2022年燃气用埋地聚乙烯管道基础知识 .pdf

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1、1 / 21 燃气用埋地聚乙烯管道元件监管工作基础知识讲座根据特种设备安全监察条例第五章监督检查第五十六条中“特种设备安全监督管理部门的安全监察人员应当熟悉相应的专业知识和工作经验”的规定，受国家质检总局的委托，有幸与在座的各位商讨监管燃气用埋地聚乙烯管道元件工作内容。由于本人水平所限，错误在所难免，敬请斧正。第一部分聚乙烯塑料相关知识一、塑料的组成和分类塑料的主要成分是树脂，约占塑料总量的40% 100% 。树脂的分子量是不固定的，在常温下呈固态、半固态或半流动态的有机物质，但一般不包括沥青、树胶、蜡等。它们在受热时能软化或熔融，在外力作用下能流动，一般不溶于水，能溶于有机溶剂。可分为天然树

2、脂和合成树脂两大类。在塑料工业中指用做塑料原料的未加填加配合剂的聚合物、预聚物的总称。塑料是以合成的或天然的高分子化合物为基本成分，在其制造或加工过程中的某一阶段能流动成型或借原地聚合或固化而定型，其成品状态为柔顺性或刚性固体，但非弹性体，含有填料、增塑剂、稳定剂及其他添加剂等配合物。据其受热后性能变化可分为热塑性塑料和热固性塑料。按用途可分为通用塑料、工程塑料和特种塑料。塑料一般具有质轻、绝缘、耐腐蚀、耐摩檫、易加工、美观等特点。1、热塑性塑料：树脂为线型或支链型大分子链的结构。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 21 页

3、2 / 21 聚乙烯(PE)、 聚丙烯 (PP)、 聚苯乙烯 (PS)、 聚氯乙烯 (PVC)、 聚甲醛 (POM) 、聚酰胺( 俗称尼龙 )(PA) 、 聚碳酸酯 (PC)、 丙烯腈- 丁二烯 -苯乙烯共聚物 (ABS)、聚甲基丙烯酸甲酯 ( 俗称有机玻璃 )(PMMA) 、丙烯腈 - 苯乙烯共聚物 (A/S) 、聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PETP) 2、热固性塑料酚醛树脂 (PF)、环氧树脂 (EP)、氨基树脂、醇酸树脂、烯丙基树脂、脲甲醛树脂 (UF)、三聚氰胺树脂、不饱和聚酯(UP)、硅树脂、聚氨酯 (PUR) 3、工程塑料广义：凡可作为工程材料即结构材料的塑料。狭义：具有某些金属性能，

4、能承受一定的外力作用，并有良好的机械性能、电性能和尺寸稳定性，在高、低温下仍能保持其优良性能的塑料。通用工程塑料：聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、丙烯腈- 丁二烯-苯乙烯共聚物、聚苯醚 (PPO)、聚对苯二甲酸丁二醇酯 (PBTP)及其改性产品。特种工程塑料（高性能工程塑料）：耐高温、结构材料。聚砜(PSU)、聚酰亚胺(PI) 、聚苯硫醚 (PPS)、聚醚砜 (PES)、聚芳酯 (PAR)、聚酰胺酰亚胺(PAI) 、聚苯酯、聚四氟乙烯 (PTFE)、聚醚酮类、离子交换树脂、耐热环氧树脂4、功能塑料（特种塑料）具有耐辐射、超导电、导磁和感光等特殊功能的塑料。氟塑料、有机硅塑料5、结晶型塑料分子规整排列

5、且保持其形状的塑料。PE 、PP 、PA 6、非结晶型塑料精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 21 页3 / 21 长链分子绕成一团（对热塑性塑料）或结成网状（对热固性塑料），且保持其形状的塑料。 PS 、PC 、ABS 二、 聚乙烯树脂合成与概况1933年英国 ICI 公司首先发现了聚乙烯，发展至今聚乙烯已是一个由多种工艺方法生产的、具有多种结构和特性及多种用途的系列品种树脂，已占世界合成树脂产量的1/3，居第一位。生产聚乙烯的原料可以从原油、轻油裂解分离中制得。聚乙烯塑料的相对分子质量在10 000 以上，根据密度的不同

6、分为高密度聚乙烯、中密度聚乙烯和低密度聚乙烯。低密度聚乙烯较软，多用高压聚合；高密度聚乙烯较硬，多用低压聚合。大量使用的常为低密度（高压）聚乙烯。聚乙烯是当今世界用量最多的一种塑料。聚乙烯为蜡状，有蜡一样的光滑感，不染色时，低密度聚乙烯透明，而高密度聚乙烯不透明，最大用途是在农业大棚、食品袋等方面。它不怕水，也不怕油，抗化学腐蚀性强，且美观实用。什么是聚乙烯：聚乙烯是最结构简单的高分子，也是应用最广泛的高分子材料。它是由重复的CH2单元连接而成的。聚乙烯是通过乙烯（ CH2=CH2 ）的加成聚合而成的。聚乙烯的性能取决于它的聚合方式。在中等压力(15-30大气压) ，有机化合物催化条件精选学习

