摘　要：介紹燃氣用聚乙烯管材、管件、配套產(chǎn)品的生產(chǎn)技術和燃氣用聚乙烯管道接頭無損檢測技術(超聲波和X射線檢測技術)，探討了聚乙烯波紋管內(nèi)襯法用于舊管道非開挖更新與修復的技術。

關鍵詞：聚乙烯管道  重力計量系統(tǒng)

New Technologies for Production,Testing and Repair of Gas Polyethylene Products

Abstract：The production technologies of polyethylene gas pipe，fittings and auxiliary products as well as nondestructive testing technologies(ultrasonic and X-ray detection)of polyethylene pipe joints are introduced．The corrugated polyethylene pipe lining method for trenchless replacement and repair of old pipeline is discussed．

Keywords：polyethylene pipe；gravity measurement system；nondestructive detection；trenchlessrepair；corrugated polyethylene pipe

1　概述

由于聚乙烯(PE)管道具有施工方便、工程造價低、不存在腐蝕泄漏問題、對輸送物質(zhì)污染小等優(yōu)點，自20世紀70年代以來，聚乙烯(PE)材料以其優(yōu)越的性價比，從眾多的非金屬管道材料中脫穎而出，受到世界各國燃氣界的青睞，很快占領了城市燃氣中低壓輸配管網(wǎng)的市場，并形成了原料、加工、設計、施工、運行、維護完整的產(chǎn)品體系。我國近年來隨著陜京管線、靖西管線、澀寧蘭管線、忠武管線，尤其是西氣東輸管線等工程的相繼投產(chǎn)，進一步帶動了聚乙烯燃氣管道的發(fā)展。

在燃氣用聚乙烯管道系統(tǒng)迅速發(fā)展過程中，對原材料性能、加工工藝、檢測手段、施工安裝、管道修復等方面提出了更高的要求。

2　燃氣髑聚乙烯產(chǎn)品生產(chǎn)新技術

2.1　管材生產(chǎn)

①重力計量系統(tǒng)(米重控制和總產(chǎn)量控制)

重力計量系統(tǒng)安裝在擠出機上，通過不同的控制回路，記錄并控制螺桿轉速和牽引速度，使擠出過程保持在一個恒定水平上，擠出量或者米重可以保持精確并節(jié)省物料消耗。通過重力計量系統(tǒng)，可減少開機廢料(從開機到產(chǎn)出合格品之前產(chǎn)生的廢品)，縮短開機時間，避免生產(chǎn)過程中管材壁厚受不確定因素的影響(如機器不穩(wěn)定、物料下料不順暢、電網(wǎng)電壓波動等)。針對燃氣用聚乙烯管材，因承壓能力更多地決定于壁厚最薄點，因此對管材生產(chǎn)過程壁厚穩(wěn)定性的控制至關重要。在混配料或管材密度確定的條件下，通過重力計量系統(tǒng)控制管材米重恒定，管材壁厚即可控制在較小的波動范圍內(nèi)。

燃氣企業(yè)聚乙烯(PE)輸配系統(tǒng)質(zhì)量控制合作小組(簡稱G5+小組，由國內(nèi)五家燃氣企業(yè)自愿加入的合作小組，旨在針對目前國內(nèi)塑料管道市場的一些不良狀況，共同制定對PE輸配系統(tǒng)質(zhì)量控制的標準和方法)發(fā)布的小組標準G5+PE002.1—2008((供應商資格預審導則第l部分：燃氣用埋地聚乙烯管材》，明確要求管材供應商的每條擠出線須有自稱重系統(tǒng)。

米重控制原理：米重控制一般通過調(diào)整引出裝置的旋轉速度進行。由擠出機旋轉速度(實際值)、運行輪速度(實際值)，計算出實時的每米重量。通過系統(tǒng)閉環(huán)控制實時調(diào)整引出裝置的旋轉速度，以使每米重量保持穩(wěn)定。

總產(chǎn)量控制原理：總產(chǎn)量控制的先決條件是確定總產(chǎn)量?？偖a(chǎn)量的記錄通過料斗秤進行?？偖a(chǎn)量的控制，通過調(diào)整擠出機旋轉速度或調(diào)整進料機(如已安裝進料機)旋轉速度進行。

