PE燃氣管道連接方式探討

摘 要

摘要：對比分析了PE燃氣管道熱熔連接和電熔連接的操作要求、質(zhì)量控制與檢驗，探討了在實際施工中連接方式的選擇。關(guān)鍵詞：聚乙烯燃氣管道；熱熔連接；電熔連接；質(zhì)量控制Discussion on
摘要：對比分析了PE燃氣管道熱熔連接和電熔連接的操作要求、質(zhì)量控制與檢驗，探討了在實際施工中連接方式的選擇。
關(guān)鍵詞：聚乙烯燃氣管道；熱熔連接；電熔連接；質(zhì)量控制
Discussion on Connection Mode of PE Gas Pipeline
XU Song-qiang
Abstract：The operation requirement， quality control and inspection of heat fusion welding and electrofusion welding of PE gas pipes are compared and analyzed. The selection of connection mode in practical construction is discussed.
Key words：PE gas pipe；heat fusion connection；electrofusion welding；quality control
    聚乙烯(PE)燃氣管道的連接有熱熔連接、電熔連接、法蘭連接、鋼塑轉(zhuǎn)換接頭連接4種連接方式，為保證燃氣管道的連接質(zhì)量，《聚乙烯燃氣管道工程技術(shù)規(guī)程》(CJJ 63—2008)對PE燃氣管道系統(tǒng)的連接明確規(guī)定：聚乙烯管材、管件的連接應(yīng)采用熱熔對接或電熔連接(電熔承插連接、電熔鞍形連接)；聚乙烯管道與金屬管道或金屬附件連接，應(yīng)采用法蘭連接或鋼塑轉(zhuǎn)換接頭連接[1]?？梢姡ㄌm連接或鋼塑轉(zhuǎn)換接頭連接是PE燃氣管道連接的特殊情況，本文僅對熱熔連接和電熔連接方式進行分析。
1 兩種連接方式的比較
    無論是熱熔連接還是電熔連接，其原理都是用加熱的方法將連接部分的PE材料熔化并相互融合到一起。為了達到PE管道系統(tǒng)的有效連接，不同的連接方式都有具體的施工要求和相應(yīng)的特點。
1.1 質(zhì)量控制的基本要求
    為保證連接質(zhì)量，無論是熱熔連接還是電熔連接都有一些共同的要求，具體如下：PE管道連接宜在環(huán)境溫度為-5～45℃且風(fēng)力不大于5級的干燥環(huán)境下進行，并避免陽光的強烈直射，低溫或大風(fēng)時要采取保溫和防風(fēng)措施，不能采取人為快速冷卻措施；準確輸入焊接參數(shù)，當焊機沒有溫度自動補償時要合理調(diào)整加熱時間；焊接設(shè)備要經(jīng)常檢查維護，保證正常的工作狀態(tài)；用于連接的管材、管件的溫度應(yīng)接近；管道的切割應(yīng)采用專用割刀或切管工具，切割端面應(yīng)平整、光滑、無毛刺，端面應(yīng)垂直于管道軸線；管材、管件的位置要固定，焊接過程中不能出現(xiàn)位移，冷卻過程不得移動連接件或在連接件上施加任何外力；焊接時要保持電壓穩(wěn)定，電源與焊機的距離不能太遠，電纜線不能太細。
    對熱熔連接的質(zhì)量控制，還要注意以下方面：加強對管材、管件原材料的檢查，確保相互連接材料的熔體質(zhì)量流動速率匹配；確保銑削后管材、管件的端面潔凈、不受污染；嚴格控制切換、調(diào)壓時間，在規(guī)定的時間內(nèi)完成切換、調(diào)壓工作；冷卻過程中嚴格保持冷卻壓力不變。
