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PE給水管道在城市供水管網(wǎng)中的應(yīng)用工學(xué)論文
摘要:介紹了PE給水管的優(yōu)越性及在供水工程中的應(yīng)用,闡述了PE給水管安裝工藝的參數(shù)控制,提出了施工中易出現(xiàn)的質(zhì)量缺陷,為進(jìn)一步擴(kuò)大應(yīng)用提供了參考。
關(guān)鍵詞:PE;管材;管道連接;熱熔操作技術(shù)
PE管道是以高密度或中密度的聚乙烯原料生產(chǎn)的管道輸配水系統(tǒng),是城市供水管材的新產(chǎn)品，已成為管道領(lǐng)域“以塑代鋼”的首選管材,它克服了鍍鋅管、鑄鐵管易銹蝕、結(jié)垢、滋生細(xì)菌、壽命短的缺點(diǎn)。實(shí)踐證明以PE為原材料的管材,質(zhì)量可靠、運(yùn)行安全、維護(hù)方便、費(fèi)用經(jīng)濟(jì)、特別是PE給水管熱熔工藝更適合管道的直埋、暗埋,有效地解決了接頭滲漏的難題。亳州市建投投資有限公司從2006年已經(jīng)開始使用室外埋地PE給水管,進(jìn)行城區(qū)供水改造。近三年來，年安徽省亳州市城市供水改造工程完成投資8350萬元、總長度約520km（包括支管網(wǎng)），管徑從dn25、dn63、dn100、dn160、dn200、dn315dn400到dn500、 dn630不等�，F(xiàn)就PE給水管在施工應(yīng)用方面的有關(guān)環(huán)節(jié)進(jìn)行分析和探討。
一、PE給水管道的優(yōu)越性
1、 耐腐蝕、不結(jié)垢:PE給水管材是一種具有非極性結(jié)構(gòu)的高分子材料,具有較好的耐化學(xué)性。對水中和土地中的所有離子和建筑物內(nèi)的化學(xué)物質(zhì)均不起化學(xué)作用,具有抗酸堿腐蝕能力、不生銹、不結(jié)垢、耐老化、不滋生微生物、不產(chǎn)生異味。絮凝物使水質(zhì)變色,符合衛(wèi)生規(guī)定,是飲用水輸送的理想管材。
2、質(zhì)量輕:質(zhì)量僅為鋼材的1/10,可大大減輕工人的施工強(qiáng)度,降低了機(jī)械的吊裝費(fèi)用�？s短了工期,提高了功效。
3、 管件連接牢固,由于聚乙烯具有良好的熱熔性,能保證接口材質(zhì)結(jié)構(gòu)與管體本身的同一性,實(shí)現(xiàn)了接頭與管材的一體化,熔接接頭泄露率比金屬管道顯著降低。
4、管內(nèi)流體阻力小,管段內(nèi)壁平滑,沿程摩阻力比金屬管道小,管件連接不縮徑,局部阻力系數(shù)比鋼管小。
5、使用壽命長易回收利用,鍍鋅管的使用壽命一般為10年～15年,實(shí)際使用時(shí)間往往更短，而PE管使用壽命可達(dá)50年。它易回收利用,不產(chǎn)生對環(huán)境有影響的物質(zhì),技術(shù)成熟且不斷發(fā)展。
6、對地基的變化有較強(qiáng)的適應(yīng)性。PE 管材是一種高韌性管材,其斷裂伸長率一般超過50%,對管基不均勻沉降的適應(yīng)能力非常強(qiáng),對地基沉降和端部荷載具有有效的抵抗能力。
二、PE給水管在供水工程中的應(yīng)用
1、PE給水管道的施工
�。�1) 溝槽斷面。
在斷面選擇中,考慮以下幾個(gè)因素的影響:管道的直徑、埋設(shè)深度、土壤類別、地下水情況、施工季節(jié)、溝槽是否用支撐、土方的運(yùn)輸、排水方法，基于以上8個(gè)方面因素的考慮,結(jié)合亳州市區(qū)內(nèi)的工程地質(zhì)情況,地下水位較低,在多年的施工中,對于DN300以下的管道在城區(qū)內(nèi)施工幾乎未遇到地下水,亳州市的凍土層約為0.5m,所以采用的是直壁與放坡相結(jié)合的斷面形式,溝槽放坡按給水排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范執(zhí)行。
�。�2) 基礎(chǔ)處理
開挖中若基礎(chǔ)為未擾動(dòng)槽底原狀土,可直接鋪設(shè)管道,對于一般土質(zhì),主要采用鋪砂墊層,厚度為200mm,管道在鋪砂墊層前,應(yīng)先夯實(shí)平整,其密度不應(yīng)低于90%。對于流砂、淤泥層硬土層等,采用換土、打樁等措施,確保工程質(zhì)量。
�。�3) PE管材、管件之間的連接
PE管材、管件之間的連接一般有熱熔連接、電熔連接及機(jī)械連接,供水改造工程的3家公司全部采用熱熔連接。熱熔連接又分為熱熔承插連接和熱熔對接連接,DN65管道以下(包括DN65)采用熱熔承插連接,DN100以上采用熱熔對接連接。熱熔連接要采用相應(yīng)的專用連接工具,連接時(shí)嚴(yán)禁明火。要校直兩對立的待連接件,使其在同一軸線上。
