钟 敏 曾意刚 柳 鑫
（江西省能源集团萍乡矿业萍乡市同济工程咨询监理有限公司）
【摘 要】本文就钢骨架聚乙烯塑料复合管在燃气工程中的应用、带气开口技术作了简单的介绍，并对应用的安全性和提高使用压力的可行性进行探讨分析。
【关键词】钢骨架聚乙烯塑料复合管燃气应用技术带气开口安全性
1、钢骨架聚乙烯塑料复合管结构与力学特点
1.1钢骨架聚乙烯塑料复合管结构
钢骨架聚乙烯塑料复合管是由连续缠绕同步焊接成型的钢丝网圆筒为加强相镶嵌在热塑性塑料管壁中间构成，采用塑料熔融挤出与钢丝网筒成型同步的复合成型工艺生产的复合管。钢丝网由若干平行管材轴线的经线和以一定间距螺旋缠绕在经线外的纬线组成，经纬线间通过自动焊接使钢丝网定型。
1.2钢骨架聚乙烯塑料复合管力学特点
钢骨架聚乙烯塑料复合管的承压能力90%左右由钢丝网的纬线承担，PE层承担10%左右压力，故钢丝网纬线钢丝的配置是影响钢骨架聚乙烯塑料复合管承压能力的主要因素，
2、燃气用钢骨架聚乙烯塑料复合管规格与执行标准
燃气用钢骨架聚乙烯塑料复合管现行标准是由建设部发布的CJ/T125—2014《燃气用钢骨架聚乙烯塑料复合管》、CJ/T126—2014《燃气用钢骨架聚乙烯塑料复合管件》。
3、钢骨架聚乙烯塑料复合管的工程应用
3.1连接方式
钢骨架聚乙烯塑料复合管的燃气连接方式有：电熔连接、法兰连接。
（1）电熔连接
电熔连接使用的电熔套筒有三种：锥口电熔、过渡电熔、平口电熔。
具有封堵管材端面钢丝的锥形管端为锥口的锥口电熔连接，过渡电熔一头为锥口，另一头为平口（内径和管外径相当）；平口电熔两头均为平口。这两种电熔套筒主要用于现场断管后管端一头或两头无锥头时的管间连接。
（2）法兰连接
法兰连接采用了两半环和法兰盘组合结构，可以方便拆卸、更换。密封采用O型圈或法兰垫片。用于管材与阀门、设备等连接。
（3）与其他管材连接
与其他PE类管道连接可采用法兰连接、电熔连接。因钢骨架聚乙烯塑料复合管采用内定径，而纯PE管采用外定径，两种管材外径不同，与钢管的连接可采用法兰连接或钢塑过渡接头连接。
3.2施工要点
钢骨架聚乙烯塑料复合管施工工序要求和纯PE管基本相同，不同之处主要是采用相互采用电熔连接，而纯PE管主要采用热熔对焊连接。
（1）专用机具
钢骨架聚乙烯塑料复合管施工专用机具主要有：电熔焊机、扶正器。
扶正器用于电熔套筒与管材装配和接头固定，避免在施焊和冷却过程中接头各构件间的意外移动，有利于保证熔区压力和熔焊质量。
（2）管道敷设
钢骨架聚乙烯塑料复合管的线膨胀系数为35.4～35.9×10-6（1/℃），是PE管的1/5，是普通碳钢管材3～3.4倍。考虑热胀冷缩可能对管件、阀门等造成损害，施工中可通过人为适当制造曲线段或随地形起伏敷设，在小角度转弯时，尽量不使用弯头，即可起到吸收(或释放)热膨胀的作用。
（3）管道连接
1）管道电熔连接由技术人员操作或在其指导下进行。
2）因焊接工艺会受到施工现场温、湿度等环境的影响，施工前，应在施工现场对焊接工艺进行复验。
3）施工中，现场断管后，首先需将管端经纬线钢丝打磨掉，打磨深度5~8mm并清理干净后，用PE焊条、热风焊枪等对沟槽进行补焊，封堵钢丝。
4）焊接质量的外观检查。电熔套筒上观察孔中应能看到有少量熔融料溢出，此时，观察孔内塑料针明显上升。
（4）管道试验。
除目测外，电熔接头的焊接质量需进行泄漏和强度试验的检测。
强度试验压力应为设计压力的1.5倍，且不应小于0.40MPa。稳压1h后，观察压力计不应少于30min，无明显压力降为合格。
严密性试验压力为：
1）设计压力小于5kPa时，试验压力为20kPa；
2）设计压力大于或等于5kPa时，试验压力为设计压力的1.15倍，且不得小于0.1MPa。
3.3带气开孔
对于已投入运行的钢骨架聚乙烯塑料复合管燃气管线，如何在不停输的情况下开孔连接支管，并保证管线和作业的安全性，钢骨架塑料复合管带气开孔装置（专利号：ZL200520051539.6），可以实现开孔处断面钢丝的封堵，设计最高作业压力0.3MPa，可实现整个作业过程的燃气零泄漏，带气开孔技术成熟。
该装置主要由底座、闸板阀、连箱、开孔器、钢丝封堵器等组成。
4、钢骨架聚乙烯塑料复合管燃气工程应用安全性
4.1钢塑复合的可靠性
钢骨架聚乙烯塑料复合管PE与钢丝的复合是一次成型，钢丝网与PE互相交织浑然一体，钢塑复合均匀可靠。
