目前我国PE燃气管道制造和应用中几个问题的探讨

1、中国土木工程学会城市煤气分会第八届理事会论文目前我国PE燃气管道制造和应用中几个问题的探讨浙江中财管道科技股份有限公司一、序言20世纪60年代中期，欧洲开始采用中高密度聚乙烯埋地输配气管道。此后在加拿大、美国等国家推广使用。1964年，杜邦公司的ALDYL“A”（MDPE）问世之后，聚乙烯燃气管道被正式推广使用。我国是从80年代初期开始聚乙烯管道的研究工作，当时中国几乎没有使用聚乙烯管道进行输配气的经验，1982年开始在上海的几个乡镇用PE燃气管输送人工煤气的试点工作。经运行10年后，把该聚乙烯管挖出进行性能测定，有关指标显示完全满足当时的ISO4437对新管材的要求。1971年在美国发生的洛

2、杉矶地震（震极6.6）和1989年加利福尼亚大地震(震极7.1)中均没有发现聚乙烯管道受损。1995年日本兵库县以神户为中心的南部地震(震极7.2)，是世界上史无前例的、袭击现代化大城市的直下型地震。建筑物、公路、桥梁等设施和煤气、电力和自来水系统严重受损。煤气管道系统也大规模被毁，其中以钢管和铸铁管的连接部位有26000处受损，迫使86万户居民无法使用煤气，并发生了4人死亡的煤气中毒事故。与此同时，经调查约1500KM的聚乙烯管道完好无损。现在我国大部分地区仍旧以相对廉价的煤炭作为能量来源，破坏生态、污染空气，不利于我国实施持续发展战略。我国有丰富的天然气资源，它是一种清洁能源，但在我国的能

3、源结构中仅占11.2% ，远远小于发达国家2025%的比例，国家计划用1020年的时间,使我们的能源结构中,天然气占比例达到10%.正如大家所知的,我们正在实施西气东输,东海气登陆,进口LNG等工程,将要和正在建设遍布全国的天然气输送管网.我国城际间的天然气管道,近年来快速增长,但聚乙烯燃气管道的应用仅为20%,其市场发展潜力巨大.中财集团发挥金融投资和塑胶实业共同发展的优势，采用德国WEBER、KRAUSSMAFFEA、英国MSA公司的最新设备，开发生产了中财牌聚乙烯燃气管道，现已形成每年10万吨聚乙烯燃气管道和管件的生产和检验能力。聚乙烯管材由于具有优异的耐腐蚀性、柔韧性、耐地震、及施工方

4、便的特点，被广泛应用，至今已有50余年的历史。管材原料、安装技术、质量管理等方面也有很大的发展。现在就中财管道科技公司，在开发生产聚乙烯燃气管中，就原料、生产技术、管件、检测、服务和新技术开发等方面与大家做个交流。二、 原料第一代产品：国际上60年代的聚乙烯燃气管，使用的原料相当于PE63级聚乙烯，现在国内所生产的PE2480就相当于此，一般称为第一代产品，这种管材级树脂共聚单体含量相当低。为提高性能，采用提高分子量来补偿，其缺点是长期静液压强度实验时可出现脆性破坏。 1974年，阿托菲纳公司用为第一家以乙烯作为共聚单体，并将黄颜色引入燃气管分配体系。后经改进，于1976年，阿托菲纳公司将加有

5、碳黑的中密度聚乙烯燃气管供给法国使用。第二代产品：第二代树脂即为PE80材料，是在第一代树脂基础之上，提高了共聚单体的含量，既保证了长期静液压强度要求，改进管材耐环境应力开裂（ESCR）性能。PE80材料也经过了几代的发展，目前中财公司采用的是世界大型石化企业北欧化工（Borealis）和阿托菲纳（Atofina）最新一代的双峰中密度聚乙烯管材专用料（我公司用的是北欧化工ME3440的PE80料、HE3490的PE100料、阿托菲纳3802B的PE80料、XS-10B的PE100料）。新一代的双峰中密度聚乙烯既有很好的柔韧性和可熔接性，又极大改善了机械性能；对燃气管道而言，非常重要的耐慢速开裂