a. 熱熔承插連接方法:將匹配的內(nèi)表面和外表面同時(shí)加熱到粘流態(tài),拆去加熱工具,將外表面插入內(nèi)表面形成承插搭接。其連接的界面是柱狀面。熱熔對接連接關(guān)鍵是要把熔接過程中柱狀熔融界面的溫度、時(shí)間和接縫壓力三個(gè)參數(shù)調(diào)到最佳,把熔融界面材料的特性、柱狀界面幾何尺寸自身的匹配及界面和加熱工具的匹配性、環(huán)境溫度等因素同時(shí)考慮。這種操作大多為手工操作,因此人為因素是焊接質(zhì)量的一個(gè)重要影響因素。
b. 熱熔對接連接方法:將兩相同的連接界面用加熱板加熱到粘流狀態(tài)后,移開熱板,再給連接面施加一定的壓力,并在此壓力狀態(tài)下冷卻固化,形成牢固的連接,其連接界面是平面。熱熔對接連接的關(guān)鍵是要在對接過程中調(diào)整好溫度、時(shí)間、壓力三個(gè)參數(shù),要把連接界面材料的性能、應(yīng)力狀況、幾何形態(tài)以及環(huán)境條件等自然因素一起考慮,才能實(shí)現(xiàn)可靠的熔焊。
c. 不同管徑之間的PE管連接采用PE 異徑管件變徑后,仍采用熱熔連接。
（4) PE管材與其他的管材、管件及閥門之間的連接。
城市的配水主管道的施工管段水壓試驗(yàn)及沖洗消毒合格后,要與用戶管、已建管道等其他材質(zhì)的管材、閥門進(jìn)行過渡連接,尤其是對更新改造的主干管更是存在著與其他管道連接的問題。
a. dn63 以下的PE給水管與金屬管道、小口徑閥門的連接,可采用內(nèi)(外)鑲嵌金屬螺紋的注塑管件進(jìn)行過渡。
b.dn63以上的PE給水管與其他材質(zhì)管道、閥門、伸縮器、消火栓等金屬管件的連接,采用相同型號的法蘭連接進(jìn)行過渡,PE 管材的過渡法蘭由法蘭頭和鋼塑法蘭片組成。PE 管材與其他材質(zhì)的管材、管件、閥門等的連接,其過渡管件的壓力等級不得低于管材的公稱壓力。
�。�5）熱熔連接過程中易出現(xiàn)的操作缺陷及預(yù)防措施
熔接強(qiáng)度的確定要考慮材料的性質(zhì)和接頭的質(zhì)量,一般控制熔接溫度為230℃±10℃,溫度的上限受制于材料結(jié)構(gòu)的變化和焊縫形狀的優(yōu)劣。溫度過高,會(huì)出現(xiàn)卷邊尺寸增大,聚合物熔體對工具的粘附。聚合物的熱氧化會(huì)析出揮發(fā)性產(chǎn)物(一氧化碳、不飽和烴等) ,使接頭強(qiáng)度降低。
熱熔連接過程中易出現(xiàn)的質(zhì)量缺陷及預(yù)防措施如下：
a.接頭處或接頭附近的管材上出現(xiàn)裂縫:由于設(shè)定的溫度過高，產(chǎn)生管材表面碳化，相互熔接的兩端材料熔體流動(dòng)的速率不同。
b.熔縫出現(xiàn)缺口：熔接壓力不足，吸熱時(shí)間或冷卻時(shí)間過短，管口切削不平行。
c.管端錯(cuò)位：由于機(jī)具夾具不同軸，管段沒有架設(shè)水平，操作誤差大。
d.卷邊不規(guī)范：過窄是熔接壓力過大，過寬是吸熱時(shí)間不正確。
e.熔接不充分產(chǎn)生假焊：連接的管端面有污染，轉(zhuǎn)換時(shí)間過長，熱板溫度過低。
f.角度變形：由熔接機(jī)和管材安裝不當(dāng)產(chǎn)生管端受力不均。
g.連接面出現(xiàn)孔洞砂眼：焊接壓力不足，冷卻時(shí)間不足。
h.外來雜質(zhì)引起的空隙:加熱板處理的不干凈或加熱板上有水溶劑的存在。
2、PE管材的水壓試驗(yàn)
由于PE管材是一種熱塑料材料,管材本身具有發(fā)生蠕變和應(yīng)力松弛的特性,與傳統(tǒng)性材料(如球鐵、鋼等)管道不同,水壓試驗(yàn)過程中,PE管材發(fā)生蠕變會(huì)導(dǎo)致一段時(shí)間內(nèi)呈連續(xù)下降趨勢,試壓時(shí)間較長,需要注水補(bǔ)壓,不應(yīng)認(rèn)為管道漏水,故PE 管材的水壓試驗(yàn)與GB 50268 給水排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范對壓力管道的水壓試驗(yàn)不同,判斷水壓試驗(yàn)的方法與標(biāo)準(zhǔn)也不同,應(yīng)充分理解PE管道在壓力試驗(yàn)期間的壓力下降現(xiàn)象。
三、結(jié)束語
PE管材作為一種新型管材,雖然在施工中有其優(yōu)點(diǎn),但應(yīng)注意以下問題:
1、 PE管材為塑料管材,不易儲存,怕日曬,必須有封閉較好的倉庫保管儲存。
2、 PE管材的管道基礎(chǔ)相對于球墨鑄鐵管,要求更嚴(yán)格。
3、 PE管材的水壓試驗(yàn)對于初次試壓時(shí)難以控制。
4、PE管道的主管材價(jià)格相對便宜,但管件價(jià)格目前與其他管材相比,相對較高,如:電熔管件等。雖然PE管材有一定的不足,但作為一種新型管材,具有優(yōu)異的材料性能、廣泛的環(huán)境適應(yīng)性及良好的連接、施工性能,PE給水管道會(huì)得到更廣泛的應(yīng)用。
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