7、资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 21 页4 / 21 下进行 Ziegler-Natta聚合而成的是高密度聚乙烯(HDPE) 。这种条件下聚合的聚乙烯分子是线性的，且分子链很长，分子量高达几十万。如果是在高压力(100-300MPa)，高温(190210C)，过氧化物催化条件下自由基聚合，生产出的则是低密度聚乙烯 (LDPE)，它是支化结构的。1聚乙烯的分类：按聚合压力大小分：高压、中压、低压；按聚合实施方法分：淤浆法、溶液法、气相法；按产品密度大小分：高密度、中密度、低密度、线性低密度；按产品分子量分：低分子量、普通分子量、超

8、高分子量。2，聚乙烯特性聚乙烯无臭，无毒，手感似蜡，具有优良的耐低温性能(最低使用温度可达-70-100)，化学稳定性好， 能耐大多数酸碱的侵蚀 (不耐具有氧化性质的酸)，常温下不溶于一般溶剂，吸水性小，电绝缘性能优良；但聚乙烯对于环境应力 (化学与机械作用 )是很敏感的，耐热老化性差。3，聚乙烯的性质因品种而异，主要取决于分子结构和密度。4，聚乙烯的种类（1） LDPE ：低密度聚乙烯又称高压聚乙烯密度为 0.910.925gcm3，是聚乙烯中最轻的一个品种。分子中支链较多、结晶度较低 (60%80%)，优点是具有优良的电性能和耐化学药品性能，在柔软性、伸长率、耐冲击性和透明性等方面均比中、

9、低压聚乙烯好。缺点是易透气、透湿，机械强度比中、低压聚乙烯稍差，主要用作电线、电缆包皮、各种注射品、薄片、薄膜和涂层等方面。（2） LLDPE ：线型低密度聚乙烯精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 21 页5 / 21 有一定数量无规分布支链的较低密度的聚乙烯称为线型聚乙烯，密度为0.9150.93gcm3。（3） MDPE ：中密度聚乙烯、双峰树脂中密度聚乙烯的密度为0.9260.940gcm3，MDPE 为乙烯与少量的 -烯烃如丙烯、 1-丁烯、 1-己烯或 1-辛烯的共聚物，与乙烯共聚的-烯烃的用量和共聚物的密度相关。

10、分子的主链中平均每1000 个碳原子引入 20 个甲基支链或乙基支链，便可制得密度为0.930gcm3的 MDPE 。（4） HDPE ：高密度聚乙烯又称低压聚乙烯低压聚乙烯密度为0.941 0.96gcm3，分子中支链较高压聚乙烯少，接近或略高于中压聚乙烯，结晶度达80% 90% ，机械强度和硬度介于中、高压聚乙烯之间，最高使用温度为100，制品可进行煮沸消毒；耐寒性好，在-70仍有柔软性；耐溶剂性比高压聚乙烯好，比高压聚乙烯难透气和透湿；在高温下几乎不被任何溶剂侵蚀，并耐各种强酸(除浓硝酸等氧化性酸外 )和强碱的作用；吸湿性很小，有良好的绝缘性能。(5) 中压聚乙烯又称为高密度聚乙烯中压聚

11、乙烯密度为0.950.98g cm3，是各种聚乙烯中最重要的一种。分子中支链较少，结晶度高达90，耐热性和机械性能均优于其它聚乙烯，比高压和低压聚乙烯难透气、透湿，还具有优良的电性能积化学稳定性。主要用作电绝缘材料、汽车零件、管道、医用和日用瓶子、各种工业用板材和鱼网等。（6） UHMWPE：超高分子量聚乙烯分子量为 300600 万的线性聚乙烯称为超高分子量聚乙烯(UHMWPE)。 超高分子量聚乙烯的强度非常高，可以用来做防弹衣。机械强度、抗冲性和耐精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 21 页6 / 21 磨性极佳，加工成

12、型难，一般采用压缩与活塞挤出成型，主要用作齿轮、轴承、星轮、汽车燃料槽及其它工业用容器等。（7）改性聚乙烯： CPE 、交联聚乙烯（ PEX ）（8）乙烯共聚物：乙烯 - 丙烯共聚物（塑料）、EVA 、乙烯- 丁烯共聚物、乙烯-其它烯烃（如辛烯 POE 、 环烯烃）的共聚物、乙烯-不饱和酯共聚物（EAA 、EMAA 、EEA 、EMA 、EMMA、EMAH ）5，聚乙烯合成主要方法：液相法（又分为溶液法和淤浆法）和气相法（物料在反应器中的相态类型）。我国主要采用齐格勒催化剂的淤浆法。条件与过程描述：纯度99% 以上的乙烯在催化剂四氯化钛和一氯二乙基铝存在下，在压力0.1-0.5MPa 和温度

