聚乙烯管在天然气气化工程中的应用与实践

1996年，随着西安市天然气气化工程的顺利进展，为了探索聚乙烯管在西安燃气输配系统中的应用，在西安天然气公司的组织下，先后与国内外的两家聚乙烯管的专业公司签署了聚乙烯燃气管道试验铺设协议。1996年7月，西安市第一个聚乙烯管试点工程—西安铁路信号厂天然气化工程的顺利实施。这次施工所采用的全部设备由德国FRIATEC公司提供，由中国华北市政工程设计院设计，为了确保工程质量，在施工前，西安市天然气公司有关的技术人员对PE管工程的实施进行了多次技术性的探讨：由于西安市年平均温度为13.6℃，极端最高温度45.2℃，极端最低温度―20.2℃，冻土深度0.45m，在管道埋深0.6～1.4m条件下，土壤的温度变化很小，完全符合PE管-20℃～40℃的使用范围；在工程实施前，公司首先制定了详细的工程实施方案，并对施工人员进行了PE管常识和燃气管道施工常识教育，对工程管道关键公工序——管道焊接人员的操作进行了先期培训，并使操作人员的技术和操作能力得到了专家认可。所有这些准备工作为PE关在西安燃气工程中的应用打下了坚实的基础。

2.聚乙烯在小区应用与实践

由于西安市天然气工程输配系统采用高、中、低压三级系统，小区供气采用经楼栋式调压器调压后直接供给用户，在四年多燃气工程的实践中，我们本着“先试验，后推广；先小区，后主体；先简单，后综合”的工作方针根据不同小区的实际情况，将PE管结合钢管的使用，取得了良好的使用效果。

2.1 管道的焊接目前国内外PE管的连接方法有：热熔对接、热熔插接、电熔焊接三种，这三种方法中，由于热熔插接对现场操作人员技术要求高、焊接工艺不易掌握等的缺点，在国内外以很少采用。

电熔焊接：由于管件本身带有发热元件，在给发热元件输入一定时间的控制电流后，管材和管件连接部分的PE被加热熔化，从而形成结实、永久的接口。热熔焊接：这种方法常用于大直径管的连接，方法是将一定温度的加热板放在对好的管道或管件之间加热一定时间，抽掉热板，将要连接的两端在一定压力下迅速对接到一起，在冷却下来以后形成一个高于管材本体强度的接口的连接方法。这种两种方法的共同优点是：操作简便、方法容易掌握，但是，相比较而言，电熔焊接每一个焊口的成本较高，热熔焊接则由于焊接设备较大对焊接的场地的要求较高，电熔焊接则对场地无特殊要求。

在西安天然气工程的实践中，我们先采用电熔焊接方法进行了试验，在实际使用中我们对两种方法结合使用，一般而言，对于管道直径≥110mm时采用热熔焊接为主，对于管道直径＜110mm时只采用电熔焊接，实践证明这样两种方法互相结合使用，不但降低了工程成本，同时提高了施工进度，收到了很好的效果。

2.2 管道和管件的选用聚乙烯燃气管道分为SDR11和SDR17.6两种系列，根据《聚乙烯燃气管道工程技术规程CJJ63-95》第2.1.2条的规定，结合西安市的实际情况（中压管道设计压力0.4MPa），我们选用了SDR11系列的管道。

由于PE管相对钢管管道规格较多，为了管理和施工方便、一方面考虑到与钢管方便连接，同时也尽量减少PE管件的种类和库存量，在西安的气化工程中我们采用了de25、de32、de40、de63、de90、de110、de160、de200、de250等规格的PE管和与之相配套的PE管件。

2.3 管道的施工

管道施工通过1996年在西安铁路信号厂开始试点，以及随后几年的发展来看，分为以下七个操作工序：掘土开沟、管沟处理、管道敷设、管道连接、初步回填、敷设警示带、覆土。

（1）掘土开沟：根据管线设计管位进行沟槽开挖，沟槽开挖不得超深以保证管道基础处于原始土上，挖掘的土方集中堆放于沟槽一边，水泥路面表层及石块等与细质泥土分开堆放。

（2）管沟处理：已开挖的沟槽须经过管沟处理方可敷设PE管，首先管沟不得有积水，如沟内有积水现象时，可开挖较深的引水坑，使积水流向引水坑，并在坑内设抽水泵进行抽水，在沟内无积水的情况下，将管沟挖至所需深度，然后回填10cm左右的细砂或用筛子筛过的细质泥土，并用铁锹拍实，再使用平尺板测定沟槽坡度，必须保证沟底无石块及其它坚硬锋利物。

（3）管道连接：管道连接工作大部分可以在地面上进行操作，也可以在沟内进行。但要注意穿越障碍物时，不影响管道的牵引。

马鞍形配件预先连接一段庭院或用户引入管，然后在沟内进行马鞍形配件与主管道的连接，由于沟内操作增加了难度，预先连接的庭院用户引入管不宜过长并应将引入管校直，工作坑要足以保证操作者能在沟内进行连接，引入管沟坡度平缓，马鞍形配件与主管道完成连接后，再将引入管连接到所需的长度，并与钢塑过渡接头连接，然后和立管连接。

