新型复合塑料管在加油站输油管道中的应用

曹建鸥，曹嘉璇

（江西省群力钢结构工程有限公司，南昌 331717）

0 引言

现今国内大部分加油站在工程建设中对输油管道材料的应用还是传统的无缝钢管，传统加油站输油管道采用金属管道，容易因外部环境腐蚀性强及防腐层质量问题而产生腐蚀破坏，造成燃油泄漏，污染环境以及地下水。金属管道连接方式为电弧焊，易产生明火，并且具有安装复杂，寿命短，成本高等缺点。据统计，加油站泄漏事故中70%是来自管线腐蚀造成的泄漏，而国内加油站暂未应用双层密闭无缝钢管。

为了解决此问题，可在腐蚀严重的地区加油站使用聚乙烯复合管道新材料。加油站使用新型双层复合塑料管，不会像无缝钢管一样发生锈蚀，减少了除锈防腐这必不可少的环节和施工工序，可以加快工期。如果输油管线发生泄漏，泄露的油品会储存在双层管线的夹层里，不会直接泄漏到土壤中，避免对环境造成直接污染。随着国内对环保要求的不断提高，金属管道已经逐步被塑料管道所替代。新型双层复合聚乙烯塑料管道具有更清洁、更安全、更环保、更坚固、更快捷的特点，已在加油站输油管道工程建设方面得到了大量推广和应用。而欧美等发达国家的加油站输油管道所用聚乙烯复合管所占比例为：美国100%，欧洲接近80%[1]。国内目前与欧美发达国家差距较大。

1 汽车加油站输油管道系统的分类

（1）按照工作内容分，常规汽车加油站输油管道系统是由卸油管道、出油管道、通气管道、一次二次油气回收管道组成的系统，如图1所示。

图1 出油管道示意图

（2）按照管道材料分，可分为金属管道和非金属管道。

（3）按照管道结构分，可分为单层管道和双层管道。单层输油管道可以满足加油站一般的应用需求，比如输送液体燃油和油气混合物，通常用于一次和二次油气回收管道、通气管道等[2]；双层输油管道可以有效防止燃油渗透过管道壁向外扩散，一般用于卸油管道和出油管道。由于采用特殊的复合材料，管道可以确保油品输送过程中静电的安全导出，为油品输送提供更加安全的保障。

（4）按照出油动力装置分，可分为自吸泵出油系统和潜油泵出油系统。现今加油站均为潜油泵式系统，个别的老旧加油站还存在自吸泵系统，自吸泵式系统的管线布局较复杂，工作量也较多，但原理相同。

2 复合塑料材料输油管道具体介绍

2.1 结构

复合塑料材料管道一般分为外层管体、粘结层、内层防渗层和导静电内衬层。外层管体是由高强度高密度聚乙烯（HDPE）材料制成，以提高强度和穿刺性；粘结层是把聚乙烯和EVOH 粘结在一起；内层防渗层为EVOH（乙烯-乙烯醇共聚物），管道各层通过分子水平上的化学键接合在一起，能防止碳氢化合物在管壁上扩散，渗透率可以忽略不计；导静电内衬层可以保证所接触液体的内表面接地，防止静电聚集，静电可安全释放至地下，从而完全消除静电放电引发火灾的相关风险。如图2所示。

图2 双层复合塑料管道结构

为了加大安全系数，多层结构主管道外可套上一个大口径的聚乙烯管道，内管和外管形成双层同轴管道系统（管中管），该管道系统通过专用管件连通整个管道系统，可采用渗漏检测仪检测整个管道系统的渗漏情况。根据国家相关法规的要求，双层复合管道采用在线监测系统。双层复合管的内层主管和外层套管之间有一环形空隙，根据具体情况，可采用正压法、真空法或液体传感器法等技术对夹层空间进行监控，以实现在线监测的需要[3]。

加油站导静电双层输油管是用多层热塑挤出工艺生产的。管子适用于多种油品的压力式输油管、自吸式输油管、卸油管道、通气和油气回收管道和化学品的输送管道。管子的半柔性结构确保了管子的强度和耐用性，同时也使管子容易安装。

2.2 特点

（1）在EN14125 标准下复合塑料管道在-40～50 ℃的工作温度范围内使用，达到零渗漏，且其工作压力超过了4 MPa，使管道系统保持了极高的强度和安全性。

（2）使用先进安全高效的电熔焊工艺，使管材与配件连接成一个完全封闭无渗漏的管道系统。

（3）杜绝了从埋地油罐-加油机连接的所有输油管道系统的渗漏，防止地下水渗入管道系统内，也防止了燃油从管道系统渗透至地下环境，保护了地下土壤，极大增强了环保安全价值。

（4）复合塑料管道可与各类燃油、乙醇混合物以及添加剂兼用，确保适用于全球可能遇到的所有燃料组型。经过测试并证明可在最高为10 个标准大气压（bar）的压力下用于碳氢化合物、乙醇燃料混合物以及生物燃料。