13、65-75的汽油中聚合得到HDPE 的淤浆。经醇解破坏残余的催化剂、中和、水洗，并回收汽油和未聚合的乙烯，经干燥、造粒得到产品第二部分燃气用埋地聚乙烯管道系统简介一、塑料管材取代传统管材是不可抗拒的趋势1. 塑料管材的发展：在现代化社会中物流业日趋重要，相对于水运、公路、铁路、航空业来说，在未来的社会中，管道输送将占据第二的位置。对于一个现代化国家，遍布城乡象人的血管一样的各种管道网是保障社会正常生产、生活，促进经济发展的基础设施。根据世界各国的历史经验，在现代化的过程中塑料管的发展速度都超过同期经济发展的速度，用塑料管代替传统管材是历史发展不精选学习资料 - - - - - - - - -

14、名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 21 页7 / 21 可抗拒的趋势。即使在已建成密布塑料管网的发达国家，塑料管的应用量仍然在逐年增长。例如，欧洲塑料管总用量1986 年是 213.4 万吨，到 1998年达到 346.5 万吨，年均增长 5.2%超过同期国民经济增长速度。我国塑料管的市场在过去十年里，平均每年增长20% 到 2000年已达年产量 7080 万吨，2002年达 130万吨， 2003 年达 150万吨，增速达 15% ，其中 PVC管占 55% ，PE管占 40% 。预计到 2010年以前，塑料管材仍然达到年增长超过20% 的一个历史性大发展时期。上世纪在

15、管道领域发生了一场革命性的进步，即“以塑代钢”。随着高分子材料科学技术的飞跃进步，塑料管材开发利用的深化，生产工艺的不断改进，塑料管道详尽展示其卓越性能。在今天，塑料管材已不再被人们误认为是金属管材的“廉价代用品”。在这场革命中，聚乙烯管道倍受青睐，日益发出夺目的光辉，广泛用于燃气输送、给水、排污、农业灌溉、矿山细颗粒固体输送，以及油田、化工和邮电通讯等领域，特别在燃气输送上得到了普遍的应用。 2.国外聚乙烯燃气管发展简介第二次世界大战时期，由于铜与钢材的短缺，国外开始研究在燃气输配等领域使用塑料管。燃气输配用塑料管的材料按应用的起始年代分别为：醋酸- 丁酸纤维素（ 1949年美国），硬聚氯乙

16、烯（1950 年原西国），耐冲击聚氯乙烯（ 1952年美国），环氧玻璃钢（1955 年美国），聚乙烯（ 1956 年美国），涤纶（ 1963年意大利）和尼龙（ 1969 年澳大利亚）。自 1956 年铺设第一条聚乙烯燃气管道以来，到 70 年代，在欧洲和北美，聚乙烯管道在燃气领域得到迅速的推广应用。聚乙烯管道在各国燃气管道上的广泛应用已成为管道领域最为引人注目的成就。这一方面是由于聚乙烯材精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 21 页8 / 21 料制作管道具有非常独到的技术经济优势，另一方面是由于聚乙烯管道的原料性能，管材、

17、管件制造工艺，连接方法，连接机具以及运行中的维修手段等在多年的实践中，已达到完善的配套系统。时至今日，在燃气领域，无论是对于新铺设或旧管道的修复和更新，聚乙烯管都是主要的选择之一。欧洲的 PE燃气管道普及率极高，如英国、丹麦等国均超过90% ，法国 1998 年新敷设燃气管道几乎100% 采用聚乙烯管道。早在1988年，在慕尼黑召开的国际煤联(IGU) 配气委员会会议， 委员们一致认为采用聚乙烯(PE)埋地燃气管道质量可靠，运行安全，维护简便，费用经济。这种共识显然是五十年来聚乙烯管道与其它管道反复比较、竞争后达成的。应该指出，这不仅应归功于PE管的优良的综合性能，而且缘于PE管道的原料性能，

18、管材、管件制造工艺，连接方法，连接机具以及运行中的维修手段等在多年的实践中，不断取得革命性的进步。 如对 PE管道性能影响最大的因素之一的原料，随着聚合工艺的改进，八十年代水平 PE管材原料与七十年代水平相比较， 已取得极大的进步。经过近半个世纪的不断发展，时至今日，聚乙烯管道已成为最成熟的塑料管道品种之一。自六十年代初，探索聚乙烯管道用于燃气输送以来，围绕聚乙烯管道系统的各个方面的研究和开发工作就一直未间断，且异常活跃。世界上很多国家聚乙烯树脂制造商、管材制造商、管件及管路附件制造商、管材挤出设备制造商、管道的施工和使用单位（如燃气公司和自来水公司）、施工机具的制造商、产品认证机构、有关大学

