聚乙烯管道的管材、管件與閥門
管材
管網(wǎng)建設(shè)過程中，管材、管件、閥門等管道元件的使用是必不可少的，每一個元件的質(zhì)量都決定著管網(wǎng)的整體安全水平。只有了解管道元件的技術(shù)性能以及驗(yàn)收要求，才能選取到與設(shè)計(jì)管網(wǎng)要求相匹配的產(chǎn)品，并完成管網(wǎng)的安裝、維護(hù)和搶修工作。此外，管道元件的制造工藝、設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)等相關(guān)知識，與管道元件的性能息息相關(guān)，了解這些知識，對保證管網(wǎng)建設(shè)的質(zhì)量同樣具有重要意義。
聚乙烯管道元件主要包括管材、管件、閥門、鋼塑轉(zhuǎn)換接頭等，管道元件是使用聚乙烯材料經(jīng)過擠出、注塑、機(jī)械加工等工藝制造完成的。在選用時，必須根據(jù)用戶所在行業(yè)、地區(qū)的具體技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求選取。我國聚乙烯燃?xì)夤艿老嚓P(guān)標(biāo)準(zhǔn)見表3-1,分別規(guī)定了不同種類聚乙烯產(chǎn)品的術(shù)語、定義、材料、要求、試驗(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)則、標(biāo)志和包裝、運(yùn)輸、儲存，是生產(chǎn)企業(yè)和用戶對產(chǎn)品驗(yàn)收的依據(jù)，也是保證產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)。
1.聚乙烯管材的生產(chǎn)
聚乙烯管材采用擠出成型工藝生產(chǎn)，將聚乙烯混配料烘干后，通過擠出機(jī)的料斗送人到加熱的機(jī)頭中，在一定溫度下熔融塑化，通過螺桿的推進(jìn)作用，沿機(jī)筒向前經(jīng)過�？跀D出，形成管坯。同時，擠出生產(chǎn)線末端設(shè)置有牽引機(jī)，通過引管將管坯牽引至定型和冷卻裝置，而后根據(jù)需要的長度進(jìn)行切斷，即得到所需要的管材制品。
聚乙烯管材的擠出生產(chǎn)具有過程連續(xù)、效率高、規(guī)格種類多的特點(diǎn)，管材長度可按需要而定，經(jīng)過更換相應(yīng)的配件就能加工不同規(guī)格的產(chǎn)品。圖3-1所示為聚乙烯管材的擠出生產(chǎn)線。
聚乙烯管材的擠出生產(chǎn)有著嚴(yán)格的生產(chǎn)流程，特別是燃?xì)�、自來水等重要管材的生產(chǎn)，都必須根據(jù)擠出設(shè)備、原材料情況設(shè)置相應(yīng)的生產(chǎn)步驟和工藝參數(shù)(干燥時間、擠出溫度、擠出速度、冷卻水溫等),并嚴(yán)格按照工藝進(jìn)行生產(chǎn)。例如，在聚乙烯燃?xì)夤懿牡臄D出過程中，如果隨意縮短原材料的干燥時間甚至省去原料準(zhǔn)備工序中的干燥操作，或者大幅度提高擠出速度和冷卻速度，都會降低產(chǎn)品性能，增加聚乙烯燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)的安全隱患，所以生產(chǎn)企業(yè)必須按照擠出工藝每一道工序的操作規(guī)范進(jìn)行生產(chǎn)。
2.管道類型
聚乙烯管材按照結(jié)構(gòu)劃分，可分為單層實(shí)壁管材、具有防護(hù)層的實(shí)壁管材(以下簡稱包覆管)和多層管道。單層實(shí)壁管材是一次性擠出成型的管材，是傳統(tǒng)的聚乙烯管材類型，管壁直接承受管道內(nèi)部壓力及環(huán)境應(yīng)力。而包覆管則是近年來國內(nèi)新開發(fā)的一種產(chǎn)品，是在傳統(tǒng)單層實(shí)壁管材擠出完成后，使用專用擠出機(jī)在管道外部擠出一層保護(hù)層，包覆管外觀及結(jié)構(gòu)如圖3-2所示。內(nèi)部的工作管道用于承受工作壓力，保護(hù)層用于抵抗在運(yùn)輸、存儲、拖拉等過程中可能受到的略傷、劃傷等外力破壞。包覆管的保護(hù)層通常為硬度更高的聚丙烯(PP)材料，具有一定厚度要求，除了防止劃傷外，還具有隔離紫外線氧化破壞和阻礙白蟻啃咬的作用。多層聚乙烯管主要用于一些特殊的工業(yè)環(huán)境，我國市政行業(yè)尚未使用。