6、增长（SCG）和耐快速开裂传递（RCP）的性能也都得到极大的提高，为我们工程师在粗糙地基形成集中荷载的条件下，埋设聚乙烯管道，创造了条件，切实保证一般施工条件下也可保证有50年的使用寿命（通过瑞典Codycote机构对材料的应用实验分析得出使用新一代PE80燃气管道的寿命在50年以上）；新一代PE80燃气管道能够长时间处于有静电和动荷载的状态下，使得工程师可以最少的维护保证管道有较强的适应性。双峰技术的聚乙烯燃气管道，由于有足够的韧性和强度，为降低管道安装费用，提高工效提供了可能。DN63以内的管道均可盘绕成一盘，极大方便了施工。中财管道科技公司正与国外同行一同研究DN180以内的管道盘绕成盘

7、的可行性：利用这类聚乙烯管道工程师还可采用无渠安装方法，免去横越道路的高昂费用：与传统的PE80相比较，由于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的热稳定性。第三代产品：第三代原料即为PE100，出现在1987年，由比利时Solvay公司生产的Tub121。目前国际上已有4家公司能够生产PE100原料，Atofina的XS10，以及Borealis的HE3490-LS即为比较先进的原料。这种原料具有双峰型分子量分布，具有较高的密度和刚度，很强的蠕变抵抗能力。SCG和RCP性能也得到较大的提高。PE100新原料的应用，有待国家出台新的相对应的规范，提高塑料燃

8、气管道的承压标准。第四代原料：第四代原料应该为PE125，目前处于中试阶段，还未工业化生产。如果这种牌号产品投入管材生产，那时管壁会减薄，米重更轻。三、干燥设备PE燃气管在生产过程中对水分含量要求极为苛刻，要求在200ppm以下，水分超标时会引起一系列问题：产品内外壁发麻、起皱、严重时有气泡气孔产品物理性能急剧下降焊接强度下降传统的小型PE管道生产厂家一般直接在挤出机上安装干燥料斗，不能完全保证水分要求，现在，国际先进生产方式采用大型专业干燥机，原理图如下，两者在干燥原理和效果上存在较大的差距。干燥机对比表对比项目传统干燥机专业干燥机干燥介质自然热风干燥热风除湿系统无分子筛热交换效果较差，可能

9、会局部过热而使原料分解ETA-PTOCESS技术保证温度均匀性防干燥过度无ATN技术效果显示一般有智能性较低高，如：干燥效果达不到标准时会自动报警干燥效果300400ppm180ppm价格低高中财管道科技公司采用世界上先进的日本川田、MOTAM公司技术和设备可非常均匀的控制原料含水量；如果材料中有杂质，将严重影响其使用寿命，甚至不到50年的一半。四、 管件用户都很关心聚乙烯管道的泄漏率。在本文的开头，我们了解到聚乙烯管道在地震状态下，优异的抗变形能力。1975年瑞士的GEORG FISHER公司首创适合于PE燃气管道的电熔管件生产线以来，涌现出了大量涉及管件的设计、制造和使用等方面的专利。1.

10、PE电熔管件的优点PE电熔管件可以通过设计其结构和电阻丝的分布工艺，以及输入的电压和时间，从而精确的控制管道获得的功率，达到接头最优的温度和压力分布，获得高质量的焊接效果。与传统的热熔连接（热熔对接和热熔套接）方式相比，电熔连接方式拥有显著的优点：连接方式内应力适用范围人为影响电熔连接熔体运动有限，内应力小D20-D250规格，及更大口径焊接工艺经过精心制定，操作者要求较低热熔连接熔体易发生错位，内应力大D63以上口径或壁厚大于6mm受操作者的影响很大，需严格培训热熔套接熔体易发生错位，内应力大D63以下规格受操作者的影响很大，需严格培训由于电熔件具有接头强度高、永久密封、连接可靠、操作简便、

11、施工效率高等优点，从而促使其一经面世，便迅速成为PE燃气管道最重要的连接方式之一。2.PE电熔管件的分类及各自特点随着电熔套接技术研究的不断深入发展，国际上先后出现了多种不同类型的PE电熔管件产品，按照成型方法和电阻丝在产品中的分布方式的不同，目前国内外常用的PE电熔管件产品主要可分为：裸露式、密封式、漆包线缠绕式、嵌入式等几种。裸露式电熔管件：直接将电阻丝通过机器或手工缠绕在模具芯子上，一次注塑成型；密闭式电熔管件：先注塑一层PE薄膜内衬，然后在内衬表面绕上电阻丝，最后连同芯子一起放入模具中进行第二次注塑；漆包线缠绕式电熔管件则需事先将电阻丝外表面涂覆一层同管件本体同材质的PE料，做成漆包线

