聚乙烯PE燃气管道施工技术.docx
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聚乙烯PE燃气管道施工技术
聚乙烯燃气管道施工技术
第一部分聚乙烯管道的特征
聚乙烯管道是一种塑料制品,是高分子聚合物,起简称为PE管。
PE管又因为其原料密度不同，分为HDPE（高密度），MDPE（中密度），LDPE（低密度），其中HDPE和MDPE可以用作燃气管道。
聚乙烯管道之所以可以用作输送燃气，就是因为其具有一些金属的力学性能，比如：
强度，硬度、抗冲击性等，还具有一些金属管不具备的性能，比如：
柔韧性，耐腐蚀性强等。
下面就PE管的一些特性给大家做一个分析。
一、聚乙烯管道的特性：
1、PE管具有良好的柔韧性
由于PE管的柔韧性，一般情况下，当管径＞63mm时，可以做成3m，6m，9m的管段供应；当管径＜63mm时，可以做成50m，100m，150m的盘管供应。
因此减少了管接头，施工量小，安装迅速，而且可以蛇形敷设。
对于承受压力P＜0.01Mpa时，在带气作业时，采用球带阻气；当P＞0.01Mpa时，可以采用夹扁机具阻气。
PE管断裂伸长率也较高，弯曲半径可以小到管直径的20~25倍，还有优良的耐刮伤痕能力。
因此铺设时很容易移动，弯曲和穿插。
PE管对于管道基础的适应能力强。
一方面铺设时对于管基的要求较低，可以节约费用；另一方面铺设后管基发生均匀沉降和错位时也不容易损坏。
所以，PE管最适宜于有地震危险的地区。
世界各地的实践证明聚乙烯管道是耐地震性最好的管道。
2、PE管具有交好的耐腐蚀性，其寿命可达50年以上，而且可以直埋，不需做防腐处理。
3、PE管施工中具有独特的焊接技术，使其严密性优于金属管，而且焊接简便，迅速。
4、PE管内阻力小，可以增大输气量，提高输送能力。
5、对温度和紫外线（UV）较敏感，所以只能用作地下—20℃~40℃的环境下使用。
6、施工过程中，质量受人为的影响较大。
第二部分PE管材、管件的术语、定义
在国际标准、国标及专业方面，常提及以下技术术语。
在此，我们将这些术语及定义列出，以便大家在使用时概念及表述统一。
1、对接焊机压力：
在对接焊机的压力计或压力显示装置上指示的压力，它表示施加到管材或管件端部的界面接触力。
2、间隙：
两个物体外部极限之间的最短距离。
3、拖动阻力：
移动夹具开始启动时固定在移动夹具上的管材和重量所产生的磨擦阻力（最大阻力），或移动过程中出现的磨擦阻力（动态阻力）。
4、电熔焊机：
按电熔管件制造商的规定，实现电压或电流，时间或能量等焊接参数输出，执行焊接周期的装置。
5、对接焊机的磨擦损失：
克服对接焊机整个机构的磨擦所必需的力。
6、界面接触力：
如焊接图中所规定的，在焊接周期过程中管材或管件熔接表面之间的力。
7、总体使用（设计）系数C：
考虑了使用条件和管道系统组件的特性而确定的数值大于1的总体系数。
8、土壤覆盖层：
工程完工后，埋地管材顶部与正常地面之间垂距离。
9、符号：
①管材外径用De表示，单位为mm.。
②最大工作压力，用MOP表示。
管道系统中允许连续使用流体的最大的有效压力，单位为Mpa。
③最小要求强度，用MRS表示。
④裂纹快速扩展用RCP表示。
⑤标准尺寸比用SDR表示，它指的是管材外径与管壁厚之比，燃气用SDR值有两个系列，即SDR11和SDR17.6，也可认为此值为壁厚值。
⑥聚乙烯用PE表示。
⑦公称压力用PN表示，相当于管件在20℃时的最大工作压力，单位为Mpa。
第三部分聚乙烯管道管材、管件及连接
一、聚乙烯燃气用管道管件使用环境和条件