（4）管道敷设：连接好的长管道通过牵引的方法穿越地下管线，敷设于沟内，由于PE管质量较轻，对于de150、de100PE管，完全通过人力而不借助于机械设备进行牵引。牵引时，管口应作封堵处理，以免泥土进入管内堵塞管道，在长管线的适当位置捆扎绳索进行抱托，牵引时尽量不影响管基、管壁，应避免与地下管线产生强烈磨擦。管道牵引就位于沟内后，检查管线是否紧贴管基，不得产生架空现象，管线略有蛇形。

（5）初回填土：对敷设好的管线进行回填黄砂或筛过的细土，该层至少高于管顶10cm，回填细质泥土，覆土层为20-30cm，该土层中不得混入大石块和坚硬锋利物，覆土后将回填土夯实。

（6）铺警示带：在初回填土层上面即管线以上30-40cm处铺设警示带，警示带应在管道全线铺设，警示带正面向上。

（7）覆土：完成铺设警示带后，进行覆土及修复路面。

2.3 PE管与钢管的比较在小区工程的实践中，我们对同期投运的PE管和钢管的运行情况进行了统计比较：

PE管耐腐蚀性强

从2002年5月到2003年5月在西安市天然气公司管辖的小区范围内共发生各类埋地管线漏气92起.

PE管轻、柔性好，PE管比重轻，是金属管的1/8倍，搬运及向沟槽下管较方便。PE管的热胀冷缩比钢管大得多，其线膨胀系数为钢管的10倍以上，可以利用PE管的柔性，蜿蜒状敷设或随地形弯曲敷设，易绕过障碍物，减少接头的数量。

由于PE管易氧化，易弯曲，对温度敏感，对于管材的存放、搬运、运输、存放期限及施工等有一定的要求。

综上所述PE管的优势仍要大于钢管，且天然气的气质干，无杂质，PE管在天然气输配工程中广泛应用具有很大的优势。

3.问题与思考

3.1 钢管与PE管管道的连接：

由于西安市天然气输配系统中同时采用了钢管和PE管两种材质管道，所以两种类型的管道的连接就不可避免。目前PE管的连接方法主要有以下两种：

一是钢塑法兰连接；

二是采用钢塑接头进行连接。采用钢塑法兰连接施工相对比较简便，不需要缺点是钢塑法兰的防腐处理比较困难，由于采用法兰连接，如果防腐处理不当，很容易造成钢管一侧的管道泄漏。因此在实际应用中，由于钢塑接头连接完成后只需对钢管一侧进行防腐处理，虽然增加了成本，但是由于连接可靠性和运行的安全性都比钢塑法兰连接更好，建议采用钢塑接头进行钢管和PE管的连接。

3.2 PE管管件的配套问题由于PE管的化学性能的限制，它不能在地面上使用，其次由于燃气输配系统本身的要求不同类型和口径的管件，所以合理的管件配套对于方便施工、减少工程成本、减少管件库存等方面具有现实的意义。由于我国PE管及管件生产企业的生产线全部从国外引进，生产的管件也大都采用国外的规格和口径，加之PE管在我国天然气行业的应用也没用大面积的普及，在我们的实际应用中发现在大口径管向小口径的变径过程中由于没有跨口径的变径接头，原本在钢管不同管径的管道连接中只需要一个变径的连接，PE管则需要三个以上的连接管件，这不仅增加了施工的难度，同时也增加了工程成本；其次，由于我国的天然气供应主要以小区的楼栋供气方式为主，楼前楼后其它管道和地下设施普遍较多，且资料十分缺乏，在楼前低压管（PE管）和引入管（钢管）的连接时使用了三种不同类型的管件，所以在楼前低压管道的铺设中，采用PE管比钢管，工程造价上升近20%，其中的主要原因在于配套管件相对造价太高。因此，适时开发适合我国国情的PE管管件，比如异径三通、跨口径异径接头等，探索新的施工工艺和方法，就可以解决PE管管件的配套问题。

3.3 PE燃气管道的运行安全：经过7年来我公司各用户小区和部分主体管道采用PE管道的实践，我们发现PE管道在实际应用中应注意以下三点：其一、PE管道周围的土方开挖施工是影响PE管道安全的主要因素，因此，在日常的运行管理必须加大队管道附近其它工程施工的管理。其二、由于PE管管材没有导电性，这给PE管道的探测定位带来很大的不便，针对这一点，在工程中要严格竣工资料的审核，务必要做到图实相符；在投运以后的管道，如果管道附近的建构筑发生变化，对原有的竣工图纸要及时更新，确保能及时的掌握地下天然气管道的确切资料，从而更管道的运行管理打下良好的基础。在西安市，PE管在日常的安全管理方面，我公司采用在管道上方打检测孔、定期使用检漏仪检查巡线方法，定期对管道的安全情况进行检查，收到了良好的实际效果。

4.结语

综上所述，通过PE管道在西安市天然气气化工程的成功实践，充分说明了PE管在城市燃气输配系统中具有良好的发展前景。在我国燃气行业大面积推广使用PE管道无论是在经济、技术等方面都是可行的，这项技术的使用，对于提高我国现有的燃气行业的经济效益和整体水平起到很好的促进作用。另外，我们也要充分认识到我国PE管道应用中所面对的实际问题，广大生产企业也要针对市场的实际需求开发适合中国国情的产品，从而使我国天然气事业的发展迈上一个新台阶。

［1］ 李公藩《塑料管道施工》中国建材工业出版社2001

［2］ CJJ63-95， 《聚乙烯燃气管道工程技术规程》 中国建筑工业出版社1995 北京