破坏性检验：
　　a. 现场检验内容主要是对焊接过程进行监督目检，控制人为因素对焊接质量的影响；目检管材、管件是否对正，插入深度是否到位；是否按操作步骤及注意项目进行作业；
　　b.破坏性检验的内容包括挤压分 离试验、剥离试验、静液压试验。
　　（5）电熔鞍形连接
　　A.首先将被连接的干管固定，保持连接部位的圆度与直线度；
　　B.干管连接部位及鞍形管件连接部位上的污物，用洁净的棉布擦净，刮除连接部位的氧化皮；
　　C. 通电前，将电熔鞍形连接管件用机械装置固定在干管的连接部位；
　　D. 通电加热，使连接面周围形成均匀凸缘。

电熔鞍型连接 之一

电熔鞍型连接 之二

　　（6）承插柔性非锁紧型连接

承插式非锁紧形式接口的PE管材 承插式非锁紧形式接口的PE双承套管 承插非锁紧型接口的PE双承90°弯管 承插非锁紧型接口的PE双承一插三通

小口径钢塑过渡活络接口的PE三通

承插非锁紧式接口的PE盘插短管

承插非锁紧式接口的PE盘承短管 小口径钢塑过渡活络、丝扣连接的PE直节、PE弯管

　　A.准备
　　a. 插口端务必倒角，角度不宜大于15°，倒角后管端壁厚不减少一半；
　　b.清理插口外侧和承口内侧表面，清洗胶圈、检查胶圈外观质量；
　　c.检查润滑剂及逗管工具是否完好；
　　.按当天气温，按‘技术规程表5.4.1’确定插口逗进深度，划好标记线。
　　B.注意事项
　　a.逗管前，先用稀释后的润滑剂涂刷胶圈与插口端外表面；
　　b.胶圈在承口凹槽内就位正确；
　　c.逗管时，承、插端中心一致，施力均匀，待插口标记线到承口端时停止施力；
　　d.插入时，阻力过大应立即退出，检查原因，排除障碍。

　　
　　检查管材表面有无较深的划痕
　　
　　检查承口内的密封橡胶圈是否到位
　　
　　除去插口上的保护塑料封套。检查插口是否已倒角及上面是否有较深的划痕
　　
　　将插口擦抹干净，随即涂上润滑剂（一般为稀释了的洗洁精）
　　
　　将插口端对准承口并保持管道轴线平直，将其平稳插入，防止使橡胶圈移位
　　
　　将管材插入至两条深度标记线中间位置，检查其圆周间隙是否一致，即完成安装。
　　靠近插口端标线为气温较低时的插入深度线，较远为气温较高时的插入深度线
　　（7）承插柔性锁紧型连接
　　A.对于dn≥90mm的管材与管件的承插柔性锁紧型连接，锁紧型的承口较长，连接时除密封胶圈外，还附锁紧锁环，它的安装要点同上。
　　B.dn<90mm的管材与管件的承插柔性锁紧型(活络)连接，应符合以下规定：
　　a.检查管材、管件、锁紧螺母、压圈、密封圈的质量，将管材及管件插口部位清理干净；
　　b.连接时应依次将锁紧螺母、压圈、密封圈套在管材插口端部，聚乙烯管的插口端还需插入不锈钢内套管，密封圈距插口端部的距离应按不同管径而定，dn63mm时的距离为20mm、dn32mm时的距离为10mm，然后将管材插入连接件口内，将锁紧螺母锁紧，不留余扣；
　　c. 聚乙烯管与镀锌管的连接时，dn63mm、dn32mm聚乙烯管与DN50mm、DN25mm镀锌管连接，镀锌管插端应更換相配套的压圈和密封圈，但密封圈的端口只需与镀锌管端口对齐即可，镀锌管不得插至连接尽头。
　　
　　检查管材、管件表面，特别是管材两端口是否有较深的划痕
　　
　　将活接管件的锁紧螺母卸下后套在管材上

　　
　　依次套上锁紧圈，密封圈。锁紧圈的锥形小头须朝管件承口方向。将管件配套附带的不锈钢卡挡圈插入管材中

　　
　　密封圈与管端间距离为：dn63/20mm；dn32/10mm。然后将管材平直地插入承口内
　　
　　将螺母贴紧管件顺时针方向旋转，用专用扳手拧紧，直至不露丝口即完成安装。注意旋转过程中不得乱扣
　　
　　配合镀锌管使用的活络连接管件，安装与上述方法一致，只是在安装时注意将锁紧圈和密封圈套至管材端口平齐
　　（8）法兰连接
　　
　　PE管与金属管间连接的背压活套法兰连接
　　A. 聚乙烯管端法兰盘（背压松套法兰）连接，应先将法兰盘（背压松套法兰）套入待连接的聚乙烯法兰连接件（跟形管端）的端部，再将法兰连接件（跟形管端）平口端与管道按热熔或电熔连接的要求进行连接；
　　B.两法兰盘上螺孔应对中，法兰面相互平行，螺孔与螺栓直径应配套。
　　（9）钢塑过渡管件连接
　　A. 钢塑过渡管件的聚乙烯管端与聚乙烯管道连接应按热熔或电熔连接的要求进行连接；
　　B. 钢塑过渡管件的钢管端与金属管道连接，应符合相应的钢管连接方式的规定。
　　3.3.5聚乙烯管与阀门等法兰连接时，建议增设双法兰短管
　　《埋地聚乙烯给水管道工程技术规程》（CJJ101-200）条文说明的表3，列出了常用规格的聚乙烯管和金属管、阀门的相应配套关系表。具体数据如下表 。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(mm)