1、温度：
-20℃～+40℃
2、敷设方式：
只可作埋地用
3、颜色：
低压采用黑色加黄色条纹，中压采用黄色
4、长度：
较大口径可按每根长6m，9m，12m供货。
较小口径可盘卷。
5、材料：
PE材料必须≥PE80
6、压力等级：
PE管最大允许工作压力（PE80）表3-1
燃气种类
最大工作压力MPa
SDR11
SDR17.6
天然气
0．400
0．200
液化石油气
0．100
人工煤气
0．005
对于不同温度，PE管材允许的工作压力也不同如表3-2
二、管材、管件种类：
（一）管材、管件规格尺寸：
这里将常用管材、管件的规格尺寸列入表3-3、3-4中以便查找
常用PE管材规格尺寸mm表3-3
公称外径de
壁厚e
备注
基本尺寸
允许偏差
SDR11
SDP17.6
工作压力≤0.4MPa
工作压力≤0.2MPa
基本尺寸
允许偏差
基本尺寸
允许偏差
20
+0.3
3.0
+0.4
2.3
+0.4
25
+0.3
3.0
+0.4
2.3
+0.4
32
+0.3
3.0
+0.4
2.3
+0.4
40
+0.4
3.7
+0.5
2.3
+0.4
50
+0.4
4.6
+0.6
2.9
+0.4
63
+0.4
5.8
+0.7
3.6
+0.5
75
+0.5
6.8
+0.8
4.3
+0.6
90
+0.6
8.2
+1.0
5.2
+0.7
*
110
+0.6
10.0
+1.1
6.3
+0.8
*
125
+0.6
11.4
+1.3
7.1
+0.9
140
+0.9
12.7
+1.4
8.0
+0.9
160
+1.0
14.6
+1.6
9.1
+1.1
*
180
+1.0
16.4
+1.8
10.3
+1.2
200
+1.2
18.2
+2.0
11.4
+1.3
*
225
+1.4
20.5
+2.2
12.8
+1.4
250
+1.5
22.7
+2.4
14.2
+1.6
*
315
+2.5
28.6
+3.0
17.9
+1.9
*
400
+3.6
36.4
+3.8
22.8
+2.4
备注栏中带*号者为目前国内常用尺寸规格
常用的聚乙烯管件规格尺寸表3-4
管件名称
符号
公称直径
d
D
L
Z
H
电热丝
套管
32
32.2±0.2
43
88
5
63
63.3±0.3
84
107
5
110
110.5±0.5
140
172
5
电热丝
90°弯头
32
32.2±0.2
43
64
21
63
63.3±0.2
80
88
37
电热丝
45°弯头
32
32.2±0.2
43
55
14
63
63.3±0.2
80
72
21
电热丝
等径三通
32
32.2±0.2
43
62
21
63
63.3±0.3
82
88
37
电热丝
鞍形管件
63×32
95
100
110×32
100
95
110×63
100
100
160×32
130
95
160×63
130
100
200×32
135
95
200×63
135
100
管帽（对接连接）
32
91
63
107
110
130
160
179
200
199
250
224
异径管（对接连接）
63×32
179
29
110×63
196
46
160×63
268
94
160×110
222
48
200×160
237
39
250×200
246
48
90°弯头（对接连接）
32
92
63
104
110
145
160
183
200
199
250
219
45°弯头（对接连接）
32
92
63