19、和科研机构均以极大的热情投入到这项工作中来。研究开发的广度、深度及速度，是其他类塑料管道所难与比拟的。聚乙烯管道系统的高度成熟突出表现在：（1）聚乙烯管材级原料不断发展，八十年代末第三代聚乙烯管材树脂（PE100 ）出现，使大口径管的使用也具有了优势。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 21 页9 / 21 （2）严谨而科学的管道设计理念。对聚乙烯管材料长期使用性能的评价形成了系统科学的标准评价方法，从而在设计上保证了长期使用性能及使用的安全性。（3）高度成熟的制造设备和挤出工艺。（4）与管材同步发展，多品种配套的管件。（5

20、）管道连接、施工和维护的成熟技术与设备。（6）丰富的研究成果、大量成功的工程实践和系统完备的标准体系。从原料到工程施工，从产品要求到质量的控制方法，聚乙烯管道系统均具有完备的 ISO标准。标准的高水平和系统化， 标志了聚乙烯管道发展的高度成熟。 3.国内聚乙烯燃气管发展简介我国是从上世纪 80 年代初期开始聚乙烯燃气管的研究工作, 最早使用聚乙烯管输送城镇燃气是1982 年在上海。为使聚乙烯燃气管研究工作受到重视并顺利进行， 国家科委 1987年把“聚乙烯燃气管专用料研制和加工应用技术开发”列为国家“七五”科技攻关项目，从专用原料管材、管件加工工程应用标准规范制定进行系统研究，取得丰硕成果。1

21、995 年，国家质量技术监督局、建设部分别颁发了PE燃气管材、 管件的国家标准和工程技术的行业规程。目前， PE燃气管正在国内迅速推广使用。在PE燃气管推动下，国内已基本掌握 PE工程管道的生产与使用技术， 引进了相当数量的国际一流生产线，形成了相当规模的生产能力。这对聚乙烯燃气管的发展奠定了坚实有力的基础。 1999 年国内聚乙烯燃气管材产量已近1 万吨，并以 20% 的年增长率向前发展。进入 21 世纪后人类将迎来能源消费结构的第三次大调整。从煤到石油，到 2010 年前后世界能源消耗第一大户将是天然气，将从石油为主转向天然气为主。天然气是种优质、高效、清洁的能源和化工原料。从1930 年

22、世界天然精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 21 页10 / 21 气工业开始起步到现在天然气在世界能源中逐步进入鼎盛期，天然气取代石油步伐加快。 1999年世界天然气消费量达2.291012立方米，预计到 2010年将达到 41012立方米水平， 届时将以压倒石油和煤炭的优势成为“首席能源”。根据欧、美、日等国对各种塑料管材性能分析结果，适用于燃气输配系统的塑料管材以聚乙烯（ PE ）管材最好，价格最低。发达国家八十年代开始相继使用 PE燃气管，荷兰是最早使用的国家， 90% 是 PE燃气管，英国从 1997年埋设的干、支

23、管中80% 是 PE燃气管，美国 1983 年埋设的燃气管中88.6%为 PE管，而中国在 1998年国内燃气管铺设中20% 使用 PE管，数量仅为 3000吨。在 21 世纪中国的能源需求极大， 中国的能源结构也已经转变，已经把天然气的使用放在首要位置上。按照国家发展计划，在21 世纪前 20 年中国将要开工建设四大天然气管网：第一条是把新疆、青海、陕西的天然气输送到上海，沿途经过 13 个省市的所谓“西气东输”工程，已于 2003 年送到上海，干线工程竣工 , 仅干线工程消耗钢铁172万吨；第二条将要建设的天然气管网工程将是“川气东输”工程，将四川丰富的天然气输送到湖北、湖南等省；第三条将

24、是实施从广东沿海进口天然气建设以珠江三角洲为中心的南方天然气输气管网；第四条将要启动从俄罗斯进口天然气供应东北地区的输气管网。此外，还有一些地方政府启动的输气管道工程。根据国际上成熟的和公认的经验，长期输送天然气的高压主干线目前还是使用大直径、高强度的涂塑钢管。但天然气输送到各个城市、地区后就要铺设分送到用户的中压燃气管网，此时就是需要使用聚乙烯管。拿西气东输工程来说，主干线钢管使用量是172 万吨，那未铺设到各个城市的PE 燃气管精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 21 页11 / 21 就需要近 200 万吨 PE管材

