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水利工程中常用管道概况(四) HDPE管

稿件来源: 发布时间:2016-10-31 12:37:47 浏览次数:2206

一、概况

HDPE管,中文为高密度聚乙烯,英文名称为“High Density Polyethylene”,简称为“HDPE”。高密度聚乙烯为无毒、无味、无臭的白色颗粒,熔点约为130℃,相对密度为0.941~0.960。它具有良好的耐热性和耐寒性,化学稳定性好,还具有较高的刚性和韧性,机械强度好。介电性能,耐环境应力开裂性亦较好。

该聚合物不吸湿并具有好的防水蒸汽性,可用于包装用途。HDPE具有很好的电性能,特别是绝缘介电强度高,使其很适用于电线电缆。中到高分子量等级具有极好的抗冲击性,在常温甚至在-40F低温度下均如此。

二、HDPE管规格及连接方式

HDPE管道的口径从DN32到DN1000,共分26个级别。压力等级在0.6Mpa~1.6Mpa之间,共5个等级。

HDPE管在温度190℃~240℃之间将被熔化,利用这一特性,将管材(或管件)两熔化的部份充分接触,并保持适当压力,冷却后两者便可牢固地融为一体。因此,PE管的连接方式与PVC-U管不同,通常采用电热熔连接及热熔对接两种方式,按照管径大小情况具体可分为:DN≤63时,采用注塑热熔承插连接;DN≥75时,采用热熔对接连接或电熔承插连接;与不同材质连接时采用法兰或丝扣连接。

在管道修复方法上,有胀管施工法和内衬HDPE法。

三、HDPE管材特性

HDPE是一种好的管道,不仅应具有良好的经济性,而且应具备接口稳定可靠、材料抗冲击、抗开裂、耐老化、耐腐蚀等一系列优点,同传统管材相比,HDPE管道系统具有以下一系列优点:

1.连接可靠:聚乙烯管道系统之间采用电热熔方式连接,接头的强度高于管道本体强度。

2.低温抗冲击性好:聚乙烯的低温脆化温度极低,可在-60~60℃温度范围内安全使用。冬季施工时,因材料抗冲击性好,不会发生管子脆裂。

3.抗应力开裂性好:HDPE具有低的缺口敏感性、高的剪切强度和优异的抗刮痕能力,耐环境应力开裂性能也非常突出。

4.耐化学腐蚀性好:HDPE管道可耐多种化学介质的腐蚀,土壤中存在的化学物质不会对管道造成任何降解作用。聚乙烯是电的绝缘体,因此不会发生腐烂、生锈或电化学腐蚀现象;此外它也不会促进藻类、细菌或真菌生长。

5.耐老化,使用寿命长:含有2~2.5%的均匀分布的碳黑的聚乙烯管道能够在室外露天存放或使用50年,不会因遭受紫外线辐射而损害。

6.耐磨性好:HDPE管道与钢管的耐磨性对比试验表明,HDPE管道的耐磨性为钢管的4倍。在泥浆输送领域,同钢管相比,HDPE管道具有更好的耐磨性,这意味着HDPE管道具有更长的使用寿命和更好的经济性。

7.可挠性好:HDPE管道的柔性使得它容易弯曲,工程上可通过改变管道走向的方式绕过障碍物,在许多场合,管道的柔性能够减少管件用量并降低安装费用。

8.水流阻力小:HDPE管道具有光滑的内表面,其曼宁系数为0.009。光滑的表现和非粘附特性保证HDPE管道具有较传统管材更高的输送能力,同时也降低了管路的压力损失和输水能耗。

9.搬运方便:HDPE管道比混凝土管道、镀锌管和钢管更轻,它容易搬运和安装,更低的人力和设备需求,意味着工程的安装费用的大大降低。

10.多种全新的施工方式:HDPE管道具有多种施工技术,除了可以采用传统的开挖方式进行施工外,还可以采用多种全新的非开挖技术如顶管、定向钻孔、衬管、裂管等方式进行施工,这对于一些不允许开挖的场所,是唯一的选择。

11.化学性质:聚乙烯抗多种有机溶剂,抗多种酸碱腐蚀,但是不抗氧化性酸,例如硝酸,在氧化性环境中聚乙烯会被氧化。

四、HDPE的应用领域

HDPE管道主要用于:市政工程供水系统,建筑物室内给水系统,室外埋地给水系统及居住小区、厂区埋地给水系统,旧管线修复,水处理工程管道系统,园林、灌溉及其他领域的工业用水管等。

但需要注意的是,HDPE管道不能用于热水管路。

五、HDPE在给排水管道工程中的应用

塑料管材在建筑中的设计理论和施工技术等方面取得了很大的发展和完善,并积累了丰富的实践经验,促使塑料管材在建筑给排水管道工程中占据了相当重要的位置,并形成一种势不可挡的发展趋势。在我国,给水管道中用的较多的塑料管材主要有PVC-U给水管、PP-R管、铝塑复合管(PAP)、钢塑复合管(SP)、HDPE管等。HDPE管是采用先进的生产工艺和技术,通过热挤塑而成型,具有耐腐蚀、内壁光滑、流动阻力小、强度高、韧性好、重量轻等特点。HDPE管道是继PVC-U排水管道之后,成为了世界上消费量第二大的塑料管道品种。

(一)HDPE给水管的发展

在给排水管道系统中,塑料管材逐渐取代了铸铁管和镀锌钢管等传统管材成为了主流使用管材。塑料管和传统管材相比,具有重量轻,耐腐蚀,水流阻力小,节约能源,安装简便迅速,造价较低等显著优势,受到了管道工程界的青睐。同时,随着石油化学工业的飞速发展,塑料制造技术的不断进步,塑料管材产量迅速增长,制品种类更加多样化。

