聚乙烯PE管道设计施工技术手册讲解.docx
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聚乙烯PE管道设计施工技术手册讲解
聚乙烯（PE）管道设计施工技术手册
本文介绍高密度聚乙烯管道系统设计、施工、维修等方面技术要求及相关规范。
江苏江特科技有限公司
2008年1月1日
聚乙烯（PE）管道设计施工技术手册
1.安装方法种类
大口径ＰＥ给水管道系统主要采用热熔对接方式进行连接；小口径采用热熔承插连接；当与金属管道等其它管道连接，必须采用法兰连接；小口径管道也可用钢塑过渡接头连接；位置特殊，施工难度较大的位置，可采用电熔方式施工。
1.1方法一、热熔对接安装
热熔对接是采用热熔对焊机来加热管端（热熔对接温度为210±10℃），待管端熔化后，迅速将其贴合，保持一定的压力，经冷却达到熔接的目的。
适用管径范围：
dn≥63mm
操作步骤：
1、将需安装连接的两根ＰＥ管材同时放在热熔器夹具上（夹具可根据所要安装的管径大小更换夹瓦），每根管材另一端用管支架托起至同一水平面。
2、用电动旋刀分别将管材端面切平整，确保两管材接触面能充分吻合。
3、将电加热板升温至210度，放置两管材端面中间，操作电动液压装置使两端面同时完全与电热板接触加热。
4、抽掉加热板，再次操作液压装置，使已熔融的两管材端面充分对接并锁定液压装置（防止反弹）。
5、保持一定冷却时间松开，操作完毕。
6、施工完毕，须经试压验收合格后，方可埋土投入使用。
公称壁厚
（mm）
对接工艺
第一步：
预热
预热压力：
0.15ＭＰa
预热温度：
210°Ｃ
预热时的卷边高度h（mm）
第二步：
熔融
压力：
0.01ＭＰa
预热温度：
210°Ｃ
加热时间（秒）
第三步：
切换
允许最大
切换时间（秒）
第四步：
对接
焊接压力
1.5ＭＰa
冷却时间（分）
2-3.9
0.5
30-40
4
4-5
4.3-6.9
0.5
40-70
5
6-10
7.0-11.4
1.0
70-120
6
10-16
12.2-18.2
1.0
120-170
8
17-24
20.1-25.5
1.5
170-210
10
25-32
28.3-32.3
1.5
210-250
12
33-40
采用不同型号的焊机时，上述参数应作相应的调整
1.2方法二、热熔承插安装
适用管径dn≤110mm
操作步骤
1、用割刀或剪刀将ＰＥ管根据安装需要割断；
2、在管材插入深度处标记号；
3、将热熔器加温在210℃以内；
4、同时熔融ＰＥ管材、管件，然后承插（承插到位后待片刻松手，在加热、承插、冷却过程中禁止扭动）；
5、自然冷却；
6、施工完毕后需经试验收合格后，方可封管投入使用。
操作示意图：
1.3方法三、电熔连接
适用管径dn≤630mm
操作步骤：
1、将ＰＥ管材完全插入电熔管件内；
2、将专用电熔机两导线分别接通电熔管件正负两极；
3、接通电源加热电热丝使内部接触处ＰＥ熔融；
4、冷却完毕；
5、施工完毕后需经试压验收合格后，方可封管投入使用。
1.4方法四、法兰连接，将法兰盘、法兰套、胶垫圈三者与所需连接的管材进行活套连接
1.5方法五、钢塑过渡接头连接，或带螺纹管件连接
1、钢塑过渡接头连接是指将ＰＥ管与钢管连接，ＰＥ一端采用热熔承插或热熔对接安装，钢管一端通过氩弧焊接达到连接目的。
适用管径dn≤315mm。
2、带螺纹管件连接是指ＰＥ一端与ＰＥ管材热熔承插连接，金属螺纹一端用丝口连接以达到连接目的。
适用管径dn≤75mm。
2.系统设计