②在線超聲波測厚系統(tǒng)

通過高頻超聲波傳感器，對生產(chǎn)線上的管材作非接觸式在線測量，對數(shù)據(jù)進行高速采集和處理后，存儲數(shù)據(jù)并通過屏幕圖像顯示管材8個(或更多)方向的壁厚值，以及外徑、偏心度、不圓度等數(shù)值，提供給操作者，以便對壁厚及偏心作實時的調(diào)整控制。通過在線超聲波測厚系統(tǒng)，進行不間斷測量與監(jiān)控管材生產(chǎn)全過程壁厚、外徑、偏心度和不圓度等尺寸，降低或避免管材生產(chǎn)質(zhì)量風險，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

國外相關設備廠家已研發(fā)出可實現(xiàn)100％壁厚測量的超聲波系統(tǒng)：采用更多的超聲波探頭，以6000次／min的電子旋轉方式測量，可適應100m／min的生產(chǎn)速度，實現(xiàn)l00％管材壁厚測量和瑕疵檢測。

G5+PE002.1—2008要求燃氣用聚乙烯管材供應商對生產(chǎn)過程中的壁厚修正方式有效合理，應配備在線超聲波測厚儀。

③其他先進生產(chǎn)技術

生產(chǎn)過程靈活調(diào)整管材規(guī)格(外徑和壁厚尺寸)：有國外設備廠家研發(fā)出可實現(xiàn)在生產(chǎn)過程中靈活調(diào)整管材規(guī)格的裝置。該裝置由4部分組成：成型腔、可調(diào)定徑套、管支撐和密封。成型腔安裝在擠出模具和定徑套之間，通過液壓裝置進行調(diào)整。在幾秒內(nèi)熔體從基本的模具流動到成型腔，隨著成型腔的尺寸改變來改變?nèi)垠w流動方向?？烧{(diào)定徑套包含兩大部件：帶圓周對角校準矩陣的校準籠和內(nèi)籠，這兩個部件都可以由同步電機調(diào)整?？烧{(diào)管支撐和密封的構造特別且可適應性高。管材外徑小于等于250mm時，使用籠式管支撐和雙層密封；大于250mm時，使用管輪式和新式組合密封。通過擠出量、牽引速度、成型腔、可調(diào)定徑套、管支撐和密封的共同作用，可在線一鍵式靈活調(diào)整管材的外徑以及壁厚尺寸，以實現(xiàn)生產(chǎn)過程無中斷更改管材規(guī)格。

智能冷卻系統(tǒng)：由3套智能冷卻工序組合提供優(yōu)異的冷卻效能，可實現(xiàn)冷卻效率提高45％，或大大縮短冷卻水箱的延展長度。芯模內(nèi)部冷卻單元通過導入冷氣流進行冷卻。對于擠出機，-5℃冷氣流由擠出機模頭吹向管材內(nèi)部用以降溫。在擠出方向的反方向，熱氣流被吸出，對原料進行預熱或預干燥。通過該智能冷卻系統(tǒng)可提高管材生產(chǎn)效率，減少管材內(nèi)壁下垂，并且利用余溫加熱和內(nèi)部冷卻減少能耗。

無牽引管智能啟動技術：是一種啟動后自動進行且不需要耗時將牽引管穿過下游設備的技術。所有的工藝過程通過管材導引、自動校準定徑套、分段真空技術、自動密封以及活動元件來實現(xiàn)。在此工藝技術中，擠出機模頭用來引導流體物料進入自動校準定徑套。分段真空箱以一種特殊方式組合內(nèi)部的密封及導向元件并激活真空和支撐元件，很短時間后就可得到穩(wěn)定的管材。

便攜式擠出工廠(可移動管材擠出機^[1]52)：在大規(guī)模項目中，如海底工程管線等，聚乙烯管材可采用便攜式擠出工廠在現(xiàn)場進行生產(chǎn)。這樣可以生產(chǎn)長管材，大大降低運輸和焊接成本。所有的部件，包括電氣開關和控制柜裝在兩個長度為l2m的標準集裝箱內(nèi)。還包括一個車間用集裝箱，用來運輸附件和配件。這3個集裝箱可以通過火車、公路和水運等方式方便地運輸?shù)饺魏蔚胤健?span lang="EN-US">