根據(jù)包裝形式劃分，聚乙烯管材包括直管、盤卷管和工廠預(yù)制折疊管。其中，盤卷管多用于外徑在110mm以下規(guī)格的管材，可以實(shí)現(xiàn)單根最長200m包裝，與直管相比可以減少接口、降低管件消耗，鋪設(shè)速度更快也更安全。但是盤管盤卷時，彎曲產(chǎn)生的應(yīng)力容易使管道截面變?yōu)闄E圓形，如果盤卷的彎曲半徑過小，甚至?xí)斐晒艿罁p傷。為此，在生產(chǎn)盤管時，通常要求每盤的最小內(nèi)徑不能小于18倍的管道外徑。此外，在盤管打開包裝時，可能出現(xiàn)快速彈開的情況，需要特別注意安全防護(hù)。工廠預(yù)制折疊管主要用于非開挖鋪設(shè)，生產(chǎn)時將直管在一定溫度下使用壓縮工具壓制成U形或C形。圖3-3所示工廠預(yù)制成型折疊管是使用盤卷器制成的。工廠預(yù)制折疊管可將管道的外徑縮小到90%以下，可以減小非開挖穿越施工的摩擦力，輕松地從舊管道或鉆孔中穿過。穿越完成后，使用具有一定壓力的熱蒸汽，使管道復(fù)圓并貼合在舊管道上，完成老舊管道的修復(fù)。
此外，聚乙烯管道根據(jù)原材料等級還可以分為PE80管、PE100管、PE100-RC管，并且隨著原材料的開發(fā)，新管材不斷推陳出新，其承壓能力、抵抗環(huán)境應(yīng)力能力不斷提高，低等級管材也逐漸被更新淘汰。
3.外觀及標(biāo)識
聚乙烯管材用于燃?xì)鈺r，顏色通常使用醒目的黃色或黑色加黃條(表示管材使用PE80級原材料生產(chǎn))、橙色或黑色加橙條(表示管材使用PE100級原材料生產(chǎn)),也可使用黑色(PE80或者PE100)。燃?xì)夤艿赖纳珬l是區(qū)分管材內(nèi)流體的重要標(biāo)識，色條在管材生產(chǎn)的同時沿著管材方向共同擠出，且要求數(shù)量至少三條，均勻分布在管道上，這樣可以確保使用者能夠從任何角度清楚地看到。
除顏色要求外，燃?xì)夤懿纳线�必須打印明顯的其他標(biāo)識，其顏色要區(qū)別于管材的顏色便于識別。其他標(biāo)識的內(nèi)容包括生產(chǎn)商、原材料等，要能夠顯示管材質(zhì)量和使用的相關(guān)信息，表3-2中是燃?xì)庥镁垡蚁┕懿臉?biāo)識必須打印的內(nèi)容。這些信息對管材的質(zhì)量追溯起著關(guān)鍵作用。
標(biāo)識打印間距應(yīng)不超過1m,且不能對管材質(zhì)量造成影響。在正常儲存、氣候老化、加工及合理安裝、使用后，標(biāo)志應(yīng)仍然清晰，并一直保持到管材的整個壽命結(jié)束。
包覆管在打印標(biāo)識時，工作管及保護(hù)層表面除了要具有以上標(biāo)識內(nèi)容外，還要在保護(hù)層上注明管道為包覆管道，并提示“焊接前請剝離外層”,如圖3-4所示。
4.幾何尺寸
聚乙烯管材的幾何尺寸標(biāo)識由外徑、壁厚、不圓度三部分組成。管道規(guī)格包括管材公稱外徑和壁厚，管材公稱外徑和公稱壁厚分別用d和e₁表示，單位為毫米。常用的管材規(guī)格見表3-3。平均外徑dem為管材的實(shí)際測量值，dcm,min為管材外徑的最小值，dem,max為管材外徑的最大值，emin為管材的最小壁厚(等于管材的公稱壁厚en)。管材在同一橫截面處測量的最大外徑與最小外徑的差值叫作不圓度，單位為mm,用來表示管材允許發(fā)生的最大橢圓情況。由于聚乙烯管材在存放、運(yùn)輸、使用過程中受到溫度、壓力的影響，都不可避免地發(fā)生變形，所以直管的不圓度需要在管材生產(chǎn)完成后立即測量，其后的測量值僅可作為產(chǎn)品使用時的參考，不作為驗(yàn)收依據(jù)。而盤管在盤卷過程中會發(fā)生顯著的橢圓，需要由生產(chǎn)和使用雙方通過協(xié)商的方法確定不圓度的要求值。