（5）复合塑料管道的制造结构上对回填砂的质量以及对动荷载负荷具有较大的抗冲击性，经测试证明未发生过材料质量事故。

（6）大量试验研究证明复合塑料管材在静电放电危险方面有很大的安全性，不容易成为火源。

（7）丰富的电熔焊接配件可方便变换管道方向和变径处理，对管道布局提供更大程度的灵活性和控制力。

2.3 优势

（1）复合塑料管具有独特的结构。有防渗层和导静电性能。

（2）复合塑料管在施工中能减少工序。采用聚乙烯为主要材料，减少了除锈防腐环节；具有导静电内衬，减少了管线静电接地和跨接的施工。

（3）复合塑料管质量较轻。管材质量是同规格钢制管道的5%，管材运输和吊装方便快捷。

（4）复合塑料管柔韧性强。盘管的自然弯曲可用于改变管道方向，在长输油管线上使用盘管，可减少管件接头的数量；对于较短的管线使用直管道，可以最佳入口角度进入设备。

（5）复合塑料管降低水锤作用。当从复合塑料输油管道系统中加油时，管道系统内的压力会随着阀门开启和关闭或油泵的启动或停止，达到峰值和出现波动。复合塑料管道的性能明显优于钢制或玻璃纤维管道[4]。

（6）复合塑料管能降低气穴现象。气穴现象指输送的燃油中存在气穴或气泡，这个问题主要存在于自吸泵式系统中，气穴往往在低压下或油泵吸入端出现，会引发震动、噪音，使管道输送效率下降；容易使燃油产生气化。复合塑料管道比钢管传热少，能降低气穴作用[4]。

3 复合塑料管道在加油站管道系统中的应用

3.1 管道管沟的要求

（1）管沟坡度应为1∶100（加油机至埋地油罐），管沟宽度至少1 200 mm （加油机底槽位置至少1 500 mm），深度至少800 mm，双层管在管沟转弯位置要有足够的转弯半径，一般的转弯半径应设置为2 m。

（2）管沟底部要求：在安装管道前，在管沟底部应先回填15 cm厚的沙子并夯实，在管子底部和周围不允许是空的。

3.2 管线的敷设

（1）铺设管子时，管与管之间的间距为最大管子的管径。管道工艺布置时尽量减少管子交叉，若有交叉的地方尽量布置在不过车位置，做好管子间的分隔，避免直接接触。如图3所示。

图3 复合塑料输油管道的敷设

（2）当管子路径大于12 m 时，要采用蛇形敷设，减少埋地接头数量，管子转弯时要有足够的转弯半径。

（3）管子铺设完毕后，检查管与管的间隔，管子与管沟壁的间隔，确保管沟回填后管子的四周都是沙子。

3.3 管线的热熔焊接

复合塑料管线的焊接采用电熔焊的方式连接，焊接时环境温度应在-15～45 ℃之间。复合塑料管的焊接原理是加热焊接管件表面下的电阻丝到200 ℃左右，融化管件内侧和管道外侧的聚乙烯材料，由于聚乙烯传热慢，只有电阻丝附近的材料被融化。在温度和压力作用下，熔化区域内的聚乙烯膨胀，而周围的低温聚乙烯材料阻止熔化区域继续扩大，这样管道就均匀结实地焊接在一起了。热熔焊接原理图如图4所示，焊接工艺如下。

图4 热熔焊接原理图

（1）使用夹紧工具将需要焊接的接头固定好，防止接头受到外力；将管道推进至焊接接头底部。

（2）确保焊接电缆线的插座规格尺寸与焊接接头的插针尺寸一致。在单层模式下进行，可同时焊接多个单层管件，电阻值之和不能超过10；管件用跨接导线串联在一起进行焊接；单层/双层管件不能串联焊接。安装双层管道系统时，总是从操作井内或固定端开始，与转换接头连接的内管和外管应该是彼此固定的。焊接过程中不要对焊接管件和管道施加外力。如果是导静电管道，必须在所有管道连接处安装导静电接头。

（3）焊完后应检查焊接机是否显示焊接正确；管件上指示针是否弹起，进行外观检查，对焊接接头进行标记标明完成焊接和检查。拆除固定设备前至少需要等待20 min，让管件接头冷却至环境温度，通常焊接2 h后焊接部位可以达到最大强度。

（4）在焊接过程中，如因特殊原因突然中断，不要继续焊接。先让该管件冷却至环境温度后，才可以重焊一次。不能趁热焊接管件，否则可能会发生火灾，材料容易从焊接区域喷射伤人。若在试压过程中，在某处管件发现泄漏，可对该管件重复焊接一次，若重复焊接后仍存在泄漏，更换该管件。

3.4 管线的测试

管线系统的测试有3方面：（1）管道系统的承压检测，承压检测强度测试应在安装和焊接完成后，回填前进行，向主管道加压至520 kPa 并保持30 min，检测结果管道无变形为合格；（2）检测管道系统的渗漏性，渗漏性检测可使用水、空气或氮气为介质，向主管道加压至70 kPa并保持30 min，管道所有接头处均涂刷肥皂水，检测结果管道无渗漏为合格；（3）检测管道系统的导静电层是否接通，导静电测试应采用兆欧表，应连续测量管线表面电阻以获取何时达到最大所允许的电阻值，或检查出管道系统是否出现短路。

4 结束语

对多个加油站工程采用新型复合塑料输油管道的施工技术经验进行总结，证实新型复合塑料输油管道具有以下优良的性能优点：耐腐蚀；不会有金属屑进入油品；无需减震装置；不会造成碰撞后弯曲变形；接头少，安装方便，无需库存接头等部件；静摩擦因数低（0.15～0.20）；优良的耐油性能；使用寿命长；成熟的电熔焊接工艺；优异的导静电性；节能环保；安装施工安全、高效；减少施工工序，节省施工工期；承压能力大，坚韧性强。因此应该在加油站输油管道系统和各种类型的石油化工管道系统中大力推广新型复合塑料管材料，为国家工程建设创造良好的经济效益和社会效益。