钢骨聚乙烯塑料复合管.docx

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钢骨聚乙烯塑料复合管

钢骨架聚乙烯塑料复合管

文件编号

：

HCIL/ENG/JV/004

版本

：

日期

：

2003年12月

港华投资有限公司

工程部

1、前言：

关于钢骨架聚乙烯塑料复合管

2、对SPE管的初步意见

3、钢骨架聚乙烯复合管（SPE）的运行维护指引

4、SPE系统的应用评估报告

前言：

关于钢骨架聚乙烯塑料复合管

钢骨架聚乙烯塑料复合管（SPE管）是今年我国新开发的一种新型管材，其结构为内外两层聚乙烯层，中间夹以钢丝缠绕的骨架。

《城镇燃气设计规划》GB50028-P3的2002年修订版已将SPE管列入为中压和低压燃气管到的管材之一。

现时武汉天然气有限公司及番禺港华已分别试安装约20公里及2公里，正在观察其在运行中的优点及缺点。

香港中华煤气及港华投资亦有跟进此新管材，并形成初步意见列于附表，可供各合资公司参考。

SPE管技术尚有很大发展空间及作进一步完善，港华投资会继续从武汉天然气有限公司、番禺港华及其他渠道收集资料后向各合资公司汇报，作为各老总选择管材时的参考。

对SPE管的初步意见（只供港华燃气公司内部传阅）

1、SPE管具有PE管的一些优点，如：

重量轻、耐腐蚀和“全焊接”连接。

2、SPE管柔韧性不如PE管，在急转角或地下有障碍的地方敷设时可能发生困难。

并且，由于没有SPE盘管应用，意味着没有接头的长管段是不可能的。

3、由于SPE管的商业应用才只有5年，可用的管件品种受到限制，如：

CJ/T126-2000中没有大管（≥φ350mm）90°弯头的规格，现时供应商只可提供按他们企业标准生产的这类弯头。

4、SPE管没有对接熔合方式，供应商推荐的是电熔连接和法兰连接，电熔方式存在两种形式管端（平口和锥形口），这易产生混淆和人工操作错误。

5、由于电熔程序较复杂和缺少全自动熔接设备，因此对SPE管电熔接的技能水平和工作态度要求较高。

另外，断管后处理暴露的金属也是一个技能要求较高的工序。

6、一些适用于PE管的非开挖技术不能应用于SPE管，如：

定向钻和锻膜套管等。

7、由于存在钢骨架，PE系统运行维护中的一些优势，如压扁停气和气袋阻气法等都不适用。

8、SPE管也可采用带气开口作业，但工艺较复杂，对操作员的技能要求较高，使用的设备没有防爆保护，而且作业期间要严格控制管压，配合因管壁切割而减少的喉管强度，因此，不建议在带气情况下安装分支管。

9、由于带气开口和维修复杂，对于将来可能会开分支口的新建SPE燃气管道，必须要预留分支口及阀门。

10、因为PE和SPE没有兼容性，大多数燃气公司已投资购买的设备不能使用在SPE管。

因此，SPE管安装完成后，燃气公司还必须投资购买专用设备满足运行维护的需要，培训一队能应用SPE管设备的技工，他们应能完全掌握SPE的切管更换工艺。

11、SPE管的有关材料说明不全面，如：

CJ/T125-2000中没有规定PE原料的熔体流动速率和热稳定性测试要求，CJ/T126-2000中没有SPE管件加强骨架叙述，这些规定的欠缺会影响SPE制造的品质。

12、理论上，由于加强钢骨架的存在，即使壁厚较薄，SPE管可承受的压力是高于PE管的，这一优势在节省PE原料费用上是很显著的。

然而，在决定SPE管的最大运行压力时也有其他的考虑，如：

第三者破坏的风险，暴露管道接近热源或火源（由于第三者工程）的风险，并且在GB50028《城镇燃气设计规范》中限制燃气用SPE管道的最大设计压力为0.4MPa，因此，现不能使SPE管设计压力高于PE管。

13、从市场提供的资料可知，当管径≤150mm时，SPE管是不经济的，对于较大管径的系统，尽管原材料较便宜，但由于工序复杂，施工费用可能较高。

因此，在作方案时，有必要估算SPE和PE（甚至钢管）的整个敷设造价。

此外，安装时还应考虑SPE运行维护机具投资这项额外费用。

14、不建议SPE管应用在短管较多的复杂地下工程环境，因为将增加许多管道切除后对暴露的金属丝密封的工序。

钢骨架聚乙烯复合管（SPE）的运行维护指引

钢骨架聚乙烯复合管是中国近年开发的一种新兴管材，在燃气行业上的运行维护技术尚在积极发展之中。

合资公司在SPE管运行维护时，应与SPE供应商取得联系，按其推荐的运行维护方法对SPE管道系统进行维护。

另外，在通常情况下，可参考以下做法进行各项维修工作。

一、管道开口

1、开口步骤如下图所示：

2、注意事项

●如在带气情况下安装，安装过程由于管壁厚的减少，将会降低SPE管的强度，因此要适当减压。

●核实安装配件的设计压力是否与所连接的管道压力相符。

●切割后的金属丝必须完全密封，并将表面打磨光滑至原来的圆度。

●安装马鞍后，在开口之前进行压力测试。

●开口的大小与连接管的管径有直接关系，需符合供应商的规格。

二、临时性抢修

按所用系统的规格，向SPE供应商购买一定数量的拼合式修补夹具（哈扶），也可试用纯PE管的一些修补夹具，但需核实其兼容性。

由于拼合式修补夹具不能作为永久性维修，管道在暂时采用夹具临时修补之后，应计划进行永久性维修。

三、永久性维修

永久性的维修方法是将损坏的管段切断并更换。

首先将阀门关断，放散及用惰性气体置换，然后检测SPE管中的气体浓度，合格后进行断管更换。

并注意以下内容：

1、由于经常使用的SPE套筒是用于连接锥形管端SPE管及管件的，因此需准备专门的维修用电熔套筒，它们能连接平口的SPE管和更换锥形口的短管（锥形端或平口端）。

2、损坏的管段须隔离并放散，如果隔断阀不能双隔离和放散，需要完成其他工作以保证燃气不会进入或泄漏到工作区。

3、当割除损坏的管段之后，应对管端打磨，并将暴露的金属丝密封。

打磨时可能会产生火花，因此操作员必须保证工作地点完全没有可燃气体。

四、管道隔离

对SPE管采用压扁及阻气袋的隔离方式，目前还未推出到市场上应用，但合资公司应与SPE供应商保持联系，以及时了解该方面的发展情况。

系统操作部分

编号：

NTR/S/03/035

SHEET1OF1

特征:

物料

SECURITYCLASSIFICATION

编制人：

SKFung

日期：

December2003

主题：

SPE系统的应用评估

Circulation:

一、概要

钢骨架聚乙烯复合管是由內嵌金属框架加强的聚乙烯（PE）管，是中国开发的一种新兴管材。

它具有PE管的一些优点，如：

重量轻、耐腐蚀和“全焊接”连接。

然而，由于金属骨架的存在，其柔韧性没有PE管好，因此PE管的另一些优点在SPE系统不能应用，如盘管、非开挖技术的应用、能压扁和阻气袋断气及带气接口等。

尽管SPE的对接熔合理论上可行，但其供应商只推荐使用电熔连接和法兰连接，并且，由于SPE电熔连接的工艺较PE系统复杂，没有自动电熔控制箱，因而对其所需设备和操作员技能的要求均较高。

当前，可预计SPE为发展成一个成熟的技术，将会存在着改进和变化。

总之，目前在燃气输配系统中，SPE管是不推荐采用的，特别是对于以下的情况：

a）预计将来会开支管的新建燃气管道；

b）地下管线复杂，需要使用很多短管和弯头的地段。

根据SPE管供应商的资料，当管径≤φ150mm时，SPE管在经济上不具有优势，对于大管径的管道，本报告建议在作方案时应进行经济比较，并须考虑长期运行维护费用。

由于SPE系统不兼容于PE系统，必须准备一套特殊的设备（见表4）满足运行维护的需要，这些设备可以向SPE供应商购买，也可与相关供应商签定租赁服务合作的方式。

为方便紧急维修，还应考虑购买一套合适的拼合式修补夹具。

二、目标

评估SPE系统在香港HKCG和国内合资公司的应用潜力。

三、名词解释

1、钢骨架

在热塑性塑料管材及管件的管壁内设置的钢丝网或钢板孔网（均匀冲成一定比例孔洞的冷轧带钢）。

2、钢骨架聚乙烯复合管

钢骨架聚乙烯复合管是一种由缠绕、连续点焊成型的低碳钢丝网作为加强骨架，镶嵌在高、中密度热塑性塑料管壁中间构成的复合结构壁管材。

3、钢骨架聚乙烯复合管件

钢骨架聚乙烯复合管件是一种以卷筒焊接成型的钢板孔网为增强骨架，用聚乙烯原料均匀注塑成型的整体管壁的复合结构壁管件。

四、绪论

聚乙烯（PE）是一种由聚合乙烯树脂加工而成的热塑性材料。

早在60年代，它就成为世界上一种理想的管道材料，不仅应用于燃气输送上，还广泛应用于给排水工程。

众所周知，PE管的优点包括：

重量轻、柔韧性好、耐腐蚀、采用“全焊接”连接等。

目前应用最普遍的PE等级为PE80和PE100，它们的50年长期静液压强度分别为8MPa和10MPa。

根据国际标准ISO4437和欧洲标准EN1555，PE管的规格为16mm到640mm。

当按最小安全系数取2计算时，标准径厚比SDR11，PE100的最大运行压力可达1.0MPa（SDR是标准径厚比，为公称外径与壁厚之比）。

在香港，考虑到外界环境的影响，经常有第三者工程及由此产生的第三者损坏，因此，PE管系统的最大运行压力限制为0.4MPa。

除了增加管道壁厚，还有一些方法可以增加PE管的强度，其中一个方法是提高PE管材料的等级，如由PE63发展到PE80和PE100就是典型的例子；另一个增加管道强度的方法是采用复合结构的管道，钢骨架聚乙烯复合管（SPE）就是这一方法。

SPE管是哈尔滨工业大学在90年代中开发出来，以下列举了国内现有的5家生产厂家：

●大庆油田长垣管业有限公司（1998年在黑龙江大庆市建厂）

●上海航天长垣新型管道有限公司（厂址设在江苏省太仓市）

●北京华创天元管道实业有限公司（1996年在河北省廊坊市建厂）

●宜昌华创管道科技有限公司（2000年在湖北省宜昌市建厂）

●萍乡安源管道科技有限公司（2002年在江西省萍乡市建厂）

根据国家行业标准CJ/T125-2000《燃气用钢骨架聚乙烯塑料复合管》，SPE管的管径范围为50mm~500mm。

它实际上是PE80材料包覆一层钢骨架的管道，其钢骨架由直径2.0mm~4.0mm的钢丝以经线和纬线的结构组成，对于直径≤300mm的管道，钢丝的间距约为9mm，而直径350~500mm的管道，间距约为12mm。

钢丝采用低碳钢，强度为400~500MPa，它在预制阶段会采取外加铜包覆层的防腐措施。

对于SPE管件，根据国家行业标准CJ/T126-2000《燃气用钢骨架聚乙烯塑料复合管件》，钢骨架原料采用符合GB/T709的普通低碳薄钢板，但标准中没有关于钢骨架的详细叙述。

一些供应商（如：

大庆油田长垣管业有限公司）采用的钢板带孔以作为加强骨架，而一些供应商（如：

华创天元管道实业有限公司）提供的管件没有加强骨架，但这在CJ/T126-2000中都是允许的。

CJ/T125中推荐的运行压力为：

小口径管道1.6MPa，大口径管道0.44MPa。

当管径≤125mm时，可应用较低运行压力的薄壁SPE管。

运行压力（摘自CJ/T125）如表1：

表1

公称内径

Dn（mm）

普通管

薄壁管

壁厚（mm）

MOP，MPa

壁厚（mm）

运行压力MPa

10.6

1.6

9.0

1.0

10.6

1.6

9.0

1.0

11.7

1.0

9.0

1.0

100

11.7

1.0

9.0

0.6

125

11.8

1.0

10.0

0.6

150

12.0

0.8

200

12.5

0.7

250

12.5

0.5

300

12.5

0.44

350

0.44

400

0.44

450

0.44

500

0.44

注：

MOP--最大运行压力

与纯的PE管不同，按CJ/T125的介绍，SPE管有三种形式的端头：

平口式、锥形口式和法兰连接端面。

平口式规格尺寸范围为Dn50~300mm，通常由车床在管端加工成所需尺寸。

锥口是在普通SPE管端注塑形成，对于SPE管所有的管径规格均有这一形式。

CJ/T125中有两种法兰连接形式，一种应用的规格范围为Dn50~300和Dn500（Dn350、Dn400、Dn450没有），另一种在SPE管所有的管径规格均有（在本报告中，两种法兰连接形式分别称为A型和B型）。

法兰连接端头类似锥形口式，均是在普通SPE管管端注塑而成。

供应商推荐的基本连接技术为电熔式和法兰连接式，没有管件的对熔式在理论上可行，但实际还未应用。

为配合平口式和锥形口式的管道，需要不同形式的电熔套筒、弯头、三通，包括平口/平口端、平口/锥口端和锥口/锥口端。

对于法兰连接形式，须留意选择正确的管件，因为不是所有规格的管道都有各种形式的管件。

表2（a）到（d）中总结了各种规格的管件。

各规格的电熔套筒和90°弯头（摘自CJ/T126-2000）表2（a）

公称内径

Dn,mm

电熔套筒

平口式

电熔套筒

锥口式

90°弯头

平口式

90°弯头锥口式

90°弯头

A型法兰式

90°弯头

B型法兰式

√

100

√

125

√

150

√

200

√

250

√

300

√

350

√

400

√

450

√

500

√

注：

本报告只列了普通管的管件，薄壁管请参考CJ/T126-2000。

实际使用时还应与供应商确认。

各规格的45°弯头（摘自CJ/T126-2000）表2（b）

公称内径

Dn,mm

45°弯头

平口式

45°弯头

锥口式

45°弯头

A型法兰式

45°弯头

B型法兰式

√

100

√

125

√

公称内径

Dn,mm

45°弯头

平口式

45°弯头

锥口式

45°弯头

A型法兰式

45°弯头

B型法兰式

150

√

200

√

250

√

300

√

350

√

400

√

450

√

500

√

注：

本报告只列了普通管的管件，薄壁管请参考CJ/T126-2000。

实际使用时还应与供应商确认。

各规格的等径三通（摘自CJ/T126-2000）表2（c）

公称内径

Dn,mm

等径三通

平口式

等径三通

锥口式

等径三通

A型法兰式

等径三通

B型法兰式

√

100

√

125

√

150

√

200

√

250

√

300

√

350

√

400

√

450

√

500

√

注：

本报告只列了普通管的管件，薄壁管请参考CJ/T126-2000。

实际使用时还应与供应商确认。

各规格的异径管（摘自CJ/T126-2000）表2（d）

异径管的较小端,mm

异径管的较大端,mm

100

125

150

200

250

300

350

400

450

500

√

100

√

125

√

150

√

200

√

250

√

300

√

350

√

400

√

450

√

注：

本报告只列了普通管的管件，薄壁管请参考CJ/T126-2000。

实际使用时还应与供应商确认。

标准中没有221/2°和111/4°弯头，而这两种弯头在地下管道较复杂和铺设较大管径管道时通常会应用。

五、SPE管的技术性能

SPE管是在中国开发出来的，目前也只在中国有应用，因此，关于SPE管的规范只有国内标准如：

CJ/T125-2000。

CJ/T125引用了纯PE系统的规范，因此本报告将对CJ/T125-2000和纯PE管的以下两个规范进行比较：

●国家标准GB1558.1-1995《燃气用聚乙烯埋地管道》

●国际标准ISO4437：

1997/Cor.1:

1999《燃气用聚乙烯埋地管道-公制系列-规范》

表3（a）和（b）总结了三个规范的对比：

关于PE原料的技术要求表3（a）

性能

CJ/T125-2000

GB1558.1-1995

ISO4437：

1997

分级/

长期静液压强度

≥8.0MPa（20℃、50年、置信下限97.5%）

[由原料厂家提供]

≥8.0MPa（20℃、50年、置信下限97.5%）

PE80或PE100（20℃、50年、置信下限97.5%）

[ISO12162]

密度，kg/m3

≥930

[GB/T1033]

≥930

[GB/T1033]

≥930

[ISO1183及ISO1872/1]

熔体流动指数

原料厂家推荐值的±30%

[GB/T3682]

没有规定

原料厂家推荐值的±20%

[ISO1133]

热稳定性，min

＞20

[按GB15558.1第5.9条或由原料厂家提供]

＞20

[按GB15558.1第5.9条]

＞20

[ISO/TR10837]

挥发分含量,

mg/kg

＜350

[按GB15558.1第5.7条或由原料厂家提供]

＜350

[按GB15558.1第5.7条]

＜350

[按ISO4437附录A]

水含量mg/kg

没有规定

＜300

[GB6283]

≤300

[ASTMD4019]

（当原料不能确认挥发分含量时,可进行测试）

碳黑含量，%

2.0~2.5%

[按GB/T13021或由原料厂家提供]

2.0~2.5%

[GB/T13021]

2.0~2.5%

[ISO6964]

碳黑分散,级

没有规定

≤3[ISO11420]

耐气体组分，hr

≥30

[按GB15558.1第5.11条]

≥30

[按GB15558.1第5.11条]

≥20

[按ISO4437附录B]

耐快速开裂扩展（RCP）

没有规定

1.5×MOP

[当外径≥250mm,按ISO13478;当壁厚≥15mm,按ISO13477]

耐慢速裂纹增长（无测试）,hr

165

[由原料厂家提供]

没有规定

165

[ISO13479]

耐环境应力裂纹,hr

没有规定

≥1000

[GB1842]

没有规定

关于PE管的技术要求表3（b）

性能

CJ/T125-2000

GB1558.1-1995

ISO4437：

1997

密度，kg/m3

没有规定

≥930（原料聚乙烯）

[ISO1183及ISO1872/1]

熔体流动速率MFR

没有规定

加工前后MFR变化＜20%,且在原料厂家推荐值的±30%内

[ISO4440/1]

热稳定性,min

没有规定

＞20

[GB15558.1第5.9条]

＞20

[ISO/TR10837]

受压开裂稳定性

无开裂

[按CJ/T125-2000第7.12.1条]

没有规定

80℃压缩管道测试

没有规定

当应力=4MPa时＞170hr

[按GB15558.1第5.14条]

当应力=4.6MPa时＞165hr

[按ISO4437附录E]

纵向尺寸收缩率,%

≤0.4

[GB6671.2]

≤3

[GB6671.2]

≤3

[ISO2505/1,2505/2]

长期静液压测试

没有规定

5种不同压力测试，至少一个时间＞9000hr

[GB15558.1附录A]

没有规定

静液压强度（20℃）,hr

1hr

当压力=4.582×运行压力

＞100hr

当压力=9MPa

≥100hr

当压力=9MPa

[ISO1167]

静液压强度（80℃,脆性破坏时间）,hr

没有规定

＞165hr

当压力=4.6MPa

≥165hr

当压力=4.6Mpa

[ISO1167]

静液压强度（80℃,较低压力时）,hr

165hr

当压力=3.25×运行压力

＞1000hr

当压力=4.0MPa

≥1000hr

当压力=4.0MPa

[ISO1167]

爆破强度试验

爆破压力≥6.873×运行压力

没有规定

断裂伸长率,%

没有规定

＞350

[GB8804.2]

≥350

[ISO6259/3]

性能

CJ/T125-2000

GB1558.1-1995

ISO4437：

1997

耐快速裂纹扩展（RCP）

没有规定

1.5×MOP，适合于：

最大工作压力MOP＞0.01MPa,Dn≥250mm的输配系统；

最大工作压力MOP＞0.4MPa,Dn≥90mm的输配系统。

[ISO13478/ISO13477]

耐慢速裂纹增长

没有规定

≥170

[按GB15558.1第5.12条]

165

[ISO13479]

耐环境应力裂纹

没有规定

≥1000

[GB1842]

没有规定

耐候性

通过液压试验后，管材积累接受3.5kMJ/m2

通过液压试验、热稳定性测试和断裂伸长率测试后管材积累接受3.5kMJ/m2

注:

[]中指可参考测试方法

从表3（a）可看出，与纯PE管不同，在CJ/T125-2000中，没有PE混配料测试方法的详细说明，这些测试方法只能由PE配料供应商提供，因此其PE

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