124
110
163
160
200
200
225
250
251
22.5°弯头（对接连接）
110
99
160
132
200
139
250
146
等径三通（对接连接）
32
196
98
63
226
113
110
290
145
160
370
185
200
394
197
250
434
217
异径三通（对接连接）
250×63
283
193
200×32
255
171
200×63
279
171
160×32
251
153
160×63
275
153
110×32
197
130
110×63
221
130
（二）管件分类：
按照生产PE管件的方式不同，可以将管件分为注塑管件及焊接管件两大类。
按照施工方式的不同又分为：
电热熔管件、热熔对接管件、承插管件、钢塑转换接头。
电熔管件：
电熔管件是应用某种方法将电热丝布置于管件的内表面，施工时将管子与管件配合后用专用的加热控制电源将管件中的电热丝通电加热，使管件与管材的接表面熔化结合，冷却后使管件与管材牢固，密封地结合在一起。
2、热熔对接管件：
热熔对接管件是指适用于热板对接焊的管件。
3、热熔承插管件：
这种管件是用于承插连接的管件。
在燃气管道中基本不用。
4、钢塑转换接头：
钢塑转换是实现钢管向塑管，塑管向钢管转换的专用管件，在工厂加工成型，可用于燃气和给水系统。
按照工程上的习惯叫法，又分为：
套筒，弯头，三通，鞍型三通，变径，端堵，法兰，钢塑转换接头等。
（三）阀门
PE球阀：
此阀耐腐蚀，不需维护和维修，寿命50年，为整体式阀门，免除了泄漏的可能，与PE管连接时，无需设置阀门井，直埋施工。
三、管道及管件的连接
任何材料的管道，只有通过一种可靠的连接方法将各部件连接起来，才能成为一个完整的系统
PE材料的连接技术是独特的，这种连接完全可以保证熔焊接头部分的拉伸和承压性能均等于或强于管材本身。
PE管材或管件通过加热熔融彼此连接。
还可以通过压紧式管件，法兰或其他合适类型的加工过渡管件与其他材料进行连接。
PE的连接方式分为电热熔连接和热熔连接两种。
热熔连接又分为：
a、热熔对接焊接
b、热熔承插焊接（一般燃气上不用）
c、热熔鞍型焊接。
（一）热熔连接：
其原理是将两个管道（管件）表面加热到设定的温度，然后施加足够的外力将它们熔合到一起，外力促使熔融材料流动和混合，最终熔合在一起。
热熔连接需要采用专门的设备和辅助设备。
1、对接焊接：
一般用于连接较大口径的管材，如图3-11指的是将两接合面紧贴在加热板上，直到熔融，移走加热板，将两变软的端面靠在一起，在压力作用下保持一段时间，然后让其冷却。
①完成对接热熔焊的六个步骤：
a）固定住要连接的管件
b）切削管材端面
c）校准管材的轮廓端面
d）熔化管材接触面
e）将两个管材端面熔合在一起
f）在外力下保持一段时间。
●固定：
将需要连接的管材或管件固定在焊机的夹具上，使之只能同夹具一起运动。
●切削管材端面：
管材末端应被加工成洁净、平行的对接平面。
用铣刀对端面进行切削，直到形成一个边连续的切削物。
●校准对中：
要焊接在一起的管件或管材接触面必须是圆形，并且要将两面校准对中，尽量使管壁完全重合，CJJ63-95中规定，错边量不可超过壁厚的10%。
●熔融：
不同的PE生产厂家生产的PE管，其焊接温度，熔融温度等略有不同。
热熔焊机中的热板加热后将热量传至管材接触面，形成一道“翻边”。
但是，由于环境温度及风速等的影响，加热板的内外面温度会有一定的损失，所以有关国标中规定：
在大风天气和寒冷环境施工，要采取保护措施。
比如对管材进行隔离，端帽或延长加热时间等。