25、（按 8：1 和 1：10 换算）。可以肯定的是进入21世纪后我国各地将要出现铺设PE燃气管的高潮，特别是铺设小口径钢管地区更应该淘汰钢管， 使用 PE燃气管。至于各个城市里的煤气公司它所铺设的中压管网也应早日淘汰钢管使用PE燃气管。二、聚乙烯燃气管原料特性及其发展聚乙烯管习惯上按照密度分为低密度及线型低密度聚乙烯（LDPE 及LLDPE）管（密度为 0.900-0.930g/cm3），中密度聚乙烯（ MDPE）管（密度为 0.930-0.940g/cm3） 和高密度聚乙烯（HDPE） 管 （密度为 0.940-0.965g/cm3） 。由于材料的不断进步， 根据发展阶段和性能的不同， 产生了

26、材料的等级分化，密度不能反映聚乙烯作为管材的本质性能，因此目前国际上根据聚乙烯管的长期静液压强度（ MRS）对管材及其原料进行分类和命名。长期静液压强度是指连续施加在该聚乙烯树脂制管管壁上50 年时引起管材破坏时所计算的在管壁上的环向张应力，该值是管材结构设计的基础。聚乙烯管的工程设计概念与金属管不同，对于金属管的设计，广泛的使用环境温度下的屈服强度系数。而聚乙烯管与金属管不同，它受持续应力及温度变化的影响，因此聚乙烯管的设计应力应根据长期强度来决定，即通过绘制恒温下应力与破坏时间的曲线来确定。根据聚乙烯管的长期静液压强度（MRS ），国际上将聚乙烯管材料分为 PE32 、PE40 、PE63

27、 、PE80和 PE100五个等级。目前国际上使用量最大的管材树脂的MRS 值为 8.0MPa(PE80级)，而 MRS 值为 10MPa(PE100 级)的管材树脂的已开发成功，这种树脂采用双峰分布、己烯共聚技术，在提高长期静液压强度的同时，也提高了耐慢速裂纹增长和耐快速开裂扩展性能，并具有良好的加工性，为提高管网输送压力、增大管道口径、扩大管道应用范围创造了条件。 目前 PE100的管材使用量， 特别是在大口径管材上的用量，精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 21 页12 / 21 正在迅速上升。表 1 列出了目前欧洲

28、PE100级聚乙烯燃气管道实际使用压力。（表 1. 欧洲 PE100级聚乙烯燃气管道实际使用压力国家英国比利时法国荷兰西班牙尺寸比 (SDR) 11 17.6 17.6 11 11 使用压力 (MPa) 0.7 0.5 0.4 0.8 0.7 目前, 国外正在尝试将 SDR11 的聚乙烯燃气管的使用压力提高到1.0Mpa。三、聚乙烯燃气管材的特点聚乙烯燃气管道具有许多卓越的特性，如耐低温，韧性好，刚柔相济。因而在一些特殊用途中更是大显身手，因为在这些领域中，传统材料管子，不是不适用，就是费用大，而且还不能保证管道的安全使用。如钢管、铸铁管最大的问题是在使用期内，普遍发生的腐蚀和接头泄漏。聚乙烯

29、管则具有明显的优点，圆满地解决了传统管道的腐蚀和接头泄漏两大难题。如作为室外线路管敷设在腐蚀性的土壤中，地震地区、山地和沼泽地区；作为承插管插入旧管道中修复、更新旧管道。由于与众不同的施工特点，往往为用户带来巨大的经济效益。如美国资料报导，聚乙烯管安装费用低于钢管道安装费用 50% ，而穿插法又比聚乙烯管直接埋地法节约30%-40% 。聚乙烯管的主要优点体现在：1. 耐腐蚀。聚乙烯为惰性材料，除少数强氧化剂外，可耐多种化学介质的侵蚀。无电化学腐蚀，不需要防腐层。2. 不泄漏。聚乙烯管道主要采用熔接连接（热熔连接或电熔连接），本质上保证接口材质、结构与管体本身的同一性，实现了接头与管材的一体化。

30、精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 21 页13 / 21 试验证实，其接口的抗拉强度及爆破强度均高于管材本体，可有效地抵抗内压力产生的环向应力及轴向的拉伸应力。因此与橡胶圈类接头或其他机械接头相比，不存在因接头扭曲造成泄漏的危险。3. 高韧性。聚乙烯管是一种高韧性的管材，其断裂伸长率一般超过500% ，对管基不均匀沉降的适应能力非常强。 也是一种抗震性能优良的管道。 在 1995年日本的神户地震中，聚乙烯燃气管和供水管是唯一幸免的管道系统。正因为如此，日本震后大力推广PE管在燃气领域的使用。4. 聚乙烯管具有优良的挠性。