聚乙烯管

公称外径dn 32 40 50 63 75 90 110 160 200 315 400 450 500 560 630 阀门、金属管

公称内径DN 25 32 40 50 65 80 100 150 200 300 350 400 450 500 600

　　由于聚乙烯管与金属管的内、外径配套关系不一、管壁厚度不一，故聚乙烯管与阀门、金属管法兰连接时，建议增添一双法兰短管。短管一侧法兰盘尺寸与阀门、金属管法兰尺寸一致；短管另一侧法兰盘尺寸与聚乙烯管法兰尺寸一致。从而法兰盘连接规范、合理，管内径过渡平滑，减少水流阻力。
3.3.6金属示踪线
　　聚乙烯管埋于地下后，难以用常规方式巡示，给管网的维护管理带来困难，故《埋地聚乙烯给水管道工程技术规程》（CJJ101-2004）中4.2.10条规定，管道敷设后宜沿管道走向埋设金属示踪线。
3.4聚乙烯管道的水压试验
　　聚乙烯管道的水压试验，是为了间接证明施工完成后的管道系统密闭的程度。但聚乙烯（PE）管道与金属管道不同，金属管线的水压试验期间，除非有漏失，其压力能保持恒定；而聚乙烯管线即使是密封严密的，由于管材的蠕变特性和对温度的敏感性，也会导致试验压力随着时间的连续而降低，因此应全面的理解压力降的含义，理解《埋地聚乙烯给水管道工程技术规程》（CJJ101-2004）对聚乙烯管道水压试验方法的特殊考虑。
　　聚乙烯管道试压前应充水浸泡，时间不应小于12h，彻底排净管道内空气，并进行水密性检查，检查管道接口及配件处，如有泄漏应采取相应措施进行排除；聚乙烯给水管道的试验压力，应为管道系统工作压力的1.5倍，且试验压力不得小于0.8MPa； 管道水压试验长度不宜大于1km；其它一般规定类同金属管道的水压试验。
　　‘技术规程’规定管道水压试验分预试验与主试验两个阶段进行。
3.4.1预试验阶段
　　（1）将试压管道内的水压降至大气压，并持续60min，且不允许空气进入管道；
　　（2）逐渐将管道内水压升至试验压力并稳压30min，此期间可注水补压，并检查管道，排除故障，继续试压；
　　（3）停止注水补压并稳定60min，当此期间压力下降不超过试验压力的70%时，则预试验阶段结束，否则检查原因，返工重试。
3.4.2主试验阶段
　　（1）上阶段结束后，泄水降压，降压量为试验压力的10%-15%，并计量降压阶段所泄出的水量。按《埋地聚乙烯给水管道工程技术规程》（CJJ101-2004）7.2.3式计算允许泄出的最大水量；
　　当计量降压阶段所泄出的水量大于允许泄出的最大水量时，应停止试压，泄压后重新排除管内过量空气，再从预试验阶段重新开始试压；
　　（2）否则，每隔3min记录一次管道剩余压力，应记录30min，当30min内管道剩余压力有上升趋势时，则水压试验结果合格；
　　（3）若30min内管道剩余压力无上升趋势时，则应再持续观察60min，当在整个90min内压力下降不超过0.02MPa，则水压试验结果合格；
　　（4）当主试验阶段上述两条均不能满足时，则水压试验结果不合格。
3.5管道施工队伍的专业培训应常抓不懈
　　（1）各供水企业都有管道施工队伍，他们是城市供水管网建设、维护、抢修的生力军，但由于人员的更替、体制的变化、临工队伍的充实、新型管材的出现等原因，管道施工队伍的职业素质、技能水平都有待提高；
　　（2）临工队伍亦应相对固定，才能有效地开展上岗前的素质与技能的培训，发给上岗证；
　　（3）在考察期间，了解到各制管企业均有一支售后服务的专业队伍，他们都能到工程现场进行技能传授、安装指导，对于大型工程，有些制管企业附有专业施工队伍承包安装，这些对推广聚乙烯管道的敷设起到积极的作用。
　 （4）为了贯彻好近期颁布的建设部行业标准《埋地聚乙烯给水管道工程技术规程》（CJJ101-2004），组织好各供水企业相关的行政、技术管理人员进行‘聚乙烯管道专业知识’的讲座，是十分必要的。操作工人的技术培训，建议分地区配合制管企业进行针对性强的理论和实际操作的培训，更为有效。
　　以上阐述，既结合了‘调研报告’的内容，又从个人的角度作了一些补充，不当之处望指正。

2005年1月24日