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PE管道应用


PE管道在香港中华煤气的应用

何健文 香港中华煤气有限公司

香港唯一管道燃气公司 制气能力 输配管网 客户数目 煤气销售 雇员人數 营业额 1,226万m3/天 3,236公里 162万用户 27,034百万兆焦耳
约等于8亿立方米天然气

1,912人 134.7亿港元

香港中华煤气概况 (2006) 香港中华煤气概况 (2006)

中华煤气的使命
为客户供应安全可靠的燃 气,并提供亲切、专业和高 效率的服务,同时致力保护 及改善环境。

香港煤气管网简介
输配管网长: 3,236公里 高压管网: 142公里 高压管调峰能力:100万立方米 覆盖率: 达85%香港已建城区 管网压力: 高压: 0.7MPa - 3.5MPa 次高压B: 0.4MPa - 0.7MPa 次高压A: 0.24MPa - 0.4MPa 中压: 7.5kPa - 0.24MPa 低压B: 2kPa - 7.5kPa 低压A: <2kPa 高压调压站: 23个(高压/次高压入口压力) 中低压调压室: >900个

高压及次高压管网及管网覆盖范围

高压输气管网: 142公里

覆盖率:达 85% 香港的家庭

配气管网: 合共:

3,094公里 3,236公里

配气管道材料演变
60年代 70年代

铸铁管 球墨铸铁管

-

早期物料 延展性好 抗外力强 不会腐蚀 热熔接口 延展性强 便于运送

80年代

PE 塑料管

90年代

球墨铸铁管

钢管

聚乙烯管

镀锌铁管

铸铁管

2006年年底管网物料
钢管

347

球墨铸铁管

聚乙烯管

1,414

1,116

镀锌铁管

359

各物料在管网的总长度(公里) 管网全长 3,236公里

2006年年底PE管网压力分布
次高压A(0.4MPa)

10
中压(0.24 MPa) 低压B(7.5 kPa)

229

636
低压A(2 kPa)

241

不同压力系统PE管长度(公里) PE管网全长 1,116公里

香港煤气PE管道使用基本资料
管径:32mm 至 400mm(SDR17.6及SDR11) 颜色:黄色 应用压力:PE80 SDR11(中密度):4bar PE80 SDR17.6(中密度):2.4bar PE100 SDR17.6 : 4bar 输送气体: 人工煤气(干气) 煤气的成分:氢气H2(49%) 甲烷CH4(28.5%) 二氧化碳CO2(19.5%) 一氧化碳CO(3%)

香港煤气PE管道使用基本资料(续)
中华煤气从1987年开始在香港使用PE 管,是中国最早使用PE燃气管的公司之 一 ,并有安全的使用记录 新铺设≤2.4bar煤气管主要为PE管(> 95%) 每年铺设约80公里PE管道 至2006年底PE管网全长1116公里(管网 总长3236公里)

ISO9001认证
中华煤气的燃 气输配系统的 设计、物料供 应、安装、监 控、运行和维 修均符合 ISO9001(2000) 标准

香港煤气PE管道系统
–<200mm: 电熔连接 –≥200mm: 全自动对熔或电熔 连接 –用PE法兰和丁腈橡胶NBR与金 属管道或阀门连接垫圈 –阀门:≤110mm 使用PE球阀 >110mm 使用金属闸阀 –三通:禁止使用管材焊制的三 通或四通

PE焊制管件
中华煤气容许使用由管材焊制而成的PE 弯头,但最高的使用压力为 0.24 MPa。 禁止使用由管材焊制的PE三通或四通, 必须使用注塑的管件。

焊制三通

注塑三通

PE分支管于地上连接金属立管
地上PE管部分用 GRP套管保护 地下全PE管系统
– 消除地下金属管腐 蚀问题 – 大大减少因地面下 陷的问题

PE分支管于地上连接金属立管

国内常用的燃气PE管材原料
PE100原料必定是高密度PE: HDPE
? 典型密度: 大于 950 kg/m3 ? 典型熔体流动速率 (5 kg/190℃): 0.3 - 0.45g/10 min

PE 80原料主流产品是中密度PE: MDPE
? 典型密度: 940 - 950 kg /m3 ? 典型熔体流动速率 (5 kg/190℃): 0.8 - 0.95g/10 min

[注:北欧化工Borealis / Borouge HE3470-LS 为高密度PE80, 其密度为: 956 kg/m3, 熔体流动速率为 0.3g/10min (5 kg/190℃).]