4.2抗快速开裂性
比利时Becetel实验室按ISO13477对Dn150钢骨架聚乙烯塑料复合管进行了耐快速开裂性能检测，试验进行到1MPa（约是纯塑管快速开裂临界压力的5倍），该压力下所有试样的裂纹均不扩展。
4.3耐冲击性
钢的弹性模量是高密度聚乙烯弹性模量的200倍左右，钢骨架的加强作用改善了管材的刚性、耐冲击性及尺寸稳定性，它的地下安装可有效承受由于沉降、滑移、车辆等造成的突发性冲击载荷。
4.4电熔连接强度
4.4.1环向内压强度
电熔套筒与管材焊接部位，具有管材和电熔套筒双层壁，其承压能力远远超过管材本体。两管对头接缝处，压力完全由电熔套筒承担。
4.4.2轴向强度
电熔套筒的壁厚一般都比管材壁厚厚，受力截面积大，抗拉能力高于管材。以Dn300为例，熔区长度L=260mm，单边130mm。直径为1mm的金属焊丝以3mm的螺距排列（图）。
焊接长度以70%计，有效焊接长度为130mm×70%=91mm；
排除金属焊丝占据的长度，塑料层有效粘接长度B=91mm×（1-1/3）=60.7mm；
塑料层有效粘接面积按（2）式计算，面积为619.75cm2。
S=πDe×B×10-2………（2）
式中De——管外径（mm），Dn300管外径为325mm；
S——塑料层有效粘接面积（cm2）。
焊接面最大剪切破断力按（3）式计算，最大剪切破断力为130×103kg。
F1=Sσb×10-3………（3）
式中F1——焊接面最大剪切破断力（kg）；
σb——PE80抗拉强度（kg/cm2），取210kg/cm2。
Dn300燃气管的公称压力为0.8MPa，爆破强度P=0.8MPa×3.3×1.6=4.224MPa；
在爆破强度压力下，产生的轴向拉力按（4）式计算，轴向拉力为29.9×103kg。
F2=P×πDn2/4×10-1………（4）
式中F2——爆破强度压力下，产生的轴向拉力（kg）；
P——管材爆破强度（MPa）；
Dn——管内径（mm），Dn300管内径为300mm；
从计算结果可以看出，电熔套筒与管材焊接部位的抗轴向拉力是管材极限压力下产生拉力的4倍。
4.5承压安全系数
按CJ/T125标准规定，燃气用钢骨架聚乙烯塑料复合管的爆破强度≥公称压力×3.3×1.6，即设计安全系数为5.28。
按GB15558.1-2003标准规定，燃气用PE管设计系数C≥2，允许最大工作压力MOP按下式计算：
………（5）
式中MOP——燃气用PE管允许最大工作压力（MPa）；
MRS——PE料最小要求强度（MPa）
C——燃气用PE管设计系数；
SDR——燃气用PE管SDR值。
根据CJJ63-2008《聚乙烯燃气管道工程技术规程》规定，采用PE100级料生产的SDR11聚乙烯管，其最大允许工作压力为0.7MPa。按（5）式计算，其设计安全系数C=2.86，远远小于公称压力为0.8MPa的钢骨架聚乙烯塑料复合管的设计安全系数（5.28）。
若聚乙烯管的设计安全系数也为5.28，按（5）式计算，PE100级料生产的SDR11聚乙烯管，其最大允许工作压力仅为0.38MPa，而钢骨架聚乙烯塑料复合管的公称压力可达到0.8MPa。
因此，从设计系数看，钢骨架聚乙烯塑料复合管的安全性远远高于聚乙烯管。
5、总结
钢骨架聚乙烯塑料复合管生产采用了钢丝网缠绕焊接、塑料熔融挤出复合同步的工艺，复合结构具有良好的长期稳定性与可靠性，刚柔相济，具有卓越的综合性能。工程应用技术成熟，安全性高。通过合理的施工和质量控制，钢骨架聚乙烯塑料复合管燃气能得到更广泛的应用。
参考文献：
[1]CJ/T125—2014燃气用钢骨架聚乙烯塑料复合管
[2]GB15558.1-2003燃气用埋地聚乙烯管道系统第1部分：管材
[3]CJJ63-2008聚乙烯燃气管道工程技术规程
[4]CJJ33-2015城镇燃气输配工程施工及验收规范
[5]哈尔滨工业大学星河实业有限公司.钢骨架—塑料复合管强度计算.2003年11月
论文作者:钟敏,曾意刚,柳鑫
论文发表刊物:《工程建设标准化》2016年4月总第209期
论文发表时间:2016/6/15
标签：聚乙烯论文; 塑料论文; 复合管论文; 燃气论文; 管材论文; 压力论文; 套筒论文; 《工程建设标准化》2016年4月总第209期论文;