关于PE管材在给排水系统实际应用的情况分析

随着我国城市化进程加快，面对人口、资源和环境的巨大压力，为确保国民经济的可持续发展，我国政府在逐年加大对城市基础设施的投入，市政公用管道建设不断加快，品种和规格在不断丰富，产量在不断增加，质量在不断提高，尤其是塑料管发展更快，成为当今投资热点。
　　1933年英国ICI公司首先发现了PE.发展至，PE是由多种工艺方法生产的，具有多种结构和特性及多种用途的系列品种的树脂，已经占世界合成树脂产量的三分之一，居第一。PE的最佳用途之一是可以用来生产输送除强酸、强碱外的任何介质的管材，据国外资料纺计，目前世界上给水管道领域PE管材的年消耗量约为100万吨以上，广泛用于给水、燃气输送、排污、农业灌溉、矿山细颗粒固体输送，以及油田、化工和邮电通讯等领域。
　　《国家化学建材产业“十五”计划和2010年发展规划纲要》指出：塑料管的推广应用主要以UPV-C和PE管为主。到2005年，在全国新建、改建、扩建过程中，建筑排水管道70％采用塑料管道50％采用塑料管，建筑给水、热水供应和供暖管道60％采用塑料管，城市供水管道50％采用塑料管，村镇供水管道70％采用塑料管，城市燃气管道20％采用塑料管，电线护套管80％采用塑料管。
　 　一、给排水系统工程用管材种类及技术性、经济性等方面比较：
　　（一）管道种类
　　给排水系统工程主要有：聚乙烯管（PE）、钢管、球墨管、灰口铸铁管、水泥管、玻璃钢夹砂管、UPV-C管等。
　　（1）聚乙烯管（PE）
　　聚乙烯按照其密度不同分为高密度聚乙烯（HDPE）、中密度聚乙烯管（MDPE）和低密度聚乙烯管（LDPE）。聚乙烯管根据结构形式不同可分为单层实壁管、双壁波纹管和螺旋缠绕管等。双壁波纹管和螺旋缠绕管主要是用HDPE原料加工而成，主要应用于城市排水、单层实壁HDPE主要应用于城市供水、城市燃气输送，单层实壁MDPE管主要应用于城市燃气输送，单层实壁LDPE管大量用作农用排灌管道和工业普通管道。
　　（2）玻璃钢夹砂管
　　玻璃钢夹砂管是采用短玻璃纤维离心或长玻璃纤维缠绕，中间夹砂工艺制作，管壁略厚，环向刚度较大，可用作承受内外压的埋地管道，管径可从直径500~直径2600毫米，玻璃钢夹砂管材质脆，只适用于大口径，且在施工过程中，机械碰撞容易发生暗伤，而且暗伤不容易发现，影响使用寿命。
　　（3）硬质聚乙烯管UPV-C管
　　UPV-C管具有较高的抗冲击性能和耐化学性能。它可根据使用要求不同，在加工过程中可添加不同添加剂，使其具有满足不同要求的物理和化学性能，UPV-C管具有寿命长，密封性好等特点，但是UPV-C管在加工过程中有重金属稳定剂，在使用过程中会逐步渗出，影响水源。
　　（4）钢管
　　钢管最大的缺陷是寿命短，腐蚀性强，密封性不好，容易泄漏，而且价格高，对地表不均匀沉降适应性差。
　　（5）球墨管
　　球墨管成本高，平均价格比PE管贵10％~15％，连接接口转角过大容易引起泄漏。
　　（6）灰口铸铁管
　　灰口铸铁管寿命短，摩擦系数大，密封性不好，容易泄漏。
　　（二）PE管材丰对其它管材来讲有以下优点：
　　1、优异的物理性能。中密度聚乙烯性能介于高、低密度聚乙烯两者之间，既保持了高密度聚乙烯的刚性、强度，也有很好的柔性、耐蠕变性，而且较高密度聚乙烯更有热熔连接性能优良的特点，有利于塑料管的安装。
　　2、耐腐蚀，使用寿命长，在我国沿海地区，地下水位偏高，土地湿度大，使用无缝钢管必须防腐及做安装阳纹外向锤炼，且寿命只有30年，而PE管可耐多种化学介质的侵蚀，不需防腐处理。此外，它也不会促进藻类、细菌或真菌生长，使用寿命达50年。