    對于電熔連接來說，質(zhì)量控制的主要措施還有：加強對管材、管件原材料的檢查，確保兩者的熔體質(zhì)量流動速率不能相差太大，以免出現(xiàn)一種材料過熱成流淌狀態(tài)而另一種材料尚未完全熔化；檢查管材、管件接合面的圓整度，確保配合均勻，避免局部過熱或局部加熱不夠；檢查確保電熔管件的電熱絲沒有短路；電熔管件焊接前不得拆封；焊接前均勻適量刮除焊接部位管材表面的氧化皮，擦除表面臟物，使焊接部位保持干燥、潔凈；焊接時合理固定管材和管件，使兩側(cè)管材和管件保持軸線一致，配合間隙合適，不能太緊，也不能太松，嚴禁強力組裝。對電熔鞍形連接，采用機械裝置固定鞍形管件時，一定要留出一定的間隙，避免熔融料從四周擠出。
1.2 質(zhì)量控制的難點與對策
    從兩種連接方式質(zhì)量控制的要點可以看出，要想得到一個合格的連接接頭，除了材料匹配、設(shè)備工作正常、環(huán)境合適等條件外，人的操作最關(guān)鍵，而人的操作又受施工場地環(huán)境的影響，使焊接質(zhì)量的控制變得相當困難。
    對于熱熔連接，最容易出現(xiàn)焊接質(zhì)量的問題是：①材料不匹配。材料的熔體質(zhì)量流動速率相差較大，導(dǎo)致材料不能完全融合或產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力。②操作人員操作不熟練，連接端面不平整或有臟物，加熱后停頓時間過長，冷卻過程拆卸夾具，用水冷卻等導(dǎo)致連接失?。欢B接件之間存在一定的連接角度或少量的錯邊(不超過壁厚的10%)對連接質(zhì)量不會有大的影響。因此，要控制熱熔連接的質(zhì)量，應(yīng)做到：①加強材料檢查，確保匹配。②采用自動焊機，消除人為因素的影響。
    對于電熔連接，最容易出現(xiàn)焊接質(zhì)量的問題是：①連接管材、管件的軸線不一致。②焊接面間的間隙不均勻或沒有間隙，這種情況在電熔鞍形連接時特別容易出現(xiàn)。針對這些情況，主要的應(yīng)對措施是氧化皮刮除要均勻且保證管材或管件與套筒之間的間隙，對電熔鞍形連接采用夾具固定時不能夾得太緊，要留出一定的間隙；嚴禁在有應(yīng)力的狀態(tài)下焊接。
1.3 連接質(zhì)量檢驗
    PE管道連接后要對接頭進行質(zhì)量檢驗，這種檢驗?zāi)壳爸荒苡萌庋塾^察的方法進行外觀檢查。對于熱熔連接接頭，主要檢查接頭翻邊的對稱性、接頭對正性，并進行翻邊切除檢驗。一般對于材料問題如熔體質(zhì)量流動速率不匹配、受潮，操作問題如壓力、溫度、時間參數(shù)設(shè)置不當?shù)然灸軌虬l(fā)現(xiàn)。而對于電熔連接接頭，接頭的融合情況都包覆在電熔管件內(nèi)，在熔融料沒有大量溢出的情況下，質(zhì)量檢驗只能從電熔管件上的觀察孔來判斷，對于材料本身及軸線不一致引起的質(zhì)量問題往往無法發(fā)現(xiàn)。對于電熔鞍形連接的質(zhì)量判斷就更加困難了。
1.4 連接方式對管道流通能力的影響
    熱熔連接由于有翻邊，對管道的流通能力有一定的影響。如果以接頭翻邊造成的流通口徑縮小后的實際流通截面積與全通徑流通截面積之比(以下簡稱流通比率)來計算熱熔連接對管道流通能力的影響，則幾種常用規(guī)格PE管熱熔連接的流通比率見表1。
表1 幾種常用規(guī)格PE管熱熔連接的流通比率
公稱外徑/mm
63
90
110
160
63
90
110
160
管材系列
SDR11
SDR17.6
管材壁厚/mm
5.8
8.2
10.0
14.6
3.6
5.2
6.3
9.1
翻邊凸起高度/mm
1.0
1.5
1.5
2.0
0.5
1.0
1.0
1.5
流通比率/%
92.37
92.01
93.44
93.98
96.45
95.04
95.94
95.81