HDPE管道是继PVC-U排水管道之后,成为了世界上消费量第二大的塑料管道品种。输送燃气应采用PE80和PE100等级的中或高密度聚乙烯管;给水管通常采用PE80和PE100等级的中或高密度聚乙烯管,PE63已经逐渐趋于淘汰。在输水方面,增长最快的则是PE100管道系统,今后五年的增长率有望达到10%以上。

在欧洲,HDPE管道得到了更为迅猛的发展和应用,HDPE管道逐渐取代了PVC-U管道的地位,成为主要消费管道。同时,HDPE管在欧洲以外地区也逐渐得以使用。

(二)HDPE给水管道在应用上的优点

HDPE给水管道被广泛应用,主要在于其具有其它管道所无法比拟的优点:

1.易于对口焊接和电熔焊接而形成完成封闭的防渗系统。在沿沟槽敷设时,可减少沟槽开挖土方量和减少配件用量。

2.重量轻而易于安装处理。

3.强耐磨性和优异的液压性,在埋地管道可无需外层保护。可适用于地震和矿区土层沉降区,还可用沉入法在江河底敷设。

4.耐化学腐蚀,抗内、外部及微生物腐蚀,耐腐蚀性强,具有健康性。适合于输送酸性、碱性物质,输送污水、天然气、煤气等物质。

5.良好的环境适应性和抗冻性。可用于室内和室外给水管道。

6.使用年限长,具有超过几乎50年的使用寿命。

7.易回收使用。

(三)HDPE给水管道在应用上应注意的事项

1.室外露天敷设,有阳光照射的地方,建议做遮蔽措施。

2.埋地HDPE给水管道,DN≤110的管路夏天安装可稍微蛇形铺设,DN≥110的管路因有足够的土壤阻力,可抵抗热应力,无需预留管长;冬天,均无须预留管长。

3.HDPE管道安装时,如果操作空间太小(如:管道井、吊顶内施工等),应采用电熔式连接方式。

4.热熔承插连接时,加热温度不能过高、过长,温度最好控制在210±10℃,不然会造成配件内挤出的熔浆过多,减少通水内径;承插时管件或管材接口处应清洁干净,不然会造成承插口脱开漏水;同时,要注意控制好管件的角度和方向,避免造成返工。

5.热熔对接连接时,要求电压在200~220V之间,如果电压过高,会造成加热板温度过高,电压过低,则对接机不能正常工作;对接时应保持对接口对齐,不然会造成对接面积不够要求、焊口强度不够,以及卷边不对成;加热板加热时管材接口处未处理干净,或加热板有油污、泥沙等杂质,会造成对接口脱开漏水;加热时间要控制好,加热时间短,管材吸热时间不够,会造成焊口卷边过小,加热时间过长,会造成焊口卷边过大,有可能形成虚焊。

六、HDPE管施工工艺

施工工艺:测量→放样→沟槽开挖→基础处理→连接、下管、校管→管槽回填→检查井砌筑、回埴→验收。HDPE管施工除按施工规范实行外,HDPE管自身特点,应注意以下几点:

1.HDPE管热胀冷缩严重,因此HDPE管宜在温差变化不大的环境里施工和使用。

2.HDPE管埋深低于建构物基础底面时,管道不得设在建构筑物基础下地基扩散角受压的范围内。

3.地下水位高于开挖沟槽底高程的地区,地下水位降至槽底最近点以下0.3 m~0.5m。

4.管槽开挖时,严格控制挖深,不得扰动基底底层原状土,如发生超挖和扰动,换填粒径0.1 m~0.5 m的天然级配砂石料,并找平夯实。

5.HDPE管道基础采用砂砾基础,而不是混凝土基础,厚度为0.05 m~20 m,根据地质情况而定。

6.管道铺设过程,下管用人工或起重机进行,起重机下管时,用非金属绳索扣系住管材两端距管口1/4处,严禁穿心吊装。

7.回填中对回填土要求较严,部分回填土采用一定规格的中(粗)砂(本地称石棉砂),碎石(土)坚硬的棱角容易损坏PE管且回填不易密实,石棉砂在最佳含水量时具有自动密实功能,再加小型夯实机具夯实就能满足密实度要求。

8.在管顶0.7 m以上部分回填,采用机械回填。在管顶以下回填必须从管材两侧同时回填,并夯实,否则容易使HDPE管受压不均,导致HDPE管变形,移位。其他回填按规范实行。

9.管道与检查井连接。在原来施工方案中,管口缩进检查井内壁0.3 m~0.5 m,用砂浆粉刷成“喇叭状”,周围用砂浆填充密实,之后砌筑砖块,但做闭水试验不能满足要求,经检查存在以下问题:①HDPE管热胀冷缩将检查井撑裂,导致检查井渗漏水。②没有将检查井撑裂,却由于管道与检查井连接处密封达不到要求,导致渗、漏水。

针对上述两个问题,提出以下解决方案:①将HDPE管埋深提高,使HDPE管处于相对温度变化不大的环境内,同时HDPE管铺设完后马上回填,且在较短时间内完成。施工长度控制在一定范围内。②HDPE管道敷设完毕后,再进行检查井的砌筑。③针对第二个问题,重新采用了如图连接方式,检查井与HDPE管连接处采用热熔纤维密封,取代原来的砂浆填塞密封。

七、产品标准

GB/T 13663-2000《给水用聚乙烯(PE)管材》

GB10002.2-88给水用硬聚氯乙烯管件

GB/T5836.1-92建筑排水用硬聚氯乙烯管材

GB/T5836.2-92建筑排水用硬聚氯乙烯管件

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