　　3、韧性、挠性好。PE管是一种高韧性管材、其断裂伸长率超过500％，对管基础不均匀沉降和错位的适应能力非常强，抗震性好，因此，最适宜于有地震危险地区，世界各地的实践证明PE管是耐震性最好的管道。有报道说1995年日本的神户地震中，PE管和供水管是唯一没有被破坏的管道。另外，PE管的挠性是PE管可以盘卷（尤其是管径小的PE管），减少了大量连接管件。PE管的走向容易按照施工方法的要求进行改变。在施工时，可在管子允许的弯曲半径内绕过障碍，降低施工难度。
　　4、流通能力大，经济上合算。PE管内壁光滑，不结垢。PE管内表面当量绝对粗糙比值是钢管的1/20，相同管径、相同长度、相同压力下的PE管其流通能力要比钢管大30％左右，因此经济优势明显。与金属管道相比，PE管道可减少工程投资三分之一左右（直径200毫米以上大管成本略高些），可盘卷的小口径管材，可进一步降低工程造价。
　　5、连接方便，施工简单，方法多样。PE管管体轻，搬运方便，焊接容易，焊接口少，当管线较长时可使用盘管敷设（一般指管径小于63毫米）PE管沟要求远比钢管沟要求低，而且当施工条件受限制时，可采用电熔焊接。另外，可采用管沉入的方法在水底铺设，大大降低了施工难度和工程费用。
　　6、密封性好。PE管本身采用熔接连接（热熔或电熔），本质上保证了接口材质，结构与管体本身的同一性，实现了接头与管材的一体化。其接口的抗拉强度与爆破强度均高于管材本体，可有效抵抗内压力产生的环向应力轴向应力。因此，与橡胶圈类接应或其他机械接头相比，不存在接应扭曲造成的泄露危险，密封性能十分良好。
　　7、维修方便，可以不停水、气维修和安装。
　　8、抗应力开裂性好：PE管具有低的缺口敏感性，高抗剪切强度的段异的抗痕能力，耐环境应力性非常突出。
　　9、低温抗冲击性好：PE管的低温脆化温度极低，可在-60摄氏度温度范围内安全使用。而在我国北方地区，在冬季野外铺设的聚乙烯埋地给水时，总结出一条经验是在零度以下就不适宜铺设施工，因为这时聚乙烯管容易脆裂。
　　10、耐磨性好。聚乙烯管与钢管的耐磨性对比实验表明：它的耐磨性是钢管的4倍。
　　11、具有良好的抵抗222刮痕能力。研究证明，PE等级的PE管有较好的抵抗SCG的能力和耐刮痕能力。PE100级管材则具有更加出色的抗刮痕能力。
　　12、良好的抵抗快速裂纹传递能力。开裂是指管道发生开裂时，裂纹以很快的速度传递，瞬间就可能使管道破坏，后果不堪设想。实践表明，在塑料管道中的PE管抵抗裂纹传递能力比其他管道要强。
　　正因为PE管具有上述优点，如耐腐蚀、韧性好，刚柔相济，安装管便等，所以被越来越多的企业所表睐。比如运输和安装，传统的钢管、铸铁管、长度一般不超过10米，而PE管尤其是管径小的，甚至可盘卷，长度可以自由控制。这样带来的最大好处是减少了接口，也就是减少了泄露事故的发生频率，既安全有节能。另外，PE管可作为承插管插入旧管道中用于修复、更新管道等。还可以大量用腐蚀性土地，地震地区，山地，沼泽地等特殊地段的管道铺设。另一个最大的好处是经济效益好。根据国外资料，在燃气或供水用PE管及的发达国家，PE管的安装费用一般低于钢管安装费用的50%，而穿插法又比PE管直接埋地法节约施工费30~40％。国内燃气、供水用PE管的安装费用也显而易见要比钢管敷设工程费用低。