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PE80和PE100聚乙烯燃气管的比较——玉林市天然气管道选用PE100聚

一、前言

玉林市天然气利用工程采用天然气为气源,城区中压管网设计压力为0.2~0.4 Mpa,根据城镇燃气输送压力分级,属于中压A级。由于聚乙烯燃气管具有良好的柔韧性和耐腐蚀性,同时重量轻、施工方便、寿命长、投资小、管道的气密性较好、管道表面光滑、输送流体阻力小等优越性能,玉林市中压管网采用了大量材质为PE100聚乙烯管。由于国内应用的聚乙烯燃气管大部分为PE80,而PE100的应用还比较少,现就PE80和PE100聚乙烯燃气管进行比较,分析玉林市天然气管道选用PE100聚乙烯管的原因。

二、PE80与PE100聚乙烯燃气管的比较分析

(一)聚乙烯燃气管发展简史

聚乙烯管习惯上按照密度分为低密度及线型低密度聚乙烯(LDPE及LLDPE)管(密度为0.900~0.930g/cm3),中密度聚乙烯(MDPE)管(密度为0.930~0.940g/cm3)和高密度聚乙烯(HDPE)管(密度为0.940-0.965g/cm3)。由于材料的不断进步,根据发展阶段和性能的不同,产生了材料的等级分化,密度不能反映聚乙烯作为管材的本质性能,因此目前国际上根据聚乙烯管的长期静液压强度(MRS)对管材及其原料进行分类和命名。长期静液压强度是指连续施加在该聚乙烯树脂制管管壁上50年时引起管材破坏时所计算的在管壁上的环向张应力,该值是管材结构设计的基础。聚乙烯管的工程设计概念与金属管不同,对于金属管的设计,广泛的使用环境温度下的屈服强度系数。而聚乙烯管与金属管不同,它受持续应力及温度变化的影响,因此聚乙烯管的设计应力应根据长期强度来决定,即通过绘制恒温下应力与破坏时间的曲线来确定。根据聚乙烯管的长期静液压强度(MRS),国际上将聚乙烯管材料分为PE32、PE40、PE63、PE80和PE100五个等级。

(二)PE80与PE100聚乙烯燃气管结构和混配料的比较

目前国际上使用量最大的管材树脂的MRS值为8.0MPa(PE80级),其树脂共聚单体含量比较高,具有较高的长期静液压强度和耐环境应力开裂性能。而MRS值为10MPa(PE100级)的管材树脂具有双峰型分子分布、己烯共聚物,具有较高的密度和刚度,很强的蠕变抵抗能力,在提高长期静液压强度的同时,也提高了耐慢速裂纹增长和耐快速开裂扩展性能,并具有良好的加工性,为提高管网输送压力、增大管道口径、扩大管道应用范围创造了条件。目前PE100的管材使用量,特别是在大口径管材上的用量,正在迅速上升。PE80与PE100聚乙烯燃气管混配料的最低要求强度见表1:

表1 聚乙烯燃气管混配料的分类

(三)PE80与PE100聚乙烯燃气管的最大允许应力的比较

C———总体使用(设计)系数,燃气用埋地聚乙烯管道系统的总体使用(设计)系统C≥2;

因此,PE80和PE100聚乙烯燃气管的最大允许工作压力就分别获得,见表3。

(四)PE80与PE100聚乙烯燃气管的最大允许工作压力的比较

P=2σ/[Fd(SDR-1)]

Fd———设计系数(安全系数)。燃气管选取范围为2~5,一般选Fd=4.0;

SDR———标准尺寸比,即公称外径与壁厚之比,国家标准中规定有SDR11和SDR17.6。

表2 PE80和PE100聚乙烯燃气管道的最大允许工作压力

(五)PE80与PE100聚乙烯燃气管不同温度下的最大允许工作压力的比较

国家强制性行业规范《聚乙烯燃气管道工程技术规程》CJJ-95条文2.1.4中:聚乙烯燃气管使用压力确定是根据管材在20℃(或23℃)时长期强度确定,由于聚乙烯管道对温度较为敏感,在较高温度下其耐压强度就要降低,为了保证聚乙烯管道的安全性就要降低使用压力。在较低的温度下使用时,管材的脆性破坏可能性提高,而裂纹扩展速度是与管材使用时的应用成正比的,因此也应降压使用。由于玉林市地处我国南方地区,燃气管道工作温度在20℃~30℃,其允许工作压力数值是根据中国建筑工业出版社出版的《塑料管道工程设计与施工》介绍的在30℃工作温度下,允许工作压力为20℃的65%确定,因此分别得出PE80和PE100聚乙烯燃气管道在这一温度的最大允许工作压力,见表3:

表3 PE80和PE100聚乙烯燃气管道不同温度下的允许工

(六)PE80和PE100聚乙烯燃气管性能指标的比较

表4 聚乙烯燃气管材的性能指标

三、玉林市天然气管道选用PE100聚乙烯管的原因

玉林市位于广西东南部,年平均气温21.6℃~22.5℃,所以聚乙烯管道工作温度在20℃~30℃范围内。玉林市天然气利用工程采用天然气为气源,城区中压管网设计压力为0.2Mpa~0.4Mpa。聚乙烯管材有如下两个方案选择:

由于PE100比PE80的管材价格高5%,但相同条件下,流量与压力成正比,即方案二所供应的用户是方案一的1.5倍,所以其运营成本比方案一低,并且PE100的管材给将来管网的发展留有很大的余地,方案二优于方案一,所以选择方案二(即选用PE100管材)。

四、PE100聚乙烯燃气管的应用

PE100聚乙烯燃气管在国外已得到了广泛的应用,在使用压力和管径上都比PE80高出一截,使投资和运营成本更低。欧洲各国在PE100级聚乙烯燃气管道实际使用压力,见表5。由于PE100聚乙烯管技术的应用,国外正在尝试将SDR11的聚乙烯燃气管的使用压力提高到1.0Mpa。

表5 欧洲PE100级聚乙烯燃气管道实际使用压力

PE100聚乙烯燃气管在国内各城市应用还比较少,这是由于PE100聚乙烯燃气管材及管件还未能实行国产化,并且还未制定出PE100聚乙烯燃气管的专门规范。但PE100聚乙烯管以其优越的性能,必会得到迅速发展。

五、结语

随着 “西气东输”工程的深化和沿海各省LNG工程的逐步实施,PE100聚乙烯燃气管将会迅速发展,使聚乙烯管材得到更广泛的应用。

【参考文献】

[1]华北设计研究院.玉林市天然气利用工程专项规划[S].

[2]聚乙烯燃气管道工程技术规程[S].