PE给水管安装说明.docx
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PE给水管安装说明
PE给水管安装说明
新闻来源：
互联网 发布时间：
2008-12-2
一、系统设计
同其它种类的管道一样，HDPE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。
1、强度计算
聚乙烯管道的工作压力可由下式计算
PN=2óse/（D-e）=2ós/（SDR-1）
其中
ós=MRS/Fd 这里：
PN=管材公称压力 ós=设计压力，MPa D=平均外径，mm e=最小壁厚，mm
SDR=标准尺寸比 MRS=最小要求强度（20℃，50年），MPa Fd=设计系数破坏时间图另附
20℃时，MRS、设计应力ós和设计系数之间的对应关系如下：
设计应力ós
（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
1.25
5
2
1.6
1.25
4
2.5
2
1.6
3.2
3.2
2.5
2
为供水用HDPE管道系统，设计系数Fd一般选择1.25，对于PE80级别的HDPE管材，对应的设计应力ós为6.3MPa。
例如-SDR13.6的PE80管道，由上式计算可知，该管道的公称压力为PN1.0。
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℃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
1.00
0.87
0.74
2、水力计算
压力损失计算
管道的压力可按照达西—威斯巴赫公式进行计算：
hf=λ（L/d）（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HDPE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
900弯头
1.00
闸阀：
开
0.12
450弯头
0.4
闸阀：
1/4关闭
1.00
22.50弯头
0.2
闸阀：
1/2关闭
6.00
900正三通（主流管方向）
0.35
闸阀：
3/4关闭
24.00
900正三通（主流管方向）
1.20
蝶阀（开）
0.30
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没水头损失的百分数采用：
*生活给水管网25-30%；
*生产给水管网，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%。
□流量计算
流量可采用海登—威廉公式计算：
Q=0.2785Cdj2.63I0.54
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本质上是一个摩擦因子，下表给出了不同类型和使用年限的管道的C值的大小，由下表可知，在相同的设计条件下，HDPE管道的输送能力大于其它传统管材。
设计人员可根据高驻地流量的要求确定管道的尺寸大小。
海登—威廉议程中的C值
C值
管道类型
150
HDPE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
125
木制扁管、混凝土管、使用4—6年的铸铁管
120
木制扁管、混凝土管、使用4—6年的铸铁管
110
10—12年铸铁管、镀锌钢管
100
13—20年的铸铁管、超过5年前的镀锌钢管
90
26—30年的铸铁管
3、其它相关的设计参数
其它关于HDPE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
二、连接技术
大口径HDPE压力管道系统主要采用热熔对接方式进行连接，小口径采用热熔承接连接，当与金属管道等其它管道连接时，必须采用法兰连接，小口径管道也可用钢塑过渡连接。
·热熔对接
热熔对接是采用热熔对焊机来加热端（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。
（下图为连接剖面图）
热熔对接工艺参照下表执行。
尺寸大于90mm的HDPE管均匀可采取热熔对接方式连接，该方法经济可靠，其接口的承拉和承压时都比管材本身具有更高的强度。
热熔对接全过程可由下表表示：
HDPE管材热熔对接参数典型值
公称壁厚
（mm）
对接工艺
第一步：
预热
第二步：
熔融
第三步：
切换
第四步：
对接
预热压力：
0.15Mpa
预热温度：
210℃
预热时的卷边高度h（mm）
压力：
0.01Mpa
预热温度：
210℃
加热时间（秒）
允许最大切换时间（秒）
焊接压力0.15Mpa
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，上述参数应做相应的调整
·电熔焊接
采用专用电熔焊接机，通电后轻松实现连接要求，连接剖面图如下
·鞍形对接连接
HDPE管道在应用过程中经常会遇到根据实际需要，进行主管分接的问题，传统的管材必须先切除一段主管然后安装一个三通来完成分接。
鞍形三通可采用鞍形对接方式连接，即采用鞍形对接焊面，直接在主管上连接一个鞍形三通，然后采用配备的切刀切割主管，这样就完成了主管的分接，施工快速。
·钢塑法兰连接
HDPE管道和钢管及阀门连接时宜采用钢塑法兰连接：
HDPE管端与相应的塑料支撑环之间可采用热熔对接方式进行连接，钢管端与金属法兰的连接，应符合相应钢管焊接的规定；然后采用法兰片即可完成HDPE管道与钢管的连接。
法兰连接也适用于HDPE管与HDPE管之间的相到连接。
一般而言，HDPE支撑环与HDPE支撑环之间不需要密封圈，但在大尺寸、高压力工作条件下仍需要添加密封圈。
当HDPE支撑环与其它材质（钢管、镀锌铁管等）的管道进行法兰连接时，必须使用密封圈。
（下图为连接剖面图）
三、PE给水管、PE燃气管施工规范
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HDPE管道具有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规程将使管道的这些优越性能得到更大程度的发挥。
（1）施工前的技术准备
A、施工前应熟悉、掌握施工图；
B、准备好相应的施工机具；
C、对操作工人进行上岗培训，培训合格后方可进行施工；
D、按照标准对管材、管件进行验收。
（2）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。
HDPE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：
A、埋设在车行道下管顶埋深不得小于0.9米；
B、埋设在人行道下或管道支管不得小于0.75米；
C、绿化带下或居住区支管不得小于0.6米；
D、在永久性冻土或季节性冻土地层，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，空间大小必须允许能够正常进行管沟底部的正确准备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的夯实工具。
下表给出了相应的最小宽度值：
管道公称直径，毫米 最小管沟宽度，米
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，当在沟内安装或开沟回填有困难，不能满足回填土密实度要求时，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°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）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HDPE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带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。
对于在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HDPE管道提供一个均一的沟床，一般的做法是开控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的不稳定土壤，管沟的开挖的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HDPE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至于淹没了管道，可以在管道上增加额外的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。
（4）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，管道才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，再被运到安装地点，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20mm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。
（5）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。
HDPE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HDPE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小时以后，再重新紧固。
（6）HDPE管道的压力测试
HDPE管道系统在投入运行之前应进行压力试验。
压力试验包括强度试验和水密性试验两项内容。
测试时一般推荐采用水作为试验介质。
强度试验
在排除待测试的管道内的空气之后，以稳定的升压速度将压力提高到要求的压力值，压力表应尽可能放置在该段管道的最低处。
压力测试可以在管线回填之前或之后进行，管道应以一定的间隔覆土，尤其对于蛇行管道，压力试验时，应将管道固定在原位。
法兰连接部位应暴露以便于检查是否泄漏。
压力试验的测试压力不应超过管材压力等级或系统中最低压力等级的配件的压力等级的1.5倍，开始时，应将压力上升到规定的测试压力值并停留足够的时间保证管子充分膨胀，这一过程需要2-3小时，当系统稳定后，将压力上升到工作压力的1.5倍，稳压1小时，仔细观察压力表，并沿线巡视，如果在测试过程中并无肉眼可见的泄漏或发生明显的压力降，则管道通过压力测试。
在压力测试过程中，由于管子的连续膨胀将会导致压力降产生，测试过程中产生一定的压力降是正常的，并不能因此来证明管道系统肯定发生泄漏或破坏。
水密性试验
HDPE管道采用电热熔方式连接，使得HDPE管道具有较传统管材更为优越的水密性能。
水密性试验的测试压力不应超过管材压力等级或系统中最低压力等级的配件的压力等级的1.15倍，当管道压力达到试验压力后，应保持一定时间使管道内试验介质温度与管道环境温度达到一致，待温度、压力均稳定后，开始计时，一般情况下，水密性试验应稳压24小时，试验结束后，如果没有明显的泄露或压力降，则通过水密性试验
（7）回填与夯实
一般情况下，可以采用以下三类材料作为HDPE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或砂砾，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：
优良的沙子与粘土砂砾，包括细沙，粘沙及粘土砂砾的混和物。
一般情况下，腋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。
四、维修技术
1、 对小口径管道，可以开控足够的空间，切除破损管道换上一段新的管道进行维修；
2、 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，
3、 此外、可以使用快速管堵节或修补器进行修补，但该修补方法与法兰或熔接修补不同，不发球永久性修补。
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。
当管道擦拭干净，清除所有异物以后，将管道插入其中，紧固螺丝，试压通过后，进行回填压实。
4、 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。
此外，在某些特定场所，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。
五、注意事项
尽管目前HDPE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：
1. 熔接：
热熔连接时，温度必须到210±10℃，应注意避免过火烧焦。
2. 埋地：
在管沟内工作时，必须考虑必要的安全措施。
3. 测试：
推荐以水为压力测试介质，在测试时，应采取措施防止管道运动或损坏。
4. 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。
5. 气压：
HDPE管道不能应用于高压气体输送领域。
6. 应用范围：
有些场合不推荐使用HDPE管道，请向供货商咨询其耐化学腐蚀性能。
7. 静电：
HDPE管道拌有高的静电，在易燃易爆气体场合，应采取相应的消除静电的措施。
8. 冲击性能：
HDPE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。
9. 盘卷：
盘卷的小口径HDPE管道象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。
10. 储存：
如果管材必须堆积储存，那么应避免过高堆积，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。
11. 重量：
尽管HDPE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。
12. 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。
六、非开挖技术
我国在50年代初期就已采用不开槽施工技术敷设给水、排水管道，当时主要采用人工挖土的顶管法施工穿越铁路、公路和城市道路。
到90年代，随着石油工业和城市燃气工业发展，已先后开发引进各种不开槽施工的钻进技术和设备，并在各种管道工程中广泛应用。
目前我国市政给水行业面临的突出问题是50年代开始修建的给水、排水管道，至今应用已有40余年，其中不少管道已被腐蚀或不能满足使用要求，因此老管道的修复和更新已成为当前迫切需用要解决的问题。
HDPE管道常见的不开槽施工方法的种类及应用
工程类型
施工方法
应用范围
适用管径（mm）
单位施工长度（m）
铺设新管线
水平定向钻进
长距离跨越孔，水平环境井
350-1500
1500
导向钻进
压力管道，电缆沟，短距离跨越
50-350
300
更新旧管线
（原位更换
碎管法
各种压力和重力管道
100-600
230
胀管法
各种压力和重力管道
150-90
200
修复旧管线
传统内衬法
各种压力和重力管道
100-2500
300
改进内衬法
各种压力和重力管道
50-600
450
●水平定向钻进与导向钻进
水平定向钻进施工法主要用于穿越河流、湖泊、建筑物等障碍铺设大口径、长距离的输送石油和给水排水管道。
施工时，按照设计的钻孔轨迹（一般为弧形），采用定向钻进技术钻出一个近似水平的先导孔，随后在钻杆柱端部换接大直径的扩大钻头和待铺管线，在回拉扩孔的同时，将待铺设管线拉入钻孔。
钻孔轨迹的监测和调控是水平定向钻进技术的重要环节。
水平钻进需要使用泥浆，其主要作用是稳定钻孔孔壁，润滑钻杆等。
水平定向钻进施工法的主要优点为施工速度快，且铺管方向控制准备，适应各种地层。
可用于聚乙烯管的施工，管径为300-1500mm，管线最大长度可达1500m。
●内衬法
内衬法是指早期的一种不开挖修复旧管道使用功能的方法。
施工时将—直径较小的新管插入或拉入旧管内，新管和旧管之间的环空间通常无需灌浆固结。
这种方法优点是施工简单，施工成本相对较低。
然而由于直径减小，减小管道流量，因此必须采用水力摩阻系数比旧管道小的管材，如在旧混凝土管内衬入聚乙烯管。
该种方法适用于没有过工损坏的管道，旧管内无障碍，形状完好。
该种方法不需要专门的设备，但有时需在新管上加金属或塑料制的定位架或扶正环，以保证新管的坡度和居中要求。
可在工作坑内将聚乙烯熔接成管送入或用盘管连接送入。
该方法可广泛用于重力排污管，水管和燃气管等。
该方法适用的聚乙烯管材可小到25mm，通常大到1000mm以内。
●原位更换
裂管法可采用气动锤或液压胀管器从旧管的内部将其破碎，并用扩张器将旧管的碎片压入周围的土层，同时将新管拉入，完成管线的更换。
新管的直径可与旧管道相同或更大。
施工前，先在旧管内空一根钢丝绳，并由缆车向气动锤或液压胀管器提供恒定的张力，以保证施工时方向的稳定性。
该法适用管径范围为50-600mm，长度一般为100m，适用于由脆性材料制成的管（陶土管、混凝土管、铸铁管、PVC管的更换，对于旧钢管的更换需要特殊的切割刀片）
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