HDPE双壁波纹管应用于排污工程更是这样，重量轻、搬运连接方便，减少人工费用及各种吊装费用：施工快捷，内壁光滑，磨阻系数小，流量大，结垢，减少使用中的维护工作，可直接铺在不做基础的沟槽内，连接可靠，不会渗汛，因此经济效益和环境效益非常显著。再从管材价格上讲，燃气、供水用PE管也有一定的优势，一般管径效益DN160的PE管均比钢管价格便宜，而HDPE双壁波纹管在这方面与传统管材相比优势更加明显。当然，由于PE管材料本身的特点，PE管也有一定的弱点，如强度低，遇到坚石，金属碰撞挤压，易引起凹坑，直至穿孔；没有阻燃性；对最高使用压力有限制；另外，PE管堆放要求高，不能长时间日晒雨淋，否则容易老化，降低使用寿命。
　　在国外，塑料管正不断代替金属或其他传统材料的管道，发展十分迅速。从1980~1990年的十年中除塑料管以外，其他各种材料的管道增长率总和不足2％，而塑料管的增长率是其他各种管道增长率总和的4倍，达到8％，进入不九十年代塑料管的需求量将仍是每年4.2％的速率增长，其产值大约以每年8％的速率递增。
　　聚乙烯管（PE）目前国内有生产企业150余家（其中有近100家是生产农业用管、化工管道和保护套管），年生产能力达到50万吨。PE管生产规模在5000吨/年以上的企业有十余家，PE管在新敷设的城市中压燃气管网中使用率达到30％左右，2000年工程使用量达到8000吨左右，PE管用于城市供水量也在逐年增加。
　　聚乙烯管可用于城市供水管、城市排水网和城市燃气网，尤其是城市燃气网用塑料管几乎全部是采用聚乙烯管；其二，由于聚乙烯管有较好的卫生性能和可回收性，以及可采用热熔连接，接头质量可靠，施工方便，1990~1998年间，聚氯乙烯管平均每年增长率是2％，PE管平均每年增长率是7％，1998年达到260万吨，美国1997年比1996年增长26％，达到37.4万吨，1998年又比1997年增长11.9％，聚乙烯管增长速度远远高于聚氯乙烯管；其三，我国在制定国家“十五”化学建材及塑料管发展计划时提出，“十五”期间塑料管的推广应用主要以PVC-U为主，在“十五”计划中，把PE管和PVC-U管放在同等重要的地位。并且，PE管在我国应用起步较晚，发展空间较大。
　　世界经济发达国家从40年代末已经开始研究聚乙烯管，并应用于给排水及燃气工程，从60年代相继在给水输配系统、排水输配系统和燃气输配系统中使用聚乙烯管，且使用比例逐步扩大。如英国对聚乙烯管制使用量以1968年使用天然气为转折点，使用量急剧增加，1979年埋设的干、支管中，聚乙烯管占80％，美国在1983年埋设的燃气管中有88.6％为PE管，现在国际上欧、美、日等发达国家已经全部采用聚乙烯管道。
　　聚乙烯管材的生产设备，部分实现了全自动控制，原材料能够自动烘干加入，能自动调整模具、自动控制外径、自动控制壁厚、自动切断或盘卷等。我国现在的聚乙烯燃气管材基础设备全部从国外进口。
　　总的来讲，PE管的优越性是不容置疑的，所以近十年来，全国许多大中城市在燃气、供水中低压管线（包括庭院管网和排水管网敷设中大量采用PE管。如北京、上海、哈尔滨、成都 、重庆、广州、深圳、无锡上、南京、大连、长沙、杭州等，在分别为DN315、DN630、DN800以下口径的燃气、给水、排水排污管道敷设中都普遍采用PE管。有的省市为了推广应用PE管，还专门下文鼓励燃气企业、水务集团、市政部门和设计施工单位大力推广应用PE管。从推广应用的效果看，普遍感到良好，已经基本形成企业满意（安全、经济）施工单位满意（安装施工简便易行），政府部门满意（节能、环保）这么一种良性循环。