摘要：通过对聚乙烯（PE）燃气管道连接方式以及输送人工煤气的可行性进行分析，综合对比使用不同管材的社会效益和经济效益，阐明了在大同地区推广应用聚乙烯燃气管的前景。 关键词 ：PE燃气管；连接方式；可行性 ；效益；前景
Abstract: through analyzing the polyethylene (PE) gas pipe connection and conveying the artificial coal gas and the feasibility of analysis, comprehensive comparison of pipe of use different social benefit and economic benefit, expounded the datong region application prospect of polyethylene gas pipe.
Keywords: PE gas pipe, Connection mode; Feasibility; Benefit; prospects
中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：
一、前言：
同煤集团煤气厂是大同煤矿集团公司“七.五”期间兴建的一个新型煤化工企业，建厂以来燃气管网基本采用铸铁管、无缝钢管、水煤气钢管等。燃气管网从1988年运行至今，由于管材老化、断裂、腐蚀穿孔，造成燃气跑、冒、漏的现象时有发生，管网系统存在严重的安全隐患。主要表现为： ① 铸铁管是采用承插接口的灰口铸铁管，接口方式分为青铅接口和水泥接口两种。铸铁管的缺点是脆性大，在重压下易断裂。水泥接口易干裂和分解，造成接口泄漏。② 原有钢管的使用寿命已过，管道表面严重腐蚀，管壁变薄，并带有腐蚀小孔。针对集团公司燃气管网运行现状，通过精心收集、阅读、研究有关资料，发现聚乙烯管是近几年来广泛应用于中、低压燃气输配系统的地下管材，具有良好的可焊性，热稳定性，柔韧性与严密性，易施工，耐土壤腐蚀，内壁当量绝对粗糙度仅为钢管的1/ 10，使用寿命达50年左右，其本身的应力松弛特性可有效降低由于管基不均匀沉降造成的应力。适合大同地区使用。
目前国内聚乙烯燃气管材分为SDR11和SDR17.6两个系列（SDR为公称外径和壁厚之比）。SDR11系列适用于输送人工煤气、天然气、液化石油气（气态），SDR17.6系列仅适用于输送天然气。聚乙烯管道根据其材料密度不同又分为：高密度聚乙烯（HDPE）、中密度聚乙烯（MDPE）和低密度聚乙烯（LDPE）。燃气管道一般采用高密度和中密度聚乙烯管，但燃气工程推广使用高密度聚乙烯管。聚乙烯管材在有紫外线照射、高温、氧气等环境中易老化，因此作为燃气输送的聚乙烯管只宜作为埋地管道使用。
二、PE管用于输送人工煤气的研究
因人工煤气中含有影响聚乙烯管道耐压强度和使用寿命的芳香烃类物质（CmHn），因此PE管输送含有芳香烃冷凝液对其寿命的影响问题倍受关注。近年来，国内外技术交流中，PE管应用专家对此问题只是笼统认为可用耐气体组分性能来论证其可行性。国外文献介绍可用PE样品浸泡试验作间接论证。国内一般选择以冷凝液为内部介质进行短期静水压试验；化学品浸泡试验和耐气体组分试验；以及对实际运行管经过不同年数的使用性能测试，来探讨PE管用于人工煤气的可行性。根据日本煤气协会编写的《煤气用聚乙烯管》手册，“PE管道用于输送低压煤气时，煤气中气态芳香族成分对PE管道的影响可以不考虑”。在加拿大国家标准中也规定：“以气体状态存在的芳香烃含量不大于1%的燃气可以使用PE管”。我集团公司煤气厂向外网主要输送的炭化直立炉生产的人工煤气，芳香烃类物质含量为1%，正在上述规定范围内，可以使用PE管。