31、聚乙烯的挠性是一个重要的性质，它极大地增强了该材料对于管线工程的价值。聚乙烯的挠性使聚乙烯管可以进行盘卷，并以较长的长度供应，不需要各种连接管件。用于不开槽施工，聚乙烯管道的走向容易依照施工方法的要求进行改变；聚乙烯材料的挠性，使其可在施工前改变管材的形状，插入旧管后恢复原来的大小和尺寸。5. 聚乙烯管道具有良好的抵抗刮痕能力。采用不开槽施工技术，无论是铺设新管或旧管道的修复或更新，刮痕是无法避免的。刮痕造成材料的应力集中，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(SCG)行为关系密切，研究证明，PE80等级的聚乙烯管具有较好的抵抗SCG 的能力和耐刮痕能力。 PE100聚乙烯

32、管材料则具有更加出色的抵抗刮痕能力。6. 良好的快速裂纹传递抵抗能力。管道的快速开裂是指在管道偶然发生开裂时，裂纹以几百米 / 秒的速度迅速增长，瞬间造成几十米甚至上千米管道破坏的大事故。快速开裂是一种偶发事故，但其后果是灾难性的。早在上世纪五十年代，美国输气钢管曾发生几起快速开裂事故。聚氯乙烯气管和水管均曾发生过快速开裂事故。实际使用中尚未发现聚乙烯燃气管的快速开裂。因而近 10 年来，国际上对塑料管道，特别聚乙烯燃气管的快速裂纹传递进行了大量卓有成效的研究工作。结果表明，在常用的塑料管材中，聚乙烯抵抗精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -

33、第 13 页，共 21 页14 / 21 裂纹快速传递的能力名列前茅。温度越低，管径和壁厚越大，工作压力越高，塑料管道快速开裂的危险性越大。因此，聚乙烯管道，特别是PE100管更适宜做大口径管。 目前，国外的聚乙烯燃气管材标准 （ISO4437-1997 和 EN1555 ）已将耐快速开裂扩展（ RCP ）列入标准之中。7. 聚乙烯管道使用寿命长，可达50 年以上，这是国外根据聚乙烯管材环向抗拉强度的长期静水压设计基础值(HDB)确定的，已被国际标准确认。此外，聚乙烯管道重量轻也是一重要因素。第三部分燃气用埋地聚乙烯管道元件制造过程中应注意的问题一、聚乙烯管材、管件的生产及种类1、聚乙烯管材的

34、生产及型号规格聚乙烯管材的生产在挤出生产线上进行，目前国内主要生产厂家都选用进口生产线，或国内厂家在吸收国外技术基础上的生产线，这些设备基本上实现了全自动控制，能够自动上料、自动计量进料、自动切割和卷曲，产品质量更加稳定，生产效率明显提高。聚乙烯燃气管材国标目前分为SDR11 和SDR17.6两个系列，管材的颜色有两种，一种为黄色管，一种是黑管加黄条。规格从 32mm 630mm ；目前国内已应用的最大规格到400mm 。最新发布的ISO标准和欧洲标准和GB15558.1-2003已将管材的公称外径扩大到630mm 。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - -

35、- - - -第 14 页，共 21 页15 / 21 2、聚乙烯管件的品种聚乙烯管件根据施工方法、用途的不同，可分为电熔管件和热熔管件。根据生产方式的不同，可分为注塑管件和焊制管件两大类。大部分管件都可以采用注塑模具一次成型，但对于一些壁厚、体积、重量都较大的管件，可采用管材焊制加工的方法制造。采用焊制方法生产的管件一般有三通、四通和弯头，公称尺寸范围随着管材扩大； 采用注塑方法生产的热熔管件有法兰、变径、弯头、等径三通、异径三通和端帽；电熔管件也是采用注塑方法生产的，其种类有电熔套筒、电熔变径、电熔弯头、电熔三通、电熔鞍型三通、电熔鞍型分支和端帽等。二、聚乙烯管材的性能指标及检测燃气管道作

36、为城市的能源输送系统一旦出现质量问题，会直接影响到居民的正常生活。再者，由于燃气的可燃性、易爆性，如果发生燃气泄露，极易发生爆炸事故。聚乙烯管材取代钢管、铸铁管，作为城市燃气输配管线，同样要求其安全性。要保证产品质量满足标准要求，就必须具有完善的检测手段。而且产品的质量控制从原料进厂检验开始贯穿于整个生产过程，直至产品最终出厂。质量控制主要从以下几个方面进行： 1 原料的质量控制原料是生产聚乙烯管材、 管件的根本， 原料的选择直接影响管道产品的质量。没有好的原料，后续工作再合理，生产技术再先进，也生产不出合格的产品。因此原料的选择及质量控制十分重要。原料在生产前必须按标准要求进行检验，合格以后