●焊接：
当管材两端达到适当的温度和时间后，移走加热板，并施加一定的压力将熔融的端面对接一起，使端面熔化的材料相互混合形成一个均一的接头。
●冷却：
焊接接头应在压力下保持固定，直到充分冷却，图3-12中为一对接焊图示例。
图3-12对接焊图示例
力时间
周期
说明
接触面压力
备注
t1
形成翻边，高度为1～4mm，取决于管件
P1
见下面第“B”条说明
t2
加热材料（吸热）
P2
见下面说明
t3
移走加热板
t4
对接
P4
见下面说明
t5
冷却
说明：
这里指的P1、、、P2、P4为所要求产生的压力值，不包括焊机的磨擦，压力损失和管道系统的托动阻力。
实际焊接时要测量出焊机的磨擦损失，拖动阻力等所有的额外阻力，并加到相应的要求压力上。
②热熔对接焊口的质量检查
为保证对接接口的质量，熔接完毕后，应对接口的质量进行检查。
到目前为止，尚没有一种方便、可靠的非破坏性检测手段用于实际工程的接口检验。
在大多数情况下，要凭借对接时形成的焊环判断接口质量，因此，凭借焊环判断接口质量几乎成为检查接口质量最主要的方法，是操作与质检人员必须具备的技能之一。
焊环检验接口质量主要从以下几方面考虑：
图3-16后弯试验
③对接焊操作时应特别注意的几个问题：
a）熔接面必须是洁净的，不洁净的界面会影响熔接界面分子间相互滑移和缠结。
铣削完毕后的界面保证不再被污染，如用布，手擦试都可能造成污染。
b）控制好加热温度。
温度过高过低都会影响接口质量。
寒冷天气和大风天应注意保护措施。
c）控制好焊接压力。
压力过小，焊接界面间长链分子无法充分变形，而重新重叠及缠结；压力过大，粘流态的融质都被挤出熔接界面，使界面间的介质大都处于高弹态，其结果会同样引起接口质量下降。
d）接触面要保持在同一轴线上，错边量不可超过10%的壁厚。
e）检查加热工具表面涂层是否完整并没有划伤，加热板上的残留物只应用木质刮刀切除。
f）移动管材或搬动焊接制备时，要小心，不要将管材或焊口划伤。
图3-17所示为一些不合格焊口的图形。
这几种情形的焊环都是施工不正确造成的，实际施工中应去掉重做。
下面就图3-17所示不正确焊口的图形进行原因分析。
图3-17a：
焊环尖端没同管壁接触，焊环高度过低；是由于对接力不足或加热温度过低造成的。
图3-17b：
两环高度过大；是由于对接压力过大引起的，这种接口潜在危害很大。
图3-17c：
两环宽度差距过大；可能是由于两段管材材料牌号不同造成的。
图3-17d：
两环轴线不在同一条直线上，主要原因是装卡管材时未能很好地保证同心或同轴度，另外管材外径的偏差也能造成上述情况。
装卡管材时管材外径的偏差不超过壁厚的5%即可。
图3-17不合格焊口图例
④热熔对接焊设备
目前热熔对接焊机有手动热熔焊，半自动对接焊，全自动热熔焊机。
不同厂家的设备操作方式，各项技术参数、维护保养不同。
具体使用时，注意说明。
辅助工具有：
切管工具，刨边工具，辊轮支架，翻卡尺
a.切管器：
用于快速要断待焊管材，并使要割管材端面规矩平整，节省铣刀铣削时间，提高焊口质量。
b.辊轮支架：
支撑移动端管材，变滑动磨擦为滚动磨擦，减小拖动压力，降低拖动压力与熔接（焊接）所需压力的比值，提高熔接（焊接）质量；减少熔接（焊接）过程中管材因滑动造成的管材表面损伤。
c.刨边工具：
在不损伤管材的情况下，切除焊环内外部熔接（焊接）翻边的工具。
d.翻边卡尺：
用于测量、评价翻边的工具。
2、鞍形焊接
同时加热管材的外表面和鞍形管件的外表面，直到聚乙稀达到熔化温度，将鞍形管件放在管材上，直到冷却。
类型包括：