各地大量实际应用情况证明，人工煤气冷凝液对PE管影响很小。PE管适用于人工低压煤气管道。上海曾铺设一条GM5010H牌号的PE管道输送低压人工煤气，经过10年运行后发现管材性能变化不大。
三、PE燃气管的连接
PE燃气管的推广应用除材料性能符合要求外，管道接口的合理设计，可靠的连接也是其中一个重要因素。
在燃气管道工程中，管道的连接一般采用热熔连接、电熔连接、钢塑过渡连接三种方式。热熔连接的焊接方法有：热板焊、承插焊等，其中热板焊以连接强度高，设备简单、费用低而被国内外广泛采用，是掌握PE管连接必不可少的一种形式，因而热板焊工艺的研究显得特别重要。影响热板焊接头性能因素：PE管的焊接质量及焊接接头性能一方面取决于管材本身的性能，但更重要是焊接的工艺参数，在众多的工艺参数中，以加热温度（热板温度），加热时间和焊接压力尤其重要。
我们知道，高聚物的流动性能取决于温度的高低，其表征参数如粘度，温度高导致粘度小，流动性能好；反之，温度低则流动差。因此在塑料的热板焊接中，热板温度对焊接质量起着决定性的因素。
在焊接过程中，作用于焊接接头上焊接压力大小是很重要的。选择适当的焊接压力是为了使焊缝区的熔体产生合适的剪切流动并达到最佳的焊缝位置。焊接压力对焊接强度有一个最优值，这个最优值为0.15Mpa。在焊接时，若焊接压力较低，则材料的剪切流动不够，若焊接压力偏高，则熔体挤出太多，易形成冷焊。
另外，焊接接头的质量对决定焊缝材料冷却速度的周围空气温度较为敏感，表2是两种材料互焊时在不同冷却方式下的焊缝强度。
由表1可知，随冷却速度增加，焊缝强度是逐步降低的，这可能是因为强制性冷却会导致焊缝区内温度的不均性，使剩余应力增大而出现收缩孔等缺陷。因此，对于热板焊接如果环境温度过低或有风、有雨，必须设置防护栅，如果空气温度低于-15℃，焊接管材1m长的范围内要用气体火焰仔细加热。
四、经济效益和社会效益
我集团公司燃气管网管材大部分采用的是钢管，现将用PE管代替钢管来分析它们的经济效益和社会效益。
1、经济效益
使用PE管道的经济性，可从管子管件、安装施工、土方工程、计划管理（含设计、培训）等方面比较。由于钢管安装施工过程中必须进行防腐处理，而PE管无需防腐。所以总的说都认为PE管优于钢管。
2、社会效益
钢管使用寿命一般为20年，且钢管比重大，施工劳动强度高，而PE管道使用寿命达50年以上，且施工劳动强度低，可提高劳动生产率10%，全国各地燃气工程使用运行良好，安全可靠，未发生漏泄现象，并且大大减少城市道路和街坊的开挖量，有利于交通和市容整洁。随着燃气事业和工业技术发展，生产PE管要比生产金属管方便，且资源丰富有更好的发展前景。因此我集团公司燃气管网吸纳先进科研技术用PE管代替钢管，与同行业技术接轨一定会产生很好的社会效益。
五、结语
PE燃气管应用于城市输配管网是城市燃气输配上一项新型材料的技术更新，经过多年来研究并在全国城市试点，充分证明PE燃气管在全国已具备推广应用的条件，它不仅可以代替金属管作新的配气管网，也可以作旧管道管网更新改造。随着城市燃气事业的发展，推广及普及PE管推动了燃气行业的技术进步，对节约金属材料和减少投资具有重大意义。聚乙烯管的主要缺点是重载荷下易损坏，接口质量难以采用无损检测手段检验，以及大管径的管材价格较高。
参考文献
中等职业供热通风与空调专业系列教材《燃气工程》中国建筑工业出版社出版（北京西郊百万庄）2004年3月第一版
张坤、吕淑华PE管在城市燃气管网改造的应用《煤气与热力》月刊第25卷第7期第56页2005年7月出版
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。