37、方可用于生产。原料只能是MDPE （中密度聚乙烯），只能是 PE80HE 和 PE100 ，目前国内产品还不能达到要求，只能使用表1 所列进口产品。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 21 页16 / 21 表 1 符合标准的聚乙烯燃气管进口专用料牌号及厂家表；材料牌号颜色生产厂家 TR418 黑色、黄色菲利浦（新加坡、比利时） 3802B 黑色菲纳（比利时） 3802Y 黑色菲纳（比利时） PC002 黑色 BP（英国） ME2421 黄色北欧化工（奥地利）ME2480 黑色北欧化工（奥地利） P200BL 黑色三星（韩

38、国）原材料性能是制品性能的首要保证。原材料的长期强度高，可以保证燃气管道足够长的使用寿命期间承受足够高的压力。原材料耐慢速开裂能力可以保证热熔焊接接头的牢固。而防止裂纹的快速开裂能力是可以保证燃气管道偶然开裂不会造成灾难事故。2生产过程的工艺控制生产过程的工艺控制非常重要，在生产时要注意对工艺参数的设置及对物料熔体温度、熔体压力的监控。因为如果生产过程出现剪切过度，会导致熔体温度的升高，过度的剪切会使材料性能劣化，而这种劣化采用常规的检测是很难发现的。目前国内一些引进的生产线已带有微机监测控制系统，出现问题会及时发出警报。对于管材的外观尺寸，一些先进的生产线带有在线测量仪，管材的外形尺寸，可在

39、屏幕上直接显示，如与主机相连，可实现自动调整模具，自动控制壁厚和外径。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 21 页17 / 21 3产品的出厂检验产品的检验包括外观、尺寸及物理性能，产品的外观主要检查是否有影响管材性能的沟槽、划伤、凹陷和杂质等；尺寸需测量外径、壁厚和长度，测量值应在标准规定的允许偏差范围内。外观尺寸检测合格的管材在按照抽样规则取样，进行物理性能的测试。测试的项目有短期静液压强度（80，165小时）、断裂伸长率、热稳定性（氧化诱导时间）和熔体质量流动速率。以上性能试验与外观、尺寸等一起作为每批产品的出厂检验

40、项目。三、在埋地燃气聚乙烯管道元件制造方面几个特别注意的问题1、对燃气管道元件用聚乙烯混配料的认识燃气管道元件用聚乙烯选用混配料，由树脂厂直接出品，包含必要的稳定体系和颜料，有明确的材料等做如PE80 ，PE100 ，聚烯烃是非吸水性材料，通常水分含量相当低，可以满足挤出的需要。当加入含吸湿性颜料，如炭黑时，由于其呈微孔态，且表面积非常之大，对湿度敏感，吸水量增大。通常对燃气用 PE混配料应干燥处理， 否则水分不仅导致管材内外表面粗糙，而且可能导致熔体出现气泡。干燥可采用热风干燥或除湿干燥。干燥时间可根据具体情况调整， 原则是干燥后的水分含量应控制在300mg/kg以下。当室内环境湿度 70%

41、 时，必须使干燥过程（包括二次干燥）的原料处于封闭状态以防暴露在湿度过高的空气中再度吸湿。冬季室内外温差大，原材料由室外移至室内，或从室温低的仓库移至操作车间，即骤冷骤热时，应对原料进行干燥，以防止水汽凝结。2、对挤出工艺过程各个区间温度的把握挤出过程：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页，共 21 页18 / 21 机 筒物料 进入螺旋杆 挤出 机头 口模 冷却 定型 牵引 喷码 定长切割挤出成型温度是促使成型物料塑化和塑料熔体、流动的必要条件，它对挤出成型过程中物料塑化和物品的质量和产量都有十分重要，挤出机中用于熔融的能源基

42、本有两种，一种也是最重要的一种是螺杆供给的机械能，这种能通过粘滞热生成过程转化为热能。 第二种能源是机筒外加热器供给的热能。在多数挤出机中约有80%-90% 或以上的能源由螺杆供给。通常挤出机的温度控制由机身的加料段到挤出段逐渐升高。物料到机头的温度一般都控制在流动温度和分解温度之间，口模温度比机头温度略高。温度过低，塑化不好；温度过高，聚合物降解。各段工艺温度通常考虑以下几个方面：聚合物本身性能，如熔点、分子量大小和分布、熔融指数等；设备的性能，有的设备进料段的温度对主机电流影响很大；通过观察管模头挤出的管坯表面是否光滑，有无气泡的现象来判断，温度的设立是否合理。3、牵引速度与冷却牵引速度直