同其它种类的管道一样，ＰＥ管道系统在设计时应综合考虑埋地条件、流体性质、工作条件、温度范围、安装技术和工程费用等多种设计因素，但其中最重要的设计为强度设计和水力计算两个部分。
2.1强度计算
聚乙烯管道的工作压力可由下式计算：
ＰＮ＝2σsе/（D-e）=2σs/（SDR-1）
其中σs＝ＭＲＳ、Fd这里：
ＰＮ＝管材公称压力
σs＝设计应力，ＭＰa
Ｄ＝平均外径，mm
e=最小壁厚，mm
SDR=标准尺寸化
ＭＲＳ＝最小要求强度（20°Ｃ，50年），
ＭＰa
Fd=设计系数
20°Ｃ时，ＭＲＳ1设计应力σs和设计系数之间的对应关系如下表：
设计应力σs
（ＭＰa）
最小要求强度ＭＲＳ（ＭＰa）
10
8
6.3
设计系数Fd
8
1.25
6.3
1.6
5
2
1.25
4
2.5
1.6
3.2
3.2
2
作为供水用ＰＥ管道系统，设计系数Ｆd一般选择1.25，对于ＰＥ80级别的ＰＥ管材，对应的设计应力σs为6.3ＭＰa。
例如－ＳＤＲ13.6的ＰＥ80管道，由上述计算可知，该管道的公称压力为ＰＮ10。
此外，聚乙烯管道的耐压强度与温度有关，当管道的工作温度偏离20°Ｃ时，最大工作压力
（ＭＯＰ）应按下列公式计算：
ＭＯＰ＝ＰＮ*Ft
Ft为温度折减系数
温度（℃）
20℃
30℃
40℃
折减系数Ｆt
1.00
0.87
0.74
2.2水力计算
压力损失计算
管道的压力可按照达西一威斯巴赫公式进行计算：
hf=λ（Ｌ/dj）（V2/2g）
式中：
hf=摩擦损失；Ｌ＝管段长度；dj=管道计算内径
g=重力加速度；Ｖ＝平均流速；λ＝摩阻系数
紊流状态下，摩阻系数λ可由阿里特苏里公式计算：
λ＝0.11（Ｋ/dj+68/Re）0.25
式中：
Ｋ＝管内壁绝对粗糙度（mm）,对于ＰＥ管；Ｋ＝0.01mm
Re=雷诺数；
dj=管道计算内径（mm）
管件局部阻力水头损失按下式计算：
h=KV2/2g
式中：
h=局部水头损失：
m
v=水流速度，m/s
g=重力加速度，m/s2
K=各种管件的摩阻系数
常见管件摩阻系数Ｋ值如下：
管件类型
Ｋ值
管件类型
Ｋ值
90弯头
1.00
闸阀：
开
0.12
45弯头
0.4
闸阀：
1/4关闭
1.00
22.5弯头
0.2
闸阀：
1/2关闭
6.00
90°正三通（主流管方向）
0.35
闸阀：
3/4关闭
24.00
90°正三通（支流管方向）
1.20
蝶阀（关）
30.00
通常在设计过程中，为了简化设计，局部水头损失宜按下列管网沿途水头损失的百分数采用：
生活给水管网25－30％；
生产给水网管，生活、消防共用给水管网，生活、生产、消防共用给水管网均为20％；
消火栓系统消防给水管网为10％；
生产、消防共用给水管网为15％。
2.3流量计算
流量可采用海登一威廉公式计算：
Ｑ＝0.2785Ｃ*dj2.63I0.54
式中：
Ｑ＝流量；Ｃ＝海登－威廉摩阻值；dj=管道计算内径；Ｉ＝水力坡度。
系数Ｃ本质是一个摩擦因子，下表给出了不同类型和使用年限的管道的Ｃ值大小，由下表可知，在相同的设计条件下，ＰＥ管道的输送能力大于其它传统管材。
设计人员可根据设计流量的要求确定管道的尺寸大小
海登－－威廉方程中的Ｃ值
Ｃ值
管道类型
150
ＰＥ管道
140
新的钢管、玻璃管、石棉管
130
钢管、新的铸铁管
125
旧的钢管
120
本制扁管、混凝土管、使用4－6年的铸铁管
110
10－12年铸铁管、使用4－6年的铸铁管
100
13－20年的铸铁管、超过5年的镀锌钢管
90
26－30年的铸铁管
60
波纹钢管