    由表1可知，對SDR17.6系列的材料，翻邊對流通能力的影響較小，而對SDR11系列的材料，管徑越小，翻邊對流通能力的影響越大。
    電熔連接對管道流通能力基本上沒有影響。
1.5 規(guī)范對連接方式選擇的規(guī)定
    針對熱熔連接和電熔連接的特點，《聚乙烯燃氣管道工程技術(shù)規(guī)程》(CJJ 63—2008)第5.1.3條規(guī)定：不同級別和熔體質(zhì)量流動速率差值(條件是190℃、5kg、每10min)不小于0.5g的聚乙烯原料制造的管材、管件和管道附屬設(shè)備，以及焊接端部標準尺寸比(SDR)不同的聚乙烯燃氣管道連接時，必須采用電熔連接。公稱外徑小于90mm的聚乙烯管道宜采用電熔連接[1]。
2 兩種連接方式在實際施工中的運用
    根據(jù)兩種連接方式的不同特點和質(zhì)量控制手段，在實際工程施工過程中，一般可以針對以下情況采用相應(yīng)的連接方式。
2.1 通常情況下的連接
    通常情況下，相同材質(zhì)、相同SDR的管材、管件連接，當公稱外徑小于90mm時，采用電熔連接；否則采用熱熔連接，兩段管道最后碰頭時采用電熔連接。
2.2 材質(zhì)相差較大的管材、管件的連接
    按規(guī)范規(guī)定，不同級別和熔體質(zhì)量流動速率相差較大的管材、管件的連接必須采用電熔連接。當熔體質(zhì)量流動速率相差極大時，即使采用電熔連接，也可能一種材料過熱成流淌狀態(tài)而另一種材料尚未完全熔化，導(dǎo)致焊接失敗。因此，對于這種情況應(yīng)進行必要的試驗，或采用法蘭連接。
2.3 SDR不同的管材、管件的連接
    按規(guī)范規(guī)定，SDR不同的管道必須采用電熔連接。在實際施工中，往往在定向穿越出土點、變徑、三通等位置會出現(xiàn)不同SDR的管道的連接。電熔連接對管道同軸度的要求特別高，而施工現(xiàn)場定向穿越出土點待連接管道同軸線的可能幾乎沒有，變徑、三通等位置也經(jīng)常會出現(xiàn)不同SDR的管道連接時不同軸的情況。此時為保證連接質(zhì)量，對于直管道連接的情況，可委托生產(chǎn)廠家加工一段短管，兩頭采用不同的SDR值；而對于變徑、三通等的連接，也可要求管件生產(chǎn)廠家生產(chǎn)接頭處SDR值不同的管件，以實現(xiàn)熱熔連接。
2.4 PE管道支管三通的施工
    當PE管道上的支管較多時，為了加快施工進度，有些施工單位會先施工連續(xù)的直管，最后在直管上焊接鞍形三通的方式做支管。鞍形三通電熔連接的質(zhì)量并不可靠，應(yīng)盡量避免。在這種情況下，必須在直管道施工過程中同步采用熱熔連接或電熔承插連接方式焊接三通。
3 結(jié)語
    由于不能像鋼管一樣對連接質(zhì)量進行無損檢測，PE燃氣管道的連接質(zhì)量更多取決于現(xiàn)場施工過程的質(zhì)量控制和連接工藝的選擇。在施工過程質(zhì)量控制方面，全自動焊機的使用減少了人為因素的影響，隨著現(xiàn)場管理的不斷規(guī)范，這方面的影響有望得到較好的控制?，F(xiàn)場施工過程中采用何種連接工藝，《聚乙烯燃氣管道工程技術(shù)規(guī)程》(CJJ 63—2008)只針對正常情況作了原則性的規(guī)定。為保證城市燃氣管道工程的施工質(zhì)量，應(yīng)在充分掌握PE管道連接的理論知識和技術(shù)要領(lǐng)的前提下，以規(guī)范為指導(dǎo)，靈活運用PE管道連接方式，確保PE管道的連接質(zhì)量。
參考文獻：
[1] CJJ 63—2008，聚乙烯燃氣管道工程技術(shù)規(guī)程[S].
 
(本文作者：徐松強 嘉興市燃氣有限公司 浙江嘉興 314033)