国内常用的燃气PE管材、管件原料
? PE80: 北欧化工: Borstar ME3440 / ME3441 / HE3470-LS 道达尔石化: MDPE 3802B / 3802YCF INEOS: Eltex TUB171 / TUB172 / PC2040 / PC002-50R102

? PE100: 北欧化工: Borstar HE3490-LS /HE3490-IM/ HE3492-LS 道达尔石化: HDPE XS10B / XS10 Orange YCF INEOS: Eltex TUB121 / TUB125 N2025

聚乙烯管道的设计压力

燃气用PE管道设计压力 (GB15558.1 - 2003)
MOP = ? MOP = ? MRS = = ? SDR = ? C = ? Df = 温度 Df 2xMRS C(SDR-1)Df 最大工作压力,MPa 最小要求强度, MPa 8MPa(PE80) ,10MPa (PE100) 标准尺寸比 总体使用系数 ≥ 2 温度折减系数 (按欧标EN1555-5) 20℃ 1.0 30℃ 1.1 40℃ 1.3

PE管道总体使用系数例子
(1) PE100, SDR17.6, 最大工作压力 0.4MPa., 20C 2 x MRS 2 x 10 C = ---------------- = ---------------- = 3.01 MOP(SDR-1)Df 0.4(17.6-1)x1

(2) PE80, SDR11, 最大工作压力 0.4MPa., 20C
2 x MRS C = ---------------MOP(SDR-1)Df = 2 x 8 ----------------- = 4.0 0.4(11-1)x1

(3) PE80, SDR17.6, 最大工作压力 0.2MPa., 20C 2 x MRS 2 x 8 C = ---------------- = ----------------- = 4.82 0.2(17.6-1)x1 MOP(SDR-1)Df

燃气用PE管道设计压力

于 0℃ 250mm SDR11 PE80 管道快速裂纹扩展(RCP)

燃气用PE管道设计压力
PE管道系统须能抗快速裂纹扩展(RCP)
Pc, s4≧
MOP 2 .4 ? 0 . 072 ( MPa )

Pc, s4: 管材S4试验的监界压力(于0℃, 如操 作温度低于0℃, 应于最低操作温度进行)
注: 1. 当管道的操作条件MOP>0.01MPa, d≧250mm 或MOP>0.4MPa, d≧90mm须考虑RCP 的影响 2. 应拿可能使用的最大管径测量Pc,s4 3. PE100管材一般比PE80管材有较好的抗RCP 性能

PE100 vs PE80 管道系统
PE100与中密度PE80原料性能的比较 PE100有较高的密度(eg 0.955 vs 0.945 kg/m3) PE100有较低的熔体质量流动速率MFR (eg 0.4 vs 0.9 g/10 min, 5kg/190C) PE100的最小要求强度MRS比PE80高25% PE100一般有更优越的耐快速裂纹扩展性能 PE100的耐慢速裂纹增长性能未必一定较 PE80优胜

管道快速裂纹扩展(RCP)

裂纹从左(PE80)向右(PE100)扩展,裂纹在PE100 管材中一段很短的距离内停止了。

PE100 vs PE80 管道系统
可考虑采用PE100 SDR17.6替代 PE80 SDR11管道 应用最高工作压力均为4 bar(总体使用 系数 3.01 vs 4.0) 管道截面积增大17%和输气能力提高约 24% 由于壁厚的减少,PE材料的节省,成本可 降低约20% 当使用PE管修复旧管道时,薄壁的PE100 管更能发挥它的优势

PE管道产品采购及质量控制
所有建设管网所需的主要物料由中华煤气统一 采购 只从认可合资格的生产商采购 PE管材符合 GB15558.1 、EN1555-2 、 ISO4437 、GIS/PL2-2 或 AS/NZS4130 PE管件符合 EN1555-3 、ISO8085 或 GIS/PL2-4&6 只选用认可的PE80和PE100混配料生产的管材 和管件。目前中华煤气只接纳几种从欧洲进口 的PE原料。 管件的设计工作压力不应小于管材的设计工作 压力

PE管道产品采购及质量控制(续)
中华煤气评定「合资格」生产商,并定期审查 它们的表现。 生产商的质量控制系统须符合有关要求。中华 煤气会不定时到生产商厂房进行检查。 生产商须提供产品型式试验报告,每批产品须 提供合格证和检测报告。 对所有从生产商收到的管道物料进行检查,合 格后才可入中华煤气仓库。 从仓库提取物料采用「先进先出」原则。

PE管道施工的质量控制
使用符合标准的管材、管件及阀门 交由「合资格」施工单位进行施工 合资格的PE焊工施工(经内部培训、考试合格) 对PE管道的设计、施工、验收、运作和维修,订立内部的工作程 序和工作守则 选用符合标准的焊接机具(如 ISO12176 、 GIS/PL2-3 、 GIS/ECE1等) - 只允许使用全自动对熔焊机 - 对熔焊接参数符合英国燃气焊接标准 - 机具定期进行校准及保养 - 焊机应使用适当的合格电源 焊接过程按工作守则进行,并有详细记录 所有电熔管件焊接后进行外观检查,所有对熔接后应除去外卷边 进行进一部检查。对不符合要求的接口必须返工 抽样进行焊接口破坏性试验

聚乙烯管道的连接方法

聚乙烯管电熔连接

电熔焊接注意事项
管材切割必须垂直 只在熔合前才打开管件保护胶袋 管材外表皮必须适当刮削(厚度约0.2mm,同 时要避免过度的刮削) 使用夹具固定管材(管件) ,好的管夹有对 中、固定和复圆功能 焊接前必须确保熔合面干燥和干净 管材必须插到位且保持平直 核对焊接时间正确 准备工作完成后立即实施焊接 冷却期间不得对接口施加外力,冷却时间完成 后方可移开固定夹具

电熔焊接(承口类)所需机具
油性记号笔

焊机

刮刀

发电机 切管刀 电熔夹具

电熔焊接-套筒的断面
熔合区 接线柱 接线柱

中心限位隔
端部冷却区

中间冷却区

电熔焊接

没有刮管的后果

电熔接口检查方法
检查熔合指示针是否升起 ; 检查管件有无溢出物; 检查管材有无充分刮削痕迹; 检查管材是否对直; 检查接口的焊接记录;

电熔管件熔合指示针应当升起来

电熔管件熔合指示针应当升起来

管件应无溢出物

电熔焊接(鞍形类)注意事项
管件应放置于已刮削的管材上 使用专用托架或夹具固定管件

对熔焊接
对熔焊接标准工艺 (ISO 11414:1996(E))
p p

第 1阶段

第2阶段 第3阶段 第4阶段

第5阶段

第6阶段

t

聚乙烯管全自动对熔连接
使用全自 动对熔焊 机焊接 400mm PE100管 道,保证 接口质量

对熔焊接所需机具
焊边量规 油性记号笔 外刨边器
全自动对熔焊机 管端封盖

托轮

打印机
发电机 切管刀

为什么使用全自动对熔焊机?
不合格的对熔接口将对管线系统带来灾难性的 破坏 目前为止,缺乏接口无损检测完全有效的手 段,所以进行对熔焊接的过程控制非常重要。 全自动对熔焊机可选用认可的焊接参数标准, 主要焊接过程全自动进行,大大减少人为失 误。对熔接口完成后的焊接口记录亦可打印出 来或下载到电脑,永久保存下来。焊接工作具 有可追溯性,保证了接口的质量。 中华煤气自1992年开始使用全自动对熔焊机, 效果良好。

对熔焊接工艺参数
使用热熔对接的关键之一是所采用的焊接工艺 参数(如吸热和切换时间、焊接压力、热板温 度等) 对熔焊接工艺参数必须符合有关标准(如英国 燃气 、英国WIS 4-32-08 、德国DVS 2207-1 等)。中华煤气现时采用英国燃气对熔焊接标 准。 中国现时还没有制定对熔焊标准,用户要小心 选用适当的对熔焊接参数标准。 PE100管材的焊接参数可能与PE80的焊接参数不 同,要注意按有关标准进行。

典型的热熔对接接口记录
日期、时间、焊工编号、工程编号、接口 编号、焊接的管道类型 环境温度、加热板温度 最大拖动拉力、动态的拖动拉力、成边压 力 焊接压力、吸热压力 抽板时间、吸热时间、冷却时间 成边位移量 焊接状况

对熔焊接注意事项
应使用符合标准的全自动对熔焊机 使用认可的焊接参数 管径不可太小,管材壁厚应大于6mm 需焊接的管材两端有相同的壁厚(SDR)和材料级 别 定期清洁加热板和铣刀 应使用滑轮减低管材拖动拉力 焊接前必须确保待焊件的错边量不大于壁厚的10 %,管口椭圆度应在规定范围内 端面应充分铣切,铣切后的端面应确保干燥、洁 净 熔合后的充分冷却

对熔接口质量的检查
刨边之前
检查卷边是否对称、均匀、圆滑 测量卷边宽度,看是否在指定的大小范围内 100%刨除外焊边

刨边之后
检查卷边底部之焊接界面是否夹杂有污染物。检查卷边底 部之焊接界面是否有出现焊接不足而造成的可见的连接线 或裂缝。 将卷边向背后屈曲,以检查是否有焊接不足的地方。 检查两端管子在接口上是否对准成一直线 检查接口的焊接记录

聚乙烯热熔对接卷边测试

卷边割除

卷边屈曲测试 卷边量度

电熔/对熔接口破坏性试验

管线施工流程
申请许可证及通知 有关公共事业公司 施工及管道铺设

回填
压力测试

修复
完工及 将纪录存盘

其它施工注意事项
PE管材、管件只用于埋地使用 应保证设计的埋深、确保管道不与尖锐物体接触 管道上铺设可探示踪带、保护板及警示带 不超过允许的弯曲半径范围 保证与其它(电力、热力、水管等)管道的距离 严格按有关施工守则及法规施工 铺管后进行管道强度/气密性试验 抽样进行焊接口破坏试验 对PE管道的安装路线和深度作详细记录

聚乙烯管道的保护装置
聚乙烯保护胶板 金属示踪线

示踪线及保护板于阀井之典型安装

PE管道焊接的兼容性

PE管道焊接的兼容性
兼容性基本考虑因素:
? ? ? ? ? 管材和管件须符合有关标准 生产管材管件用的PE原材料须符合有关级别 和标准 电熔焊机及对熔焊机应采用认可的设备及焊 接规范 管件的最高设计压力不应低于管材的最高设 计压力 不同级别的PE管材 (如PE80 / PE100) 或不 同壁厚的管材 (如 SDR11, SDR17.6) 不可使 用对熔连接, 应使用电熔管件连接。

PE管道焊接的兼容性
电熔连接的兼容性
? ? ? ? 电熔管件可连接不同级别的PE管材及不同壁 厚的PE管材。 PE100电熔管件除了可连接PE100管材, 亦可 连接PE80管材。 PE80电熔管件除了可连接PE80管材, 亦可连 接PE100管材。 不同颜色的电熔管件与管材没有兼容问题 (如黑色的电熔管件可连接黄色的管材)。

PE管道焊接的兼容性
对熔连接的兼容性
? ? 热熔管件的PE级别及SDR应与管材的PE级别及 SDR相同 (如PE100 SDR17.6管道系统应使用 PE100 SDR17.6的热熔管件)。 不同牌号的同级别符合标准PE管材/管材、 PE管材/管件没有对熔兼容问题。但避免用对 熔连接高密度PE80管材与中密度PE80管材, 应使用电熔连接。 不同PE级别的管材不应使用对熔连接。 不同SDR的管材不应使用对熔连接。 不同颜色的热熔管件与管材没有兼容问题, 可用对熔连接。

? ? ?

PE管道焊接的兼容性
不同PE级别或不同壁厚的管材应使用电熔 管件连接

PE管道焊接的兼容性
同PE级别及同壁厚的管材可用对熔或 电熔连接

PE管道焊接的兼容性
不同壁厚或不同PE级别的管材不 许使用对熔连接

相关标准与规范

燃气用埋地PE管道系统 相关规范修订的主要内容
GB15558.1:2003(管材)修改采用ISO 4437:1997 - 已于2004年6月开始实施
适用于PE80和PE100材料 适用于外径16mm - 630mm 取消了(在输送人工煤气和液化石油气时 ,应选 用SDR11系列管材)的规定 增加了设计压力计算公式

燃氣用埋地PE管道系統
相关规范修訂的主要內容 GB15558.2(管件)修改採用ISO 8085:2002 -已于2005年12月开始实施 塑料制品标准化技术委员会塑料管材管件及 阀门分会(TC48/SC3)牵头组织编写
材质及口径上与管材标准配套 取消了热熔承插连接类管件 PE80/PE100电熔管件可与PE100/PE80焊接

制订PE系统熔接设备国家标准
GB/T 20674.1(热熔对接) GB/T 20674.2(电熔连接) 2004年开始制订,已于2007年2月开始实施 塑料制品标准化技术委员会塑料管材管件 及阀门分会(TC48/SC3)牵头组织编写
修改采用ISO12176-1 :1998 和 ISO12176-2 : 2000标准

燃气用PE管道工程技术规程
CJJ63 -拟修訂内容

2004年开始修订,预计2007下半年实施 建设部科技发展促进中心牵头组织编写
修订最大工作压力 PE材料增加了PE100,口径增大到630mm 修改燃气流速不大于5m/s的要求 关于PE焊接管件降低工作压力或增加壁厚

制订《燃气用PE管道焊接技术规则》
2004年开始制订,已于2007年1月开始实施 国家质检总局管瓶处牵头组织编写
关于PE焊工的资格及管理 焊接工艺评定 焊接机具的基本要求 对熔焊接推荐的工艺参数