其它相关的设计参数
其它关于ＰＥ管道系统的设计参数见下表：
项目
单位
参数
线膨胀系数
m/m℃
1.4×10-4
导热系数
W/mk
0.42
弹性模量
MPa
600－900
泊松比
/
0.45
软化点
℃
126
脆化温度
℃
－70
3.施工规范
在各种埋地管道的应用过程中，管道能否达到规定的长期使用寿命的一个关键因素就是铺设的质量。
而ＰＥ管道具有的多种独特性能使管道的铺设更加安全、快捷，同时正确的施工设计与安装将使管道的这些优越性能得到更大程度的发挥。
施工前的技术准备：
★施工前应熟悉、掌握施工图；
★准备好相应的施工机具；
★对操作工人进行上岗培训，培训合格后方可进行施工；
★按照标准对管材、管件进行验收。
3.1管沟的开挖：
管沟的开挖必须严格按照设计图纸或工程监理指导的开挖路线及开挖深度进行施工，而且在没有征得相关部门同意的情况下不得擅自进行改动。
ＰＥ管道的柔性好、重量轻，所以可以在地面上预制较长管线，当地形条件允许时，管线的地面焊接可使管光沟的开挖宽度减小。
狭窄管沟的开挖可以采用旋转开挖机、犁或铲具等开挖机具。
一般规定，聚乙烯管道埋设的最小管顶覆土厚度为：
★埋设在车行道下管顶埋深不得小于0.9米；
★埋设在人行道下或管道支管不得小于0.75米；
★绿化带下或居住支管不得小于0.6米；
★在永久性冻土或季节性冻土层，管顶埋深应在冰冻线以下。
在结实、稳固的沟底，管沟的宽度由施工所需要的操作空间决定，空间大小必须能够正常进行管沟底部的正确及管沟填埋材料的填埋及夯实等工作，而且还要考虑到管沟开挖费用以及购买填埋材料等费用的经济性。
管沟的宽度值一般要考虑到管道的规格及所用夯实工具。
下表给出了相应的最小宽度值：
管道公称直径（mm）
最小管沟宽度（m）
75-400
D+0.3
>400
D+0.5
一般规定：
当在地面连接时，开沟宽度为Ｄ＋0.3，当在沟内安装或开挖回填有困难，不能满足回填土实度要求时，开沟宽度为Ｄ＋0.5，且总宽度不小于0.7米。
在沙土或淤泥的管沟内，如果不易作出一个直立的管沟侧壁，那么可以做一个45°Ｃ或能够支撑沟壁材料的一个坡度。
如果管沟较宽,那么为了支撑最终的填埋层重量，初填埋材料必须被夯实。
3.2管沟底的准备：
对于像供水、排污或长距离输送管线的压力系统，除非设计图纸有特殊要求，一般来说，管沟底的水平精度要求并不是很高，而对于重力排水系统，坡度的等级必须达到规定的要求。
如果管沟底部相当平直，而且土壤内基本上没有大的石块，那么就没有必要再进行平整。
当然，如果是一个没有受到扰动的管沟底层，那就更好。
但如果管沟底已经被扰动或在开挖的过程中必须被扰动，那么其密实度至少应该达到其周围填埋材料的密实度，开挖的管沟底部一般要用直径不超过50mm的没有尖锐棱角的小石头再混和一些沙土和粘土等材料垫平。
所有规格的ＰＥ管道一般都可以适应少量局部的管沟底的不平坦，但如果在回填材料中含有尖棱的石头或坚硬的页岩，那么就可能会在管道表面产生应力集中区以致损伤管道。
对于页岩及松散的岩石土壤中的开挖，为了避免与松散的岩石接触，必须为ＰＥ管道提供一个均一的沟床，一般的做法是开挖管沟底时应比规定的等级挖深至少150mm，然后用适当的填埋材料回填至规定高度，并夯实到90％或更高的密实度。
对于支撑强度较小的湿粘土或沙土等类似不稳定土壤，管沟的开挖深度要比规定的值深100－150mm。
然后用指定的或原开挖的材料进行回填，这样即可保证为ＰＥ管提供一个均一的支撑。