2.2　管件生產(chǎn)

①自動識別電熔管件

在電熔管件的接線端嵌入一個識別電阻，當帶識別功能的電熔焊機連接到該管件時，焊機能自動確定所需的焊接電壓與加熱時間，焊工無需輸入焊接參數(shù)，避免了人工輸入錯誤。

②二次成型技術

使用厚壁管材或中空棒材作為生產(chǎn)大口徑端帽、套筒或變徑管件的半成品，之后半成品被機加工或二次注塑成所需的形狀和尺寸。

③用PEl00管材加工彎頭

管道工程需要ll°～90°的彎頭，采用注塑成型方法生產(chǎn)多種角度和口徑的彎頭，需要投入十分昂貴的系統(tǒng)，而用PEl00管材生產(chǎn)彎頭是一種較為經(jīng)濟的方式。生產(chǎn)工藝為^[1]56-57：特定長度的管材被加熱到允許其變形的溫度后，在一個外部模板上進行彎曲。管材內(nèi)部放有柔性的內(nèi)襯芯以防止管材被壓扁。為保證平直焊接端的尺寸精度，加熱只在需要彎曲變形的管段部分進行。依尺寸和材料特征不同，管材被彎曲到比所需要角度更大一些的角度，以補償管件彎曲后的回復。

2.3　配套產(chǎn)品生產(chǎn)

鋼塑轉換管件環(huán)氧樹脂涂層：由于環(huán)氧樹脂涂層具有防腐性能優(yōu)異、附著力強、加工工藝簡易環(huán)保、外觀鮮艷光亮和飽滿等特性，在燃氣用聚乙烯鋼塑轉換管件上的使用受到青睞。

全通徑聚乙烯球閥制造技術：采用多種工藝改進，進行結構設計和優(yōu)化裝配工藝，注塑毛坯，二次加工焊接，各項工藝精密操作，全通徑聚乙烯球閥口徑可達355mm^[2]。

3　燃氣用聚乙烯管道接頭無損檢測技術

管道接頭是聚乙烯管道系統(tǒng)中最薄弱的環(huán)節(jié)，因為在接頭焊接過程中，常因操作不當或操作環(huán)境惡劣產(chǎn)生各種缺陷，影響管道的安全使用。為了在不破壞接頭的情況下檢測接頭的缺陷情況，產(chǎn)品制造公司和燃氣運營公司對無損檢測技術提出了迫切要求。在對聚乙烯管道接頭的無損檢測方面，超聲波和X射線檢測技術發(fā)展較快且趨向于規(guī)范化。

3.1　超聲波無損檢測技術

針對特定焊接接頭的無損檢測，超聲波檢測技術被認為是目前最有效的檢測方法^[3]。近幾年，國內(nèi)一些學者在傳統(tǒng)超聲波檢測的基礎上進行了大量研究，取得了新的進展。浙江大學鄭偉燦、鄭津洋等在電熔焊接接頭超聲波檢測中首次發(fā)現(xiàn)接頭內(nèi)部存在一條由微小氣泡造成的特征線^[4]，此特征線與電阻絲之間的距離與接頭的焊接程度有明確的對應關系。在此基礎上，提出一種全新的焊接超聲檢測表征方法。試驗表明，該方法可以有效應用于聚乙烯管道焊接工藝研究、接頭冷焊和過焊的質(zhì)量檢測。浙江大學王非^[5]采用VB和SQL Server開發(fā)了聚乙烯管道接頭失效基礎數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，實現(xiàn)對含缺陷聚乙烯電熔與熱熔接頭的缺陷類型、外觀特征及其對應的超聲圖譜的組織管理、查詢及瀏覽等功能。該數(shù)據(jù)庫可以為聚乙烯管道接頭無損檢測人員快速準確地檢測、識別電熔及熱熔接頭中的缺陷特征、判斷缺陷類型及其危害性提供幫助。