聚乙烯管道系统的维修及带气 连接

PE管的维修方法-

断气

压扁机:运用受 控制的外力将管 道变形直至管内 径被压至紧闭为 止

压扁截气
管道用户应要求管材供货商提供符合管材标准的压 缩复原试验报告, 以证明用压扁方法不会对管材的 性能有不利影响。 在低压管道进行切割带气管道的每一边,一般只需 作单一的压扁截气。管径在63毫米以上的中压管 道,通常每边需使用双重的压扁截气,并需在两压 扁位置之间装有放散装置。 应使用与管道大小及其标准径壁比(SDR)适合的压扁 截气工具,并应调校正确的最终压扁位置。 截气工具应在压扁管道后以机械式锁紧以防止动力 来源失效。 压扁截气位置与管道配件或切割位置的最短距离应 是管道直径的2.5倍。而压扁截气位置之间的最理想 距离应为管道直径的6倍。

压扁截气
在管道的同一位置上,只能进行一次压扁操作。 进行压力试验时,压扁截气工具不能用作管道末端 截气。 压扁截气操作时应有人看管。 可以用缓慢松开压扁截气装置的方法来进行管道置 换及投入运作,但必须特别小心进行。 当压扁截气操作完成后,管道应进行复圆,应在曾经 加压的位置上贴上印有如“已压扁截气操作”字样的 标贴。 聚乙烯管道曾被压扁截气的位置,不能使用作接 合,不论是熔合或机械式接合。

PE管的维修方法
采取妥善的安全预防措施 尽可能低降低运行压力(如 果允许,则关闭阀) 建立旁通 对PE80管道,可使用压扁机 断气(低压管道一般每侧使 用1组压扁机,中压管道 63mm以上每侧应使用2组压 扁机,每组压扁机间加以放 散)

- 断气

气袋堵管技术

堵管技术应用于聚乙烯管
堵管装置

堵管马鞍

PE管的维修方法-连接
任何带气操作,都必须采取妥善的安全预防措 施。如在未开始焊接前,以可燃气体检测器在 沟槽检查:最大可容许的尺度是20%低爆点。 将焊机及发电机放于无可燃气体的地方,焊机 不应放置在沟槽内。 PE管的维修及带气连接必须由经过专门训练的 员工实施。 如需切割PE管道进行带气连接, 应采取适当措 施以防止由静电产生的火花引起的危险, 可利 用湿布使切口两端的PE管接地。 使用电熔套筒修补断气的管道。

带气连接63mm及以下分支管
使用电熔鞍形旁通:
正确使用专用托架或夹 具固定管件 钻孔前先目测鞍形接口 质量,及用试验帽检查 接口的气密性。

带气连接更大口径分支管

使用电熔鞍形 直通及带压 钻孔机

紧急事故处理
紧急事故热线: 2880 6999

紧急事故控制员 紧急维修队

抢险处理
4个24小时当值点 + 后勤当值工程人员 紧急事故优先处理 目标:0.5小时内到场 平均20分钟内

钻探孔检漏法

使用认可之探杆 使用可燃气体检测器测漏 使用前要用电缆探测器确保钻孔位置的安全

拼合管件作临时止漏

PE管损坏部分应尽快切除及用新PE管将之更换

保养
预防工作 气体泄漏测量 工地巡查 管网维修

预 防 胜 于 治 疗

预防工作 - 气体泄漏测量队
火焰电离子检测器

可燃气体检测器

以聚乙烯管为主的管网:最少两年测量一次

工地巡查
提供正确煤气管道数据 建议安全保护措施 防止和减少人为破坏

工地巡查 - 管道资料
管道定位器

管道埋深和定位器

非開挖工程
水平導向 鑽孔 鍛模套管

破管 氣動頂管

插管

頂管

锻模套管技术
?修复管径由100 毫米至900毫米

?将 PE管 管 径 缩 小 大 约 百 分 之 十 ?释 放 拉 力 后 , PE 管 膨 胀 至 原 来 大 小 , 紧 贴 旧 管 内 壁 ?PE 管 平 滑 表 面 改 善 流 量

?757mm 锻模套管技术
? 亚洲最大管径锻模套管工程 ? 世界最大管壁厚锻模套管工程 ? 在香港吐露港公路进行 2km 757mm SDR17.6锻模 套管工程,修复 800mm钢水管(内径 750mm)

广东港华燃气技术培训中心

山东港华培训学院

港华辉信工程塑料(中山)有限公司

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