PE80 和PE100 聚乙烯燃气管的比较

PE80 和PE100 聚乙烯燃气管的比较

一、 前言

玉林市天然气利用工程采用天然气为气源, 城区中压管网设计压力为0.2～0.4 Mpa, 根据城镇燃气输送压力分级, 属于中压A 级。

由于聚乙烯燃气管具有良好的柔韧性和耐腐蚀性, 同时重量轻、施工方便、寿命长、投资小、管道的气密性较好、管道表面光滑、输送流体阻力小等优越性能,玉林市中压管网采用了大量材质为PE100 聚乙烯管。由于国内应用的聚乙烯燃气管大部分为PE80, 而PE100 的应用还比较少,现就PE80 和PE100 聚乙烯燃气管进行比较, 分析玉林市天然气

管道选用PE100 聚乙烯管的原因。

二、PE80 与PE100 聚乙烯燃气管的比较分析

( 一) 聚乙烯燃气管发展简史

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、PE80 和PE100 五个等级。

( 二)PE80 与PE100 聚乙烯燃气管结构和混配料的比较

目前国际上使用量最大的管材树脂的MRS 值为8.0MPa(PE80 级),其树脂共聚单体含量比较高, 具有较高的长期静液压强度和耐环境应力开裂性能。而MRS 值为10MPa(PE100级)的管材树脂具有双峰型分子分布、己烯共聚物, 具有较高的密度和刚度, 很强的蠕变抵抗能力, 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, 正在迅速上升。PE80 与PE100聚乙烯燃气管混配料的最低要求强度见表1:

表1 聚乙烯燃气管混配料的分类

( 三)PE80 与PE100 聚乙烯燃气管的最大允许应力的比较

根据国标《燃气用埋地聚乙烯( PE) 管道系统第1 部分: 管材》GB15558.1‐ 2003 中3.24 规定条件下的允许应力, 按下式

计算: σt=MDS/C

式中:MDS—— 最小要求强度(MPa);

C—— 总体使用( 设计) 系数, 燃气用埋地聚乙烯管道系

统的总体使用( 设计) 系统C≥2;

因此, PE80 和PE100 聚乙烯燃气管的最大允许工作压力就分别获得, 见表3。

由表2 中PE80 和PE100 的最低要求强度获得:

对于PE80 级: SDR11 系列管道σt=8.0 /2=4MPa,

对于PE100 级: SDR11 系列管道P=10.0 /2=5MPa。

( 四) PE80 与PE100 聚乙烯燃气管的最大允许工作压力的比较 根据国家强制性行业规范《聚乙烯燃气管道工程技术规程》CJJ‐ 95 条文说明1.0.2 中国际上对聚乙烯燃气管道承压

能力一般按下式计算:

P=2σ/[Fd(SDR‐ 1)]

式中: P—— 工作压力(MPa);

Fd—— 设计系数( 安全系数) 。燃气管选取范围为2～5, 一

般选Fd=4.0;

SDR—— 标准尺寸比, 即公称外径与壁厚之比, 国家标准

中规定有SDR11 和SDR17.6。

由表2 中PE80 和PE100 的最低要求强度获得:

对于PE80 级: SDR11 系列管道P =2 ×8.0 /4 ×(11 ‐ 1)=0.4Mpa; SDR17.6 系列管道P=2×8.0 /4×(17.6‐ 1)=0.24MPa;

对于PE100 级: SDR11 系列管道P=2×10.0 /4×(11‐ 1)=0.5Mpa;

SDR17.6 系列管道P=2×10.0 /4×(17.6‐ 1)=0.30MPa。

因此, PE80 和PE100 聚乙烯燃气管道的最大允许工作

压力见表2:

表2 PE80 和PE100 聚乙烯燃气管道的最大允许工作压力

( 五) PE80 与PE100 聚乙烯燃气管不同温度下的最大允许工作压力的比较

国家强制性行业规范《聚乙烯燃气管道工程技术规程》CJJ‐ 95 条文2.1.4 中: 聚乙烯燃气管使用压力确定是根据管材在20℃( 或23℃) 时长期强度确定, 由于聚乙烯管道对温度较为敏感, 在较高温度下其耐压强度就要降低, 为了保证聚乙烯管道的安全性就要降低使用压力。在较低的温度下使用时,管材的脆性破坏可能性提高, 而裂纹扩展速度是与管材使用时的应用成正比的, 因此也应降压使用。由于玉林市地处我国南方地区, 燃气管道工作温度在20℃～30℃, 其允许工作压力数值是根据中国建筑工业出版社出版的《塑料管道工程设计与施工》介绍的在30℃工作温度下, 允许工作压力为20℃的65%确定, 因此分别得出PE80 和PE100 聚乙烯燃气管道在这一温度的最大允许工作压力, 见表3:

( 六) PE80 和PE100 聚乙烯燃气管性能指标的比较

目前, 国标《燃气用埋地聚乙烯( PE) 管道系统第1 部分: 管材》GB15558.1‐ 2003 对PE80 和PE100 聚乙烯管的力学性进行了明确规定, 见表4: