浅议PE管在地面以上的应用

2016-03-01孙明礼

橡塑技术与装备 2016年10期

关键词：碳氢化合物耐压管子

孙明礼

（科思茂（江苏）管业有限公司，江苏泰州 225500）

浅议PE管在地面以上的应用

孙明礼

（科思茂（江苏）管业有限公司，江苏泰州 225500）

PE是坚固、硬度极好的耐久性材料。如果要长久性、安装省事、易弯曲性好、防化学物质及其他多种优点的管材，高密度的PE管将满足所有的要求。

PE管；地表使用

1 PE管的地表使用介绍

能在地表使用是PE管的特征之一。PE管的一个重要应用是要求管子可以放置在外，穿过主要地带，可以简单的安置于表面或者用支撑结构悬挂着，采用这些类型的安装一般有以下几个原因：其一是作为临时系统的经济考虑，其二是维护和检查的难易度，另有就是管道不许掩埋。

PE管有完整接合、结实性好，易弯曲及质量轻等独特之处。以上优势所在使其满足许多地表的实际使用，也之所以被广泛应用。这种弹性材料已被用来做临时水缆、各种旁通管、采捞缆、矿缆、易处理管。PE管在许多任务业中用来作为泥浆运输。诸如要用到瓷土和磷酸脂的工业中。它的易安装和长期结实性使之应用于石油和煤气的收集。这种独特管材的经济实用和成功表现使其能对抗极端气候条件的优势是显而易见的，也之所以在不同领域中存在。

2 设计规则

影响PE在地表安装的设计规范包括：温度、抗化学作用、紫外线中暴露、机械冲击及负载。

2.1温度

PE管地表运用的不同反映了材料适用的有效温度范围。当系统温度相对稳定，地表安装要面对更大温度波动性，对比而言埋地式安装相对稳定。阳光照射、季节日夜交替等将会对地表安装管产生重大影响。

常规来说，PE管在最低-75°F（-60℃）及最高-150°F（-65℃）时都能安全使用，聚乙烯是种热塑材料，这些极限温度将影响其工程适用度。

PE管的耐压能力取决于生产时使用的聚合物的长期静压强度（LTHS），这个强度根据ASTMD 2837分成一系列静压设计标准值。据此，相关委员会建立了各种材料制成的管材设计建议耐压值，PE3408管材静力设计基础23℃为1 600 PSI，在同一温度允许800 PSI的设计压力（HDS）。在参考温度23℃上PE管LTHS下降，相应地，某一DR的管子的HDS和承压能力会随温度上升而减少。相反，若温度在23℃下，LTHS和HDS会上升。换句话说，相同DR的PE管，承压能力将因温度下降而提高。温度对材料硬度也有类似的影响。温度上升，弹性模量下降。

2.2抗化学作用

不同于许多管材，一般PE管材不会由于化学作用而生锈、腐烂、凹陷及腐蚀、不会化学腐蚀、电腐蚀或漏电。可能会有的化学影响是强氧化剂和一些碳氢化合物，如浓硫酸和浓硝酸作用是强氧化剂，而柴油和燃油则是典型的碳氢化合物。

包含这些化学物质的环境可能影响地上PE管的表现特征。持续的强氧化作用会导致表面龟裂。偶尔间歇的作用不会有这样的影响。

碳氢化合物一般不仅是对PE材料造成暂时的影响。一般这个作用仅取决于管子暴露在这些碳氢化合物的时间。碳氢化合物的作用使其耐压能力衰减。由于PE结构对碳氢的吸附，很明显使其拉力减小，从而增加了其物理尺寸。据观察，持续暴露将导致管壁结构扩散，最终使传输的介质渗出。

渗透程度取决于压力、温度、碳氢化合物的性质、管材的聚合物结构。用于地表安装的PE管运输碳氢化合物时，这每种参数都要考虑进去。各种参考文献有更多关于化学物暴露对PE管的论述。

2.3紫外线中暴露

在当PE管用于室外地表环境时，这意味着更多长时间持续受到光照射。除非有足够保护，不然阳光的紫外线将对PE产生有害影响。

对天气的研究显示：最少2%的充分混合、扩散的碳黑添加剂才能防护不确定时间内有害UV射线对PE管的伤害，采取这种防护措施的PE管是主要的地表安装管材材料。地表使用时我们推荐黑管（至少2%碳黑）。

2.4机构冲击及负载

任何安装在暴露环境下的管材均要受到严酷的周围环境的影响。由于交通工具或其他设备的运动会使其受损，而此受损将导致管材表面凿孔、歪斜或磨平。

若地上管必需装在交通繁忙或有过多机构的区域（如沿路敷设），管子需额外的保护。可筑外墙或将管子安置于箱中。若条件许可，也可使用其他装置。当地上管穿越公路或其他通道，因而必须部分装于地下时，可以使用埋设式柔性塑型管的PE系统设计标准。

一般地，任何部分的PE管的凿孔超过10%的墙厚，凿孔部分需更换。当PE管过度或持续倾斜或压平时，它将会出现压白、裂纹、裂缝或其他可见的损坏。这些区域要更换新的管材。

3 设计方法论

地表管系统受温度变化影响，这些温度变化将一定程度地影响管子的耐压能力。预测温度变化对管材的影响时必需考虑材料的热胀冷缩特性。而且，地表安装PE管系统的特性需作详细分析。

3.1耐压压力

绝大多数情况下，管内流动介质比外部暴露在地上的管子温度低些，而介质的流动将降低暴露的管表温度。结果，管壁仅管内流动物质的温度略高些。

3.2膨胀与收缩

温度变化将使PE管材本身物理尺寸改变，其热胀冷缩明显比其他材料管材明显。在地表安装设计中必须考虑可能的热胀冷缩问题。由于温度变化而产生的膨胀，收缩相当显著。实际上，温降并不是瞬时发生，而地表由于磨擦将延缓理论上管材的伸缩。实际工程经验表明温度变化而引起的实际热胀冷缩只为理论的近一半。

3.3安装特性

PE材料可以选择非挖掘技术，可用于在直接钻洞、犁沟、穿越河道、管道爆破后导入等工艺。管的易弯曲性减少了管件的用量，弯曲半径可达外管径的20～25倍。所须的操作安装工具比金属材料的更轻便。不需插入固定，热熔接口有足够的强度。重量轻、长度长、可以节省劳力和工具。地面上安装，温度变化引起管的收缩、膨胀。通常使用非约束的安装方式，允许管子随温度变化自由伸缩。非约束的安装要求使用管道架等可以确保管道伸缩的适当方式安置，以免磨损，损坏管的外表层。此目的让管自由“伸缩”，不会达到破坏点。此方式就是让管道弯曲，像蛇形一样，长出的管呈松驰状态，预防降温时的收缩。

使用PE管材对比使用其他管材，更经济有效。可在市政建设、工业上、航海上、采矿业、垃圾处理场、电缆套管和农业中应用。经测试证明它能有效地运用在地上、地表、滑动、漂浮体、海表面。