在不稳定的有机土壤中，如果安装地点的地下水位较高以致于淹没了管道，可以在管道上增加额外重量来抵抗管道受到的浮力，但这个额外的设计重量不应该超过基础层的支撑强度。
3.3管沟内管道的敷设
在管道被放入管沟之前，首先应该对管道进行全面检查，在没有发现任何缺陷的情况下，管道都被允许吊入或滚入管沟内。
管道通常会在地面预先连接好，有时管道可能会被预先连接成大约150米长的许多管段，贮存在某一个地方，当需要下放及连接时，再搬运到安装地点，然后采用热熔连接或机械连接的方式连接这些管段。
公称直径小于200mm的管道可以手工拖入管沟内；对所有的大管道、管件、阀门、消防栓及配件，应该采用适当的工具仔细将它们放到管沟内，对于长距离的管道的吊装，推荐采用尼龙绳索。
最终的管道连接与装配
管沟内管道的热熔连接同地面上管道的热熔连接方式相同，但必须保证所连接的管道在连接前必须冷却到土壤的环境温度。
ＰＥ管道与金属管道、水箱或水泵相连时，一般采用法兰连接。
对于ＰＥ管材之间，当不便于采用热熔方式连接时，也可采用法兰连接。
法兰连接时，螺栓应预先均匀拧紧，待8小时之后，再重新坚固。
3.4ＰＥ管道的压力测试
ＰＥ管道系统在投入运行之前应进行压力试验。
试验压力：
水压试验静水压力目前通用的标准为管道工作压力的1.5倍，且实验压力不应低于0.80Mpa,介质采用水，不得将气压试验代替水压实验。
试压长度：
管道水压实验长度不宜大于1000m。
对中间设有附件的管段，水压试验分段长度不宜大于500m，管道系统中有不同材质的管道应分别进行试压。
试压准备：
1、管端后背应设有堵板及支撑设计；
2、管路系统应有进水管路、排水孔及排气孔设计；
3、加压宜采用带计量装置的设备。
一般试压采用弹簧压力表，其精度不
应低于1.5级，量程范围为实验压力的1.5倍以上，表盘直径不应小于150mm。
4、试压段不得包括水锤消除器，室外消火栓等管道附件，系统包含的各
类阀门，应处于全开状态
浸泡：
管道试压前应进行充水浸泡，时间不应少于12h。
管道重充水后应对未回填的外露连接（包括管道与管道附件连接部位）进行检查，发现渗漏应进行排除。
水压实验
1、将试压管道内的水压降至大气压，稳压60min，期间应确保空气不进入
管道。
2、缓缓地将管道内水压升至管道设计的工作压力并稳压30min，检查管道
接口、配件等处有无渗漏现象。
当有渗漏现象时应终止试压，查明原因及时
采取措施后重新试压。
3、缓缓注水将压力升至管道工作压力的1.5倍后停止注水。
稳压60min，
观察压力变化情况，每各3min钟记录一次管道压力变化，应记录30min。
当30min
内管道压力有上升趋势时，则水压实验合格；30min内管道压力无上升趋势时，
继续观察30min，当整个稳压60min内压力下降不超过0.05Mpa,则水压实验合
格。
4、当实验结果不能满足上述条件时，则水压实验结果不合格，查明原因后采取
相应措施再组织试压。
注：
影响试压的结果的因素主要有三点：
1、管道内的空气是否排干净；2、
管道密封性是否良好；3、管道垂直落差过大时要考虑管道内水的垂直落差
压力，应根据现场环境计算得出实验压力值。
3.5冲洗与消毒：
冲洗：
管道分段试压合格后应对用清洁水源对整条管道进行冲洗，冲洗流速应
大于1.0m/s，排除管道内的泥土、沙石等杂物，直到冲洗水的排放水与进水的
浊度一致为止。
消毒；管道冲洗干净后应进行含氯水浸泡消毒，经有效浓度不低于20mg/L的清
洁水浸泡24h后冲洗，并末端取水检验；当水质达到管理部门要求合格时为止。
3.6回填与夯实
一般情况下，可以采用以下三类材料作为ＰＥ管道的回填材料；
第一类：
5－40mm的棱角石头，包括大量当地容易取得的材料，如珊瑚、碎矿渣、碎石及碎贝壳；
第二类：
最大直径40mm的粗沙及砂砾，包括含有少量粉末的不同等级的沙子与砂砾，一般是粒状的且是不粘的，可以是湿的也可以是干的；
第三类：
优良的砂子与粘土砂砾，包括细砂，粘砂及粘土砂砾的混合物。
一般情况下，腑角及初回填要求至少要达到90％以上，夯实层应该至少达到距管顶150mm的地方，对于距管道顶部少于300mm的地方应该避免直接捣实。
最终回填可能会采用原开挖土壤或其它材料，但其中不得含有冻土、结块粘土及最大直径不得超过200mm的石块。
整个管道——土壤系统的结构如下图所示：
3.7维修技术
对于小口径管道，可以开挖足够的空间，切除破损管道换上一段新的管道进行维修；大口径管道的维修可以采用法兰连接的方法完成：
先切除破坏的管道，然后将对接焊机放入沟中，将支撑环熔接到管道的每一端，然后用法兰连接替换的管道，法兰连接段的长度必须经过预先计算适合管道之间的间距大小，下图显示了上述两种类型的管道维修方法。
此外，可以使用带有完整密封圈的护套型修补夹具进行修补，但该修补方法与法兰或熔接修补不同，不属于永久性修补。
这种类型的修补一般适用于埋地应用领域，因为压实的土壤会限制管道热膨胀运动和因内压作用导致的拉力，一般而言，修补夹具越长，热塑性管道的密封效果越好，推荐采用最小夹具长度为管道公称外径的1.25－2倍，当管道擦试干净，清除所有异物以后，夹具应均匀地夹紧。
夹具安装好发后，在通水加压之前应完成回填和压实。
管道系统中的破坏管件一般采用法兰连接的方式换上一个新的管件，不推荐采用热空气或挤出焊接的方法进行修补。
对于水下管道系统，为了完成水下管道的修补，管道末端必须抬到水面以上，然后熔接一个法兰支撑环，然后再将管道放回水底位置并用螺丝在水下拧紧。
此外，在某些特定的场所，可采用热收缩套或电熔修补管件去修补一个管道刺孔或泄漏点，收缩套的类型很多，套筒内侧涂覆一层特制的密封剂，当受热时，密封剂靠机械力作用进入刺孔或接头处，可防止更大的泄漏发生。
3.8注意事项
尽管目前ＰＥ管道已经成功应用于许多领域，但在使用过程中仍需要注意以下几个事项：
◆热熔连接：
热熔连接时，温度必须到210±10°Ｃ，应注意避免过火烧焦。
◆埋地：
在管沟内工作时，心须考虑必要的安全措施。
◆测试：
推荐以水为压力测试介质，要测试时，应采取措施防止管道运动或损坏。
◆定位：
聚乙烯材料不能被磁性定位设备所控制，可采用其它方法检测聚乙烯管线，包括示踪线、标示带、检测带、画线标示、电子标示系统和声控管线示踪方法进行探测。
◆气压：
ＰＥ管道不能应用于高压气体输送领域。
◆应用范围：
有些场合不推荐使用ＰＥ管道，请向供货商咨询其耐化学腐蚀性能。
◆静电：
ＰＥ管道常伴有高的静电，在易燃易爆气体场合，应采取相应的消除静电的措施。
◆冲击性能：
ＰＥ管道抗冲性好，用锤子去敲打管道，应注意管道会产生一定的回弹力。
◆盘卷：
盘卷的小口径ＰＥ管道像弹簧一样储存有能量，如果切开包装带，会产生较大的回弹力。
◆储存：
如果管材必须堆积储存，那么应该避免过高堆积，并且应直排堆放，如果管道的堆放不适当，管材可能会发生变形。
◆重量：
尽管ＰＥ管道较其它传统管材轻，但仍具有一定的重量，因此在搬运和施工时应小心谨慎。
◆卸货：
必须使用正确的卸货设施，应检查所有用于搬运的工具是否符合要求。
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