12、，然后同裸露式一样，将漆包线直接缠绕在芯子上，一次成型；嵌入式电熔管件是先一次性注塑出管件，再在专用设备上进行镗孔，然后将电阻丝通过特制的装置巧妙的埋入管件的内壁，最后对布过线的管件内壁进行平整。上述几种PE电熔管件各自的优缺点主要如下表：类型优点缺点裸露式生产工艺简单，投资少，电阻丝能直接和管材接触电阻丝易被氧化，严重影响焊接性能；电阻丝易被管材顶脱，造成短路密封式电阻丝完全包含在管件内壁，断绝与空气接触，避免了氧化和被顶脱的可能性管件内表面有氧化层，影响导热；电阻丝距离管材太远，管材、管件融化程度差异较大漆包线式生产工艺较简单，自动化程度较高，焊接性能良好表面有氧化层，影响导热；电阻丝分布

13、深度和间距调整余量小；管件、漆包线、管材三体混接，影响焊接效果嵌入式表面无氧化层；电阻丝离管件表面距离适中且可调；焊接性能优异；美观设备投资较大；生产效率较低；对生产人员的技术水平要求较高从上表中可以看出，前两种电熔管件生产方式相对落后，产品焊接性能难以保障，目前在国外已处于淘汰的边缘，后两者则拥有更成熟的理论依据和更令人放心的焊接实践性能，尤其是嵌入式电熔管件已成为当今国际上的发展趋势和高品质电熔管件的代表。3.中财PE电熔管件由于我国PE燃气管道行业的起步较晚，目前国内的仅有的几家PE电熔管件制品生产企业由于受资金和技术的制约，普遍采用裸露式电熔管件布线方式。为了尽快提高国内PE燃气管道制

14、品的整体档次，为我国提供更令人放心的产品，并尽快缩短与国际先进水平的差距，在做了充分详尽的市场调查后，中财管道科技公司生产投资最大、成本最高、技术难度最大、焊接性能最优的嵌入式PE电熔管件。为了全面提升中财牌PE电熔管件的形象和内在质量，中财公司不仅斥巨资购买了国际上最先进的生产设备和性能卓越的原料，先后由新加坡和英国的专家设计了两批PE电熔管件模具；多次派送技术人员到英国接受有关的专业技术培训，并邀请国内外专家对PE电熔管件的开发进行指导把关。中财电熔管件的优势：（1） 更厚更安全（2） 加工精度高，偏心等控制到位：电熔管件壁厚对照表（部分）规格国标要求内控标准D323.07.1D504.6

15、9.1D908.212.8D16014.621D20018.224.2五、检测为保证客户安全放心地使用PE燃气管道产品，严格或者近乎苛刻的检测非常重要。为此中财管道科技公司投入了大量的人力、物力组建了一套严密的质量控制流程。应因国家标准的要求，我们进行了一系列的试验，包括超出国标的实验。国标对管材的测试要求：物理性能项目单位性能要求试验参数方法热稳定性Min20200GB/T17391-1998熔体流动速率g/10min加工前后MFR变化20%190 5kg3682-2000纵向回缩率%3110GB/T6671-2001力学性能性能单位要求试验参数试验方法静液压强度h破坏时间10020.PE8

16、0-9.0Mpa； PE100 -12.4MPaGb/t6111-200x破坏时间16580.PE80-4.6Mpa； PE100 - 5.5MPa破坏时间100080.PE80-4.6Mpa； PE100 - 5.0MPa断裂伸长率%350Gb/t8804-200x耐候性(仅适于黑色管材)气候老化后,热稳定性;断裂伸长率E3.5GL/m2Gb/t6111-200xGb/t8804-200xRCP（FS）试验：dn250minS4试验：适用于所有直径MpaMpaPC.FS1.5×MOPS4试验的临界压力PC.S4MOP/2.4-0.07200ISO13478:1997GB/TXXX-

17、200C-X(idtISO13477:1997)耐慢速裂纹增长>5mmh16580 0.8Mpa80 0.92MpaGB/T18476-2001国家对管件的测试要求项 目性能要求试验方法热稳定性>20minGB/T17391-1998短期静液压强度管件无破坏焊口无渗漏209.0Mpa 韧性破坏时间>100hGB/T6111-200X804.6Mpa 脆性破坏时间>165h4.0Mpa 韧性破坏时间>1000h加热伸缩管件外径及长度变化不超过±5%管件外型不允许有明显变化1.为保证管道承压性能的测试，我们引进了高低温（095）全自动恒温大型液压系统，从试验