从侧面分支的鞍形见图3-18a
从管顶分支的鞍形，包括一个集成在一起的平管切刀。
见图3-18b
步骤：
①清理干净管材；
②安装加热器的鞍形接头；
③将鞍形焊机安放在管材上；
④对管材管件表面进行预热处理；
⑤校准需要熔焊的部分；
⑥加热管件和鞍形管件；
⑦将需要熔焊的部分压紧固定在一起；
⑧冷却后移开焊机。
3、承插焊接：
燃气行业不用，所以不做介绍。
（二）电熔连接
通过电熔连接管件的基本原理包括加热、利用焦耳效应、集成在管件内表面（焊接表面）的电阻线圈，引起线圈附近的材料熔化和使管材与管件表面熔接在一起。
电熔连接可适用于不同类型的PE材料和不同融熔指数的材料连接。
电熔连接管件包括：
套筒，鞍形，变径，等径三通，异径三通和弯头。
1、连接步骤
① 管材预热处理：
刮去连接管材表面氧化层和污物。
② 固定管材和管件：
将待连接的管材和管件用专用工具中的夹具固定以防移动，特别注意已清洁过的管材表面位置。
③ 接通电流：
将电熔焊机与电源连接。
④ 冷却：
冷却到一定时间和温度后，移开固定夹具。
注意：
冷却期间，不得对焊接管件随意加力。
端部用套筒式的管件连接与电熔鞍形管件的连接示意图3-20如下。
2、电熔焊接过程中需特别注意的问题：
①电熔管件的包装只有到使用时再打开。
②焊接时，需使管材对正，上下左右分别在同一条水平线上。
③采用套筒连接时，应将电熔套筒完全推入到需连接原两个管件上，并检查两个管材端部插入深度，并做好标记。
3、电熔焊接的质量检查
①对于套筒式连接接口
a、在接口两侧有明显刮痕
b、检查插入标记，确认管材接口端是否已完全插入到位，如图3-21
c、检查熔融材料或焊接电阻没有从管材内部流出。
如图3-22
d、焊接完成后，电阻丝任何正常的偏移。
②对于鞍形接口
a、鞍形或鞍形三通的出口应垂直于管材的中心线。
b、任何位置焊接过程中的熔融材料都不应从管件内流出。
如图3-23
c、合格的焊口应是在电熔过程中无冒烟（过熔），过早停机等现象，电熔的观察孔有物料顶出。
电熔借口的质量可靠性高。
4、电熔焊接设备：
电熔焊接机采用计算机技术较多，每个管件生产厂商提供的焊接都可以方便的存入焊机的内部存储器中，只要焊机可以识别管件的特性，即可以按照规定的程序执行一个熔接命令，一般输入方式如下：
①手动输入方式（半自动焊机）：
人工利用焊机上的按键输入管件的焊接系数。
②条形码输入（全自动焊机）：
将管件的特性参数编制成条形码，焊机配置光区，可以读出条形码的内容。
管件的焊接参数包括：
电压（电流）等级，管材或管件规格，SDR值环境温度。
③辅助设备：
在电熔焊中，常用以下辅助设备：
旋转刮刀：
一般用于刮除管材（管件）外表的氧化皮，刮除厚度为0.2mm左右。
固定夹具：
用于电熔接工程中固定管材，使待焊的管材同心，在熔接和冷却工程中不产生移位，保证良好的气密性。
夹扁工具：
用于紧急情况下的断气作业。
旋转切刀：
用于快速地切断管材。
鞍形三通钥匙：
用于鞍形三通钻孔。
标记笔：
用于标记需刮除氧化皮的区域及焊后标记焊口序号。
平板尺：
用于测量需刮除氧化皮区域的长度，确保接口处电熔管件中间的冷料区域。
四、使用焊机时注意事项：
为保持焊机处于安全高效状态，应没连个月对焊机进行一次检查，维修和保养，同时，在进行熔接（焊接）操作和设备运输过程中，应注意以下事项。
（一）电源部分
电源应该具有至少IP44级防护能力且符合IEC17-13／let17-13／4标准。
同时电源部分应装有接地漏电保护装置，该装置动作时间不应超过0.4s，以防止使用者直接或间接接触触电。