表3-3中列出了常用的管材規(guī)格，也是我國燃?xì)庥镁垡蚁┕懿墓Q外徑允許使用的范圍，即16～630mm。目前國內(nèi)在用的最大口徑聚乙烯燃?xì)夤艿朗枪Q外徑為560mm用于輸送焦?fàn)t煤氣的管材。近年來，在給水排水等行業(yè)的應(yīng)用中，更大口徑的聚乙烯管材也已經(jīng)得到了應(yīng)用，最大口徑可達(dá)到1200mm以上。
5.SDR值
SDR(StandardDimensionRatio)是指管材的標(biāo)準(zhǔn)尺寸比，代表管材外徑與壁厚的比值，即
SDR是管道設(shè)計(jì)時常用的一個重要參數(shù)，數(shù)值越大表示管材的壁厚相對越小，其承壓能力也越低。
GB15558.1—2015標(biāo)準(zhǔn)中推薦的標(biāo)準(zhǔn)尺寸比系列主要有：SDR11、SDR17、SDR21、SDR26,其中SDR11、SDR17為常規(guī)系列，多用于開挖直埋及非開挖穿越施工，SDR21和SDR26的管材則用于非開挖管道修復(fù)工程等特殊項(xiàng)目。該標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布前所使用的SDR17.6,不再作為常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)尺寸比，在進(jìn)行管道維護(hù)時，操作者應(yīng)予以確認(rèn)，避免造成不必要的麻煩。
6.管材的性能
管材在使用前以及使用過程中，必須按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行相關(guān)的物理性能和力學(xué)性能檢驗(yàn)，包括定型檢驗(yàn)、出廠檢驗(yàn)和型式檢驗(yàn)。定型檢驗(yàn)是新研制出來的產(chǎn)品或技術(shù)在開始使用前或原材料發(fā)生變動的時候，必須對產(chǎn)品進(jìn)行的全面檢驗(yàn)，以此來確定其是否達(dá)到使用要求，包括外觀和顏色、幾何尺寸、力學(xué)性能和物理性能等。產(chǎn)品投產(chǎn)后，每個批次產(chǎn)品在出廠前必須按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的項(xiàng)目，對一些生產(chǎn)過程中可能發(fā)生變化的性能進(jìn)行檢驗(yàn)，保證產(chǎn)品性能在控制范圍內(nèi)，才可以投放市場，即出廠檢驗(yàn)。型式檢驗(yàn)是在產(chǎn)品生產(chǎn)一定時期后，從每個尺寸范圍內(nèi)選取任一規(guī)格進(jìn)行全面檢驗(yàn)，評定產(chǎn)品質(zhì)量是否穩(wěn)定，保證一些非出廠檢驗(yàn)的性能指標(biāo)仍然符合要求，其時間一般為每兩年進(jìn)行一次。
GB15558.1—2015中對聚乙烯管材各項(xiàng)性能和檢驗(yàn)方法進(jìn)行了細(xì)致規(guī)定，是判斷管材和生產(chǎn)企業(yè)質(zhì)量控制情況的主要依據(jù)，管材的力學(xué)性能要符合表3-4的要求，管材的物理性能要符合表3-5的要求。
管材在進(jìn)行出廠檢驗(yàn)時，需要檢測的項(xiàng)目包括外觀和顏色、幾何尺寸、靜液壓強(qiáng)度(80℃/165h)、斷裂伸長率、氧化誘導(dǎo)時間(熱穩(wěn)定性)和熔體質(zhì)量流動速率。
7.PE100RC管材的性能要求
PE100RC管材即使用高耐慢速裂紋增長性能PE100混配料(PE100RC料)生產(chǎn)的管材，這種管材可以用于一些特殊敷設(shè)環(huán)境或者非開挖施工領(lǐng)域，回填時不使用沙床，可降低施工成本，同時可以在有一定劃傷的情況下使用100年。
對于PE100RC管材，除了滿足GB15558.1的要求外，還要滿足額外的力學(xué)性能要求，其性能試驗(yàn)類型、要求及試驗(yàn)參數(shù)見表3-6。
8.包覆管性能額外要求
包覆管保護(hù)層在焊接過程中需要進(jìn)行剝離，為了保證保護(hù)效果和操作方便，在儲存和安裝前，保護(hù)層不能與內(nèi)部的工作管材分開，而在準(zhǔn)備熱熔對接和電熔連接時，使用簡單的工具手動即可輕松去除保護(hù)層。