43、接影响产品壁厚、尺寸、公差、性能及外观。牵引速度必须稳定，且牵引速度与管材料挤出速度相匹配。牵引速度与挤出线速度的比值反映出制品可能发生的取向程度，该比值称为拉伸比，其数值必须等于或大于 1。牵引速度增加、冷却定型的温度条件不变时，牵引速度快，则制品在定径套、冷却水槽中停留的时间也就比较短，经过冷却定型后的制品内部还会残余较多热量，这些热量会使制品在牵引过程中已经形成的取向结构发生解取向，从而引起制品取向程度降低。牵引速度越快，管材壁越薄，冷却后的制品其长度方面的收缩率也越大。牵引速度越慢，管材壁越厚，越容易导精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - -

44、- -第 18 页，共 21 页19 / 21 致口模与定径套之间积料，破坏正常挤出生产。所以在管材挤出成型中挤出速度与牵引速度必须很好地控制。另外，对冷却水流量的调节也很重要，如冷却水流量过大，管子表面就会粗糙，产生斑点凹坑；如果过小管子表面就会产生亮斑；如果分布不均，管子就会产生椭圆度。PE管材一般下线后 24 小时，即可依据产品标准进行有关性能测试。4、对设备机具的管理要求燃气用埋地聚乙烯管道元件按照制造工艺如管材的挤出要有系列规格的机头口模或注塑成型的燃气用聚乙烯管件所用的模具。在使用结束，必须将机头口模、模芯和注塑模具，在仍有余温的情况下将糊车料及时清除干净并加以必要的保养后进行存放

45、，以备再用。否则这些口模、模具内的糊车料，当再次使用机组升温时，由局部过热，糊车料可能会碳化，在挤出或注塑的过程，这些碳化了的糊车料会随着熔融态原材料裹入，最终成为制品的缺陷会给产品质量埋下隐患。5、对实验室出厂检测手段的规范要求。按照 GB15558.1的要求燃气用埋地聚乙烯管材，或管件都有出厂检测的要求。如燃气用埋地聚乙烯管材出厂检测内容有四项，即静液压强度（80，165h） 、断裂伸长率、热稳定性（氧化诱导时间）和熔体质量流动速率试验。其中氧化诱导时间和熔体质量流动速率测定及在对原材料水分检测均需要使用分析天平。分析天平的精确度为0.1 毫克，电子分析天平为0.01 毫克，特别是使用测定

46、熔体质量流动速率仪对PE的熔体指数测定， 俗称熔融指数， 是表示热塑性树脂熔融时流动性的尺度，在标准中规定的温度压力下，规定直径和长度小孔，十分钟挤出热塑性树脂材料的克数表示的数值。一般数值越大，熔融时的流动性和加工性良好，但拉伸强度等降低（表征分子量低）。熔体指数的测定是通过公式计算而来的，取PE原料样通常 0.2 0.3g，若因计精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页，共 21 页20 / 21 量不准或受各种因素的影响则会谬之毫厘，差之千里，因此，操作分析天平必须恒温、恒湿，还要避光、防震。6、对制造环境、 原材料及产成品存

47、放条件的要求仅有精良的工装条件还不能生产出符合标准的产品， 除了对原材料水分， 空气湿度有专门的要求外，一些靠山修建的厂房要注意突发泥石流对厂区造成的危害，另外还要注意一些突发因素，如大量昆虫入侵制造厂区，若混入原料内，进入挤出机，会在挤出过程中被焦化、碳化。焦化过程昆虫的体内水分会膨胀，造成管材内部产生微孔，均会影响产品质量和缺陷。因此，要有积极的防范措施，确保厂区干净整洁， 无异物侵入。 原材料库对不同牌号的燃气用PE原材料要有不同的存放区，严防错放、错拿。产成品的存放要严格按照标准的要求进行。7、聚乙烯燃气管材生产中常见的问题及其产生原因和解决办法问题可能的原因解决方法管 材表 面暗 淡

48、无光1、原料中有水分2、熔体温度不合适3、定径套中冷却水过大1、原料预热干燥2、调整机身及口模温度，使之达到适合3、调整定径套中冷却水流量管材内表面粗糙，不光滑1、原料中有水分2、 芯棒加热温度设置不合理1、原料预热干燥2、调整芯棒加热温度管 材表 面有 类似杂质的焦粒1、 挤出机机头与口模内壁不干净2、 刚开机时机筒中有不同等级的原料1、清理机头与口模2、完全顶出即可正常。管材壁厚不均1、口模未调整好2、口模温度不均， 致使熔融料流速不一1、调整好口模与芯棒之间的间隙2、调整口模温度，使之均匀精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页，共 21 页21 / 21 3、定径套与口模距离偏远，挤出的熔融料受熔垂作用引起管材壁厚不均。3、调整距离，确认间隙管材不圆度超标1、机头四周温度不均2、真空度不够3、生产管材速度过快4、冷却不足1、调整四周温度2、增大真空度3、放慢牵引速度4、加大冷却力度精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 21 页，共 21 页