另外，应对电源箱进行热和磁热处理，并使用特定的标志进行标注说明。
1、电源的连接
电源箱同热熔连接设备之间的电缆性能应符合相关标准，如需加长电缆，则加长部分也应符合相关标准。
电源插头应具有最低的IP67水平的防护等级能力。
2、接地
整个设备只需一个接地点，接地电阻值需同接地漏电保护装置匹配，且须保证任何金属部件的带电电压不超过25V。
整个接地系统需由专业人员进行加装和检测。
只有在接地系统安装完成后，整个设备才具有安全的防触电功能。
（二）焊机的使用和存储注意事项
为使危险性减到最少，请按照以下要求使用和保存焊机：
1、确保电源输入到连接部分符合标准；
2、避免同任何带电器件接触；
3、避免拉拔插头切断电源；
4、勿用电缆直接拖拉设备；
5、请勿将重物，锋利或高温物压在焊机上；
6、请勿在潮湿环境下使用焊机，工作时应确保手套，鞋和其他防护工作服装处于干燥状态；
7、工作时应避免设备被溅污；
8、定期检查设备绝缘状态；
9、检查线揽绝缘状态，尤其是易受机械磨损的线揽；
10、免在高温，潮湿，暴雨环境下使用焊机；
11、如果焊机需在高温，潮湿的密闭环境下工作，应使用48V输入电源或进行电气隔离；
12、每月至少检查一次接地漏电保护装置工作状态；
13、由专业人士检查焊机接地状态；
14、对焊机进行清洁时，勿使用诸如砂纸或腐蚀性气体等易破坏设备绝缘的材料；
15、电气部件应存储于干燥环境中；
16、焊机工作时应远离爆炸性气体、蒸汽、烟雾等；
17、焊机工作完成后应确保切断电源；
18、在使用焊机前，应确保焊机处于良好状态；
请按照以上要求和相关安全标准（如IEC64-8/7,17-13/1或17/-13/4）进行操作。
熔接（焊接）设备的操作人员必须经过专业人员的培训、考核合格后方可上岗操作。
注意：
请勿使用机箱破裂或变形的工具设备，否则容易引起电击事故。
（三）接电前注意事项
焊机接电前，检查焊机开关是否处于“关”状态，以免对熔接（焊接）设备电路造成冲击。
（四）移动部件的检查
在焊机运输前，应确保其所有可移动部件固定牢靠，在熔接（焊接）管材时应确保管材夹装牢固。
（五）危险场合工作的注意事项
在挖掘现场熔接（焊接）时，应注意防止灰尘，泥土进入焊机，并防止污水或其他液体对焊机的操作人员造成伤害。
另外若熔接（焊接）工作场合较为狭小，在熔接（焊接）时应有第二人在外监护。
熔接（焊接）时，应远离易燃易爆物品。
在使用提升设备搬运焊机或部件时，应注意焊机各部件放置牢固，同时也应考虑提升设备可提升的最大重量是否适合，以免造成危险。
在潮湿环境下，建议使用低电压设备进行工作。
请勿熔接（焊接）有液体流通的管道，以免熔接（焊接）时产生有害气体，若必须对此类管道进行熔接（焊接），须佩戴防毒面具。
（六）设备的维护和保养
干净和良好的设备保证了良好的工作和更加安全。
应仔细阅读本手册中涉及设备维护保养的有关章节。
立即更换所有有缺陷的、断裂的或被损坏的部件。
只有正确使用良好的工具才能保证操作人员和设备的安全。
（七）工作着装
不要穿肥大的服装或戴首饰，它有可能会被卷入机器对操作人员或设备造成危害。
为此，操作人员必须：
戴保护手套；穿工作鞋；戴防护眼镜（打磨工件时），戴保护耳罩（铳削加工时）。
应避免口袋、鞋带、长头发或其他部位太靠近机器，以免其被卷入机器对操作人员或设备造成危害。
（八）保持工作场地干净和无障碍
脏乱和拥堵的工作场地不仅意味着没有效率，而且还会引起事故。
因此保持工作场地的清洁和无障碍是非常重要的。
泥浆和油
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