關于聚乙烯管道電熔接頭超聲檢測，已發(fā)布并實施國家標準GB／T 29461—2012《聚乙烯管道電熔接頭超聲檢測》，規(guī)定了聚乙烯管道電熔接頭超聲檢驗的術語和定義、一般要求、檢測程序、驗收標準及檢測報告。

3.2　X射線檢測管件缺陷

采用X射線檢測是檢查模塑產(chǎn)品的理想手段，特別是針對具有厚壁和帶金屬插件(如活套法蘭或螺旋加熱元件)的產(chǎn)品。這種檢測方法不僅能夠檢測裂紋和孔洞，還可以檢測金屬插件的位置^[1]65-66。

4　舊管道更新與修復新技術^[6]

英國逾10年前研究出使用聚乙烯波紋管以插管方式來修復更換庭院的小口徑鍍鋅鋼管引入管及室內(nèi)管，即聚乙烯波紋管內(nèi)襯法。

波紋管管材為中密度聚乙烯(MDPE)材料，一般適宜應用在低壓管道。有別于普通聚乙烯管，聚乙烯雙壁波紋管見圖1。波紋管采用較薄的雙壁設計，外壁呈波浪狀，能維持管道形狀，防止穿越彎頭時管道折疊；內(nèi)壁較平滑，使燃氣流動時摩擦造成的壓力損失降至最低。波紋管有相當高的柔韌性，大大加強插管時穿過彎頭的能力，最多可穿過2～3個90°彎頭，每次插管操作可更換10～15m長的鍍鋅鋼管。使用波紋管修復取代傳統(tǒng)開挖修復，能減少地面開挖及對庭院環(huán)境的破壞，還可降低修復成本，加快修復進度。

波紋管安裝方法簡單(見圖2)，先在庭院靠近樓房的位置開挖一小坑，外露埋地的引入鍍鋅鋼管，將鍍鋅鋼管隔離。然后在地上引入管距地面約lm處拆開接口或引入管閥門，利用專用工具設備及按照廠家提供的操作指引，將波紋管從地上引入管開口一端推進鍍鋅鋼管內(nèi)，直至波紋管從鍍鋅鋼管另一端埋地開口導出。再利用特制的轉換接頭把兩端凸出的波紋管分別連接至地上金屬管和埋地聚乙烯管道，隨即進行壓力試驗。最后，向轉換接頭上附設的灌漿孔中注入水泥漿，填充波紋管與鍍鋅鋼管內(nèi)壁之間的空隙，至此修復工作完成。內(nèi)襯的波紋管受原來的鍍鋅鋼管保護，在一定程度上可降低外力影響。室內(nèi)安裝方法與此類似。

波紋管設計壽命一般可達50年。香港中華煤氣公司很早就已經(jīng)在庭院小區(qū)，用波紋管以插管方式更換低壓引入鍍鋅鋼管，每處平均更換長度約10m。使用波紋管前，需要考慮管道通徑及運行壓力能否滿足用氣量要求，尤其是小區(qū)內(nèi)可能有用氣量較大的商業(yè)用戶，制定施工方案前應特別注意先評估客戶的用氣量。由于波紋管管徑較小，用氣量大時可能出現(xiàn)壓力不足的現(xiàn)象，因此相關廠家正在研發(fā)大口徑的波紋管，用于較大管徑的引入管修復及改造，以滿足客戶用氣要求。

5　結語

燃氣用聚乙烯產(chǎn)品生產(chǎn)新技術的發(fā)展，可以為燃氣輸配系統(tǒng)提供優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品、便捷的施工、安全的運行和可靠的維護與修復。對于一些經(jīng)大量實驗或試用證實可靠的新技術，需要加快其規(guī)范化和標準化，以期被廣大燃氣行業(yè)中下游企業(yè)接納采用，促進燃氣輸配系統(tǒng)更安全、更快速、更健康地發(fā)展。

參考文獻：

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本文作者：葉俊文  溫永升  劉凱維

作者單位：卓通管道系統(tǒng)(中山)有限公司