PE管焊接监理控制要点.docx

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PE管焊接监理控制要点

PE管焊接监理控制要点

周鸿钵2010年2月

目录

一、对人员的控制2

对焊接人员的控制2

关于焊制管件2

回填土的质量3

最小覆土厚度3

安全间距4

二、对设备的控制6

三、对材料的控制6

四、对工艺方法的监控7

五、环境对PE管施工质量的影响10

PE管的弯曲半径11

聚乙烯管道和钢骨架聚乙烯复合管道穿越河底11

聚乙烯管道的最大拖拉力11

PE管的耐腐蚀性12

焊接失败的主要原因12

一、对人员的控制

对焊接人员的控制

•PE管焊接操作人员，必须持证上岗。

•《聚乙烯燃气管道工程技术规程》（CJJ63—2008）

•1.0.5承担埋地输送城镇燃气用聚乙烯管道和钢骨架聚乙烯复合管道工程的施工单位必须具有相应资质；施工人员应经过专业技术培训后，方可上岗。

案例

•某地5月份敷设聚乙烯

•（PE）管道,DN200,SDR11，材料等级PE80，由于翻边由缺陷（如图），对焊口质量怀疑，质检未通过。

原因分析

•该焊口经分析其性能符合要求，

•而且是一个好的焊口，翻边的缺陷是由于管材的外表面粘有厂家不干胶的合格证，在焊接前距管材的焊接端面20～30mm范围未经处理，熔融聚乙烯（PE）的熔体在翻边时受阻，造成了翻边缺陷，致使焊口不合格。

案例

•某地9月敷设聚乙烯

•（PE）管道，DN250，SDR17.6，

•材料等级PE80，焊接长度约60m，在拖入管沟时，发生焊口开裂（如图）。

原因分析

•根据计算：

该管总重量为660kg，加上摩擦力、托管力不超过1000kg，按断裂强度18MPa计算，至少需要19t的力才能拉断。

•对断口检查发现：

内外翻边都正常，说明加热板温度满足焊接要求，但断口断面（如图）平整光亮，说明擦热板的物品带有油，形成油膜，污染了焊接面，形成假焊。

不使用夹具的案例

关于焊制管件

现场能自制焊接弯头吗？

现场禁止使用自制焊接弯头

南京某工地PE管敷设施工

•CJJ63-2008中4.1.6条规定：

•聚乙烯管道系统中采用聚乙烯管材焊制成型的焊制管件时，其系统工作压力不宜超过0.2MPa；

•焊制管件应在工厂预制；

•所选管材公称压力等级应不小于管道系统中管材压力等级的1.2倍；

•在施工过程中对聚乙烯焊制管件采用加固等保护措施。

•焊制管件的使用原则：

•在市场上有很多大口径对接PE管件，（三通，弯头），多是用PE管材使用多角焊机热熔对接焊制而成。

•因多角焊接接口有应力集中问题，一般使用这些焊制管材须折减工作压力。

•德国DIN16963标准规定，焊制弯头的最大工作压力比原来管材数值折减20%，而焊制三通的最大工作压力应折减50%。

•亦有不少欧洲国家禁止在燃气PE管道采用焊制三通或四通。

回填土的质量

•回填土的质量关系到管道的寿命。

•回填要注意掖角和管道两侧部分夯实的密实度，掖角回填是管道的基础部分，它要有一定的密实度与管道紧密结合，支撑管道的变形，应当充分的夯实，其密实度应大于90%。

特别是大口径管道回填尤为重要.

•必须把回填土看成是管道结构的一部分，即“管土体系”，也就是管道是由“管—土共同作用”构筑的结构体系，以此来抵抗管道的管顶覆土载荷和车行道上车辆的动载荷。

•管沟回填的密实度应当符合图所示的要求。

•推荐采用中粗砂进行回填，它具有非常好的支撑强度和稳定性，容易填放夯实固定管道，分散管顶的受力，并且增加管道与土壤的摩擦力，限制管道的热胀冷缩。

•管顶0.3m以下的夯实应当是分层的人工夯实。

•2.4.6回填土压实后，应分层检查密实度，并做好回填记录。

沟槽各部位的密实度应符合下列要求:

《城镇燃气输配工程施工及验收规范》CJJ33—2005

南京某工地施工现场

最小覆土厚度

聚乙烯管道和钢骨架聚乙烯复合管道埋设的最小覆土厚度（\CJJ63—2008）

•4.3.3条款中规定：

•聚乙烯管道和钢骨架聚乙烯复合管道埋设的最小覆土厚度（地面至管顶）应符合下列规定：

   1埋设在车行道下，不得小于0.9m；

2埋设在非车行道（含人行道）下，不得小于0.6m；

   3埋设在庭院（指绿化地及汽车不能进入之地）内时，不得小于0.5m；

4埋设在水田下时，不得小于0.8m。

•《城镇燃气设计规范》GB50028----2006中规定：

•6.3.4地下燃气管道埋设的最小覆土厚度（路面至管顶）应符合下列要求：

•埋设在车行道下时，不得小于0.9m；

•埋设在非车行道（含人行道）下时，不得小于0.6m；

•埋设在庭院（指绿化地及载货汽车不能进入之地）内时，不得小于0.3m；

•埋设在水田下时，不得小于0.8m。

•注：

当采取行之有效的防护措施后，上述规定均可适当降低。

•6.3.5输送湿燃气的燃气管道，应埋设在土壤冰冻线以下。

•注意两规范中，关于埋设在庭院（指绿化地及载货汽车不能进入之地）内时，最小覆土厚度（地面至管顶）的区别。

安全间距

表6.3.3-1地下燃气管道与建筑物、构筑物或相邻管道之间的水平净距（m）《城镇燃气设计规范》GB50028-2006规定：

项目中压低压

 BA

建筑物基础0.71.01.5 

外墙面（出地面处）--- 

给水管0.50.50.5

污水、雨水排水管1.01.21.2 

电力电缆直埋0.50.50.5 

在导管内1.01.01.0 

通信电缆直埋0.50.50.5

在导管内1.01.01.0 

其他燃气管道Dn≤300mm0.40.40.4 

•Dn>300mm0.50.50.5 

热力管直埋1.01.01.0 

在管沟内（至外壁）1.01.51.5 

电杆（塔）的基础≤35kV1.01.01.0 

 >35kV2.02.02.0

通讯照明电杆（至电杆中心）1.01.01.0 

铁路路堤坡脚5.05.05.0 

街树（至树中心）0.750.750.75 

表6.3.3-2地下燃气管道与构筑物或相邻管道之间垂直净距（m）《城镇燃气设计规范》GB50028-2006规定：

项目地下燃气管道

•（当有套管时，以套管计）

•给水管、排水管或其它燃气管道0.15

•热力管的管沟底（或顶）0.15

•电缆直埋0.50

•在导管内0.15

•铁路轨底1.20

•1受地形限制不能满足表6.3.3-1和表6.3.3-2时，经与有关部门协商，采取有效的安全防护措施后，表6.3.3-1和表63.3-2规定的净距，均可适当缩小，但:

低压管道不应影响建（构）筑物和相邻管道基础的稳固性;

中压管道距建筑物基础不应小于O.5m且距建筑物外墙面不应小于1m;

次高压燃气管道距建筑物外墙面不应小于3.0m。

注：

•2表6.3.3-1和表6.3.3-2规定除地下燃气管道与热力管的净距不适于聚乙烯燃气管道和钢骨架聚乙烯塑料复合管外，其他规定均适用于聚乙烯燃气管道和钢骨架聚乙烯塑料复合管道。

•聚乙烯燃气管道与热力管道的净距应按国家现行标准《聚乙烯燃气管道工程技术规程》CJJ63执行。

•3地下燃气管道与电杆（塔）基础之间的水平净距，还应满足本规范表6.7.5地下燃气管道与交流电力线接地体的净距规定。

上海虹口煤气泄漏因重型车经过所致（09.12.4）

上海煤气泄漏顺下水道入户

•12月4日，虹口区西安路东汉阳路路口的老式居民住宅区发生煤气泄漏事故，造成25人中毒，伤者分别送往医院救治。

截至记者发稿，事故造成2人死亡，5人重度中毒。

•被拆下的管道锈迹斑斑，除了爆裂处的裂痕外，还有一条清晰可见的10厘米长的裂痕。

•根据该裂缝，抢修人员还提出，由于断截面切口很大，而只有遭受巨大压力才会出现这样的状况，因此也有可能是重型车辆经常碾压导致窨井盖下沉，而窨井盖底部凸起的金属将老化的煤气管道压破。

上海市燃气集团相关工作人员表示:

着手调查，至于管道爆裂是否与路面不堪重负而沉降、或管道埋设工艺、材质有关，尚未有结论。

•右图,工作人员在管道断裂现场勘察。

思考题：

•1.管段复土的深度是多少？

•2.施工中沟槽的密实度是多少？

•3.煤气管与下水管的安全间距是多少？

•4.采取了那些行之有效的安全防护措施。

二、对设备的控制

案例

•南京一工地，选用国内某知名品牌全自动焊机，焊接时出现翻边不对称、不规则现象，造成外观不合格。

原因分析

•经检查：

该机未能定期检查，加热板上螺丝松劲，加热板四周温度不均匀，温度参数不符要求。

规范中规定：

5.2.17热熔对接连接设备应定期校准和检定,周期不宜超过1年。

5.3.17电熔连接设备应定期校准和检定,周期不宜超过1年。

三.对材料的控制

《聚乙烯燃气管道工程技术规程》（CJJ63—2008）

•3.1.2.用户在接受管材、管件时的验收，应检查下列项目：

   1检验合格证；

   2检测报告；

   3使用的聚乙烯原料级别和牌号；

   4外观；

   5颜色；

   6长度；

   7不圆度；

   8外径及壁厚；

   9生产日期；

   10产品标志。

•对物理力学性能存在异议时，应委托第三方进行检验。

燃气用PE管的颜色

燃气专用混配料

案例某工地敷设聚乙烯（PE）管道，DN250，SDR11，材料等级PE80，管件与管材焊接后，管件翻边表面产生大量气泡（如图），造成外观不合格。

原因分析

•经检查，施工基本规范，焊接使用全自动焊机，焊接参数符合要求。

后请厂方人员参与分析，厂方人员承认在制造、储存和运输中存在问题。

•虽然PE树脂吸水性差，但因在制造、储存和运输中受PE粒料中添加剂的影响，或温度和环境变化时的水分凝结，其中将含有一定的水分。

•水分含量高会严重影响PE管的加工性能，焊缝外观不好,呈或有气泡。

•3.1.3管材从生产到使用之间存放时间不宜超过1年，管件不宜超过2年。

当超过上述期限时，宜重新抽样，进行性能检验，合格后方可使用。

四、对工艺方法的监控

4.1.工艺参数对PE管道施工质量的影响

要保证好的焊接质量，就需要完善的焊接基本操作要求

监理人员只有在熟悉PE管焊接工艺过程的情况下，才能有效的控制好PE管的施工质量。

目前现场焊接质量尚无较好的办法,进行非破坏性检测,因此严格操作过程,是保证焊接质量的主要手段。

1）焊前准备

选用相应的夹具。

正确的连接焊机各部件；

测量电源电压，符合要求；

检查清洁加热板，

正确设置吸热、冷却时间和加热板温度等参数；

焊接前，加热板应当适当预热.

2）装夹管材/管件:

用辊杠或者支架将管垫平，使焊件在同一轴线上。

连接端伸出夹具，自由长度不应小于公称直径的10％，错边不应大于壁厚的10％。

3）铣削焊接面

铣削平均厚度，不宜大于0.2mm。

切削后熔接面应防止污染。

拖动压力的测量及检查。

4）检查接口是否对齐

标准：

1、左右间隙不超过0.3mm

2、上下错边不超过壁厚的1/10

5）加热

放置加热板，

调整焊接压力（P1）＝拖动压力（P拖）＋焊接规定压力（P2）。

加热。

加热板达到设定温度后，应保持一定恒温时间，然后再将端面修平的管材以一定的压力（包括测量的拖动压力）压紧在热板的加热平面上，初始时压力较高（P1）并保持一定的时间（t1）,直到形成规定宽度的卷边。

6）当加热板两侧焊接处圆周卷边凸起高度达到规定值时，降压至拖动压力（P拖），在确保加热板与焊接端面紧密贴合的条件下，开始吸热

计时。

7）切换对接

达到吸热时间后，打开焊机的移动夹具，并移走加热工具。

快速检查加热后的管材端部，确定在移动加热工具过程中是否损伤熔融的端面，然后再合拢焊机夹具，使管材端面接触。

8）焊接

立即贴合焊接面，在增压时间内平稳而迅速的将压力匀速升至焊接压力（P1）开始焊接。

重新建立焊接压力时，应当缓和而不能太过突然，以免熔体不均匀流动或产生较大的内应力。

9）保压冷却

按压力＝P1冷却时间冷却，冷却期间不得施加任何外力。

冷却时间对于接头质量有着非常重要的影响。

在整个对接焊过程和随后的冷却过程中，对接焊机应保持压紧状态。

10）拆卸

达到冷却时间后，将压力降至零，拆卸完成焊接的管段。

案例

•某地,4月份敷设DN200，SDR11，材料等级PE80的PE管道。

通过强度试验（压力0.6MPa）和气密性试验，运行压0.07MPa，运行四个月发现泄漏，开挖后发现焊口处泄漏（如图），观察焊缝翻遍，明显小于正常焊缝的宽度，第一感觉为焊接温度低，吸热时间不足。

案例

•原因分析：

询问操作人员并且在室外进行焊接操作，查看焊接过程，发现：

•将“凸起高度”的过程遗漏，直接开始“吸热”后对焊，焊接的翻边明显小，与泄漏的焊缝翻边雷同，造成焊接温度不足，使聚乙烯（PE）大分子未获得足够的能量和空间进行迁移、缠绕，从而达不到应有的强度和性能，在管道应力作用下，四个月后产生开裂。

案例

•某地4月份敷设聚乙烯（PE）管道，DN315,SDR17.6,材料等级PE100，工程完工后强度试验0.6MPa合格，该管线是预埋管线；第二年准备使用前，重新打压试验发现泄漏（如图）。

原因分析

•准备在焊口未开裂处作拉伸试验，取样时未用大力就断裂，强度非常低，

•断口的表面有镶入的泥沙（如图）。

•据焊接记录记载，是施工开始焊接的第一个焊口，说明：

•焊接准备不充分；

•热板表面不洁净；

•热板未预热；

•切换时间过长，从而造成假焊。

案例

•某地10月份敷设聚乙烯（PE）管道，DN315，SDR11，材料等级PE80，焊接后翻边表面产生1～2mm的气泡（如图），焊口下方密集，焊口上方稀少（如图），造成外观不合格。

原因分析

•焊接前一天下雨，管口未封堵，管内进入雨水，在焊接时虽然对管材的内外表面用干布进行了擦拭，但是处理的长度不够，由于坡度的问题，致使雨水在焊接的过程中，由高处慢慢流到热板处，焊接时熔融面将水分裹入，翻边时气化产生较大的气泡，致使焊口上方气泡稀少下方密集，现场将焊口锯开，擦干后又用乙醇（工业酒精）进行擦拭来加快水分挥发，焊接后气泡现象消除。

•电熔连接接头质量检验

电熔连接接头质量检验

•5.3.6条款中规定：

•电熔连接接头质量检验应符合下列规定：

   1电熔承插连接

   1）电熔管件端口处的管材（或插口管件）上，周边均应有明显刮皮痕迹和明显的插入长度标记。

   2）对于聚乙烯管道系统，接缝处不应有熔融料溢出；对于钢骨架聚乙烯复合管系统，采用钢骨架电熔管件连接时，接缝处可允许局部有少量溢料，溢边量（轴向尺寸）不得超过表5.3.6的规定。

电熔连接接头质量检验

•表5.3.6 钢骨架电熔管件连接允许溢边量

•（轴向尺寸）   mm

•管道公称直径DN 50≤DN≤300300＜DN≤500

•溢出电熔管件边缘1015

•3）电熔管件内电阻丝不应挤出（特殊结构设计的电熔管件除外）；

  4）电熔管件上观察孔中应能看到有少量熔融料溢出，但溢料不得呈流淌状。

  5）凡出现与上述要求条款不符合的情况，判为不合格。

五、环境对PE管施工质量的影响

《聚乙烯燃气管道工程技术规程》（CJJ63—2008）

3.3.1管材、管件和阀门的搬运应符合下列规定：

1搬运时，不得抛、摔、滚、拖；在冬季搬运时应小心轻放。

当采用机械设备吊直管时，必须用非金属绳（带）吊装。

2管材运输时，应放置在带挡板的平底车上或平坦的船舱内，堆放处不得有可能损伤管材的尖凸物，并应采用非金属绳（带）捆扎、固定，并应有防晒措施。

3管件阀门运输时，应按箱逐层叠放整齐、固定牢靠，并应有防止雨淋措施。

3.3.2管材、管件和阀门的贮存过程中应符合下列规定：

1管材、管件应存放在通风良好的库房或棚内，远离热源并应有防晒、防雨淋措施。

2严禁与油类或化学品混合存放，场地应有防火措施。

6管材、管件在户外临时存放时，应有遮盖物。

几点问题的讨论

PE管的弯曲半径

南京集庆路大街DN250PE管施工

南京集庆门大街DN250PE管施工

PE管的弯曲半径

•6.1.3条款中规定：

聚乙烯管道敷设时，管道允许弯曲半径不应小于25倍公称直径；

当弯曲管段上有承口管件时，管道允许弯曲半径不应小于125倍公称直径。

•按平面几何学中求园弧中心的方法近似求解。

•定向穿越中的曲率半径求法相同。

聚乙烯管道和钢骨架聚乙烯复合管道穿越河底

•4.3.8条款中规定：

•聚乙烯管道和钢骨架聚乙烯复合管道通过河流时，可采用河底穿越，并符合下列规定：

   1聚乙烯管道和钢骨架聚乙烯复合管道至规划河底的覆土厚度，应根据水流冲刷条件确定，对不通航河流不应小于0.5m；对通航的河流不应小于1.0m，同时还应考虑疏浚和抛锚深度；

•穿越深度（油气输送管道穿越工程施工及验收规范）

•1定向钻穿越河流等水体时时，穿越管段管顶埋深应在河流最大冲刷线2.5m以下，且穿越管段管顶到河床底部的最小距离宜大于穿越管径的10—15倍，且不小于6m。

对防洪等级高的河流，应根据不同的地质类别和密实度，应适当增加穿越深度；

•应注意的问题:

•1.规划河底的覆土厚度。

•2.河底的测定。

聚乙烯管道的最大拖拉力

1.聚乙烯管道的最大拖拉力不应大于按下列公式计算值：

   F=15DN2/SDR                （6.2.7）

 式中：

F——最大拖拉力（N）；

        DN——管道公称直径（mm）；

      SDR——标准尺寸比。

6.3.7条款中规定：

插入管采用拖拉法敷设时，拖拉力应符合本规程第6.2.7条的规定。

6.4.3条款中规定：

管道穿越时，管道承受的拖拉力应符合本规程第6.2.7条的规定。

F=1.36DN2                   （6.2.7）

   式中：

F——最大拖拉力（N）；

        DN——管道公称直径（mm）；

     SDR——标准尺寸比为11。

聚乙烯（PE）管道耐腐蚀问题

PE管的耐腐蚀性

•聚乙烯（PE）是无极性的饱和脂肪烃长链聚合物，具有优良的介电性和对各种化学剂的耐化学腐蚀性等。

埋地用聚乙烯（PE）管道不用考虑腐蚀问题;

•标准中没有耐腐蚀性要求，然而耐化学腐蚀并不是绝对的。

PE管的耐腐蚀性

•常温下聚乙烯（PE）几乎不溶于一般的有机试剂，但脂肪烃、芳草烃、卤代烃与PE长时间作用时，能使其溶胀。

•当温度超过60℃时，有可能被苯、甲苯、醋酸戊酯、松节油、石油醚、矿物油和石蜡逐渐溶解。

•PE可溶于四氢化萘和十氢化萘之中，其溶解度与结晶度、相对分子质量有关，随着结晶度与相对分子量的增加而降低。

•常温下PE管：

•能耐：

稀硫酸、硝酸及浓度较大的盐酸、磷酸、氢氟酸、甲酸、乙酸、氨、胺及各种碱、盐溶液；

•不耐强氧化性酸，如浓硫酸、硝酸、铬酸和硫酸的混合溶液等。

•温度约90～100℃时的硫酸、硝酸能迅速毁坏聚乙烯（PE）。

•考虑压力管的化学抵抗性时，应着重考虑连接的类型、温度和导致管子最终破坏的机械载荷因素。

在敷设管道时，要避开由此类物质的场所。

焊接失败的主要原因

从以上案例和国内多年的施工实践看，产生焊接失败的主要原因：

•1.操作人员没经过正规培训，或责任心不强。

•2.施工单位忽略了对焊接工艺进行评定；没有根据本单位的实际情况制定焊接工艺，执行焊接工艺不严格，操作过程不规范，缺乏应有的管理。

•a.焊接温度低：

加热板温度未达到焊接温度就开始焊接；电源电压低，距电源距离远，导线截面积小，导致加热板不能正常工作。

•b.焊接面污染：

热板表面不洁净污染焊接面或铣削后的焊接面受污染

•c.切换对接的过程超出规定时间。

•d.冷却过程未完成就停机拆卸。

•e.由于操作者失误将焊接参数设定错误。

f.装夹管材、管件两端间距过宽，机架行程不足，形成假焊

•3.焊机未定期维护：

压力表、温度指示器，发生错误信息，致使焊接参数错误;

•焊机生产厂焊接参数不准确。

•4.采用了不合格厂家的管材或管件。

•5.恶劣天气焊接，操作时无应有的保护措施。