18、的结果可看出我公司PE管道产品的承压性能和延伸性能。（加图）2.为保证产品的拉伸性能，采用电子拉力仪测试产品的拉伸屈服强度和断裂伸长率，从结果可看出本公司的拉伸强度大于21Mpa，远大于ISO527要求（大于等于19Mpa），断裂伸长率大于等于600%，远大于国标350%的要求。3.为保证加工过程中的稳定与否，我们采用熔体流动速率测定仪，从测试的结果来看变化率控制在46%之间，远低于国标20%的指标。4.为测试原料加工过程中是否有变化，我们引进了世界一流的PYRES 6 DSC热稳定测试仪，从测试结果分析本公司的指标大于60分钟，远高于国标20分钟。说明在加工过程中原料的氧化稳定体系无明显的变

19、化。5.为检测厂家提供的原料是否符合加工的要求，对每批原料都进行水分含量的测试，结果均在国标以内。6.附加实验：电熔管件的剥离和电熔管件的组合件拉伸试验（加图）。从试验的现状分析，焊接的效果十分明显，剥离试验的值几乎为0，远远高于标准33.3%的指标。组合件试验断裂出在管材处，证明焊接强度的长期稳定性。六、服务当今社会，对于一个现代化的大型企业而言，仅有先进的设备和优质的产品仍不具完善。PE燃气管道产品的使用、安装相对技术含量较高，施工过程中对气密性、安全性有着非常严格的要求，而我国塑胶燃气管道的应用方面起步较晚，技术积累较少，工作的整体素质较低，实践经验缺乏等因素造成了现阶段PE燃气管道产品

20、在普通施工人员使用安装过程中存在着许多安全隐患，必须引起我们足够的重视。作为产品的生产厂家，新型PE材料的倡导者，我们有责任也有义务保证产品的正确使用，促进行业的健康发展，同时解决客户的后顾之忧。为此中财集团建立了一套完善、稳定的服务体系来保证产品使用的安全性。我们本着“用户满意第一，创建中财品牌”的服务理念成立了专职的客户服务中心，设立24个小时开通的客户服务热线，全天候为您提供捆绑式服务，即对每一家用户建立详尽的客户档案，确保服务的及时、周到。客户服务人员将会在第一时间把您的信息通知到我公司PE大区项目部或技术服务部。遍布全国的PE大区项目部和140多个办事处1000余人（可配合营销网络图

21、）可随时满足您近距离的需求。此外在公司生产基地，由30名资深专业技术人员及多名国内外燃气界专家顾问组成的技术服务部，设立24小时咨询热线，随时为您解答技术难题，并保证在接到客户投诉电话48小时内赶到现场，确保服务的高效、稳定。技术服务部还下设50名以城市燃气专业大学生为代表的施工服务队。为确保施工质量公司为其配备了全套国际一流水准的进口高精度全自动热熔对接焊机、电熔焊机、（可配合机器图样）刮刀、切刀、断气夹具等先进设备。我公司正与权威性质量监督部门合作建立在全国首家焊工培训、资格认证基地 ，拥有完善的施工规范、培训资料库。此外，客户服务中心热情恭候每一位有意了解我公司规模、实力、生产工艺、产品

22、性能的客户、专家，为您提供完善的售前、售中服务。对于施工完成的客户我们还将依照客户服务中心的客户档案对您进行定期回访，详细了解管道的运行情况，征求您对我公司产品的使用意见，持续对产品的开发、完善，对潜在隐患进行处理，保证产品正常使用50年以上。 六、有关功能性管件的研究和行业发展充分发挥聚乙烯管道的柔韧、易施工、易加工的特点，最大限度地保证用户安全、方便地使用和维护，这是中财管道科技公司追求的一个方向。比如具有自动断气性能的聪明套筒管件，当管路上有个微小的泄漏时，能够检测到，并自动断气。从而保证了管线的安全。随着我国城镇燃气行业的迅速发展，PE燃气管的使用逐步普及，PE燃气管的安全性、可靠性更显重要。采用国际先进标准来生产PE燃气管是一种必然的趋势。新的国家标准GB/15558.2-*燃气用埋地聚乙烯（PE）管道系统的第二部分：管件正在修订与起草之中。其参照修订的标准依据分别为国际ISO80851.2.3，