市政供水管网系统中聚乙烯管道质量控制分析研究

毛福望，郑建旭，陈浩，徐万秀

（1.河南聚塑管道科技股份有限公司，河南　漯河　462000；

2.甘肃省嘉峪关市产品质量计量和特种设备检验检测中心，甘肃　嘉峪关　735100）

市政供水管网系统中聚乙烯管道质量控制分析研究

Study on quality control of polyethylene pipe in municipal water supply pipe network system

毛福望1，郑建旭1，陈浩1，徐万秀2

（1.河南聚塑管道科技股份有限公司，河南漯河462000；

2.甘肃省嘉峪关市产品质量计量和特种设备检验检测中心，甘肃嘉峪关735100）

通过对市政供水管网系统中聚乙烯管道生产和供水管网系统的设计、施工及管理等方面的分析研究，针对管网运行中出现的漏水和爆管等质量问题，从聚乙烯管材生产和管网系统的设计、施工及运行管理等方面分析了质量控制的重要性，阐述了每个环节的质量控制节点，希望在聚乙烯管道生产和使用时得到重视。

市政供水；聚乙烯管道；质量控制

国家城市管网的建设是城市化建设的重要组成部分，供水管网可以说就是城市的动脉血管，为居民日常生产生活提供充足的水资源。城市供水管道长度逐年增加，城市供水系统也随之逐步壮大，城市管网的分布日趋复杂。管网的安全性日益得到供水企业的重视，供水管网的生产、设计、施工、管理等方面的质量控制的要求越来越高。管网爆管的频发不仅因为一次性漏失量巨大，更重要的是会对群众的生产生活造成影响，社会舆论压力很大。可见，如何解决城市供水管网爆管问题和降低因爆管而造成的供水企业人力、物力、财力等成本的损失是管网工程项目涉及各方必须考虑的问题。供水管网系统需要一个安全、稳定的运行环境，爆管事故的发生不仅面临水资源的浪费，同时引起的次生灾害也不容小觑。根据多年管道生产及施工经验，结合实际情况，对管网系统的安全运行做了以下分析和研究。

1　生产过程质量控制

1.1原料性能

聚乙烯树脂是由单体乙烯聚合而成，从分子式及分子的结构可以看出，聚乙烯是饱和碳链聚合物。高密度聚乙烯是在有机络合物催化作用下通过常压或低压在100℃左右的低温聚合而成，市政供水管网系统中使用的聚乙烯管道基本上是高密度聚乙烯。熔体指数（Melting Index）是表示聚乙烯树脂流动特性的一种重要指标，它是在一定温度和负载下，树脂熔体通过标准毛细管10 min的质量，单位g/10 min。熔体指数低，树脂平均分子量大，流动性差，成型加工难度大，但机械力学性能优良，挤出生产聚乙烯管材的树脂的熔体指数不宜超过0.5 g/10 min。管道卫生性能必须达到GB/T17219—1998标准要求，禁止使用不合格原料生产给水管道。

1.2试验检测设备

1.2.1原材料性能检验设备

DSH水分快速测定仪 型号：DSH-50-1 分度值：1 mg 上海越平科学仪器有限公司；

熔体流动速率测定仪 型号：XNR-400 承德市开发区德盛检测设备有限公司；

差示扫描量热仪型号：DSC-500A 承德市开发区德盛检测设备有限公司；

台式干燥箱 型号：202-0 温度范围：+10～250℃北京市永光明医学仪器有限公司；

箱式电阻炉 温度：1 200℃ 上海东星检测试验设备有限公司；

1.2.2管道性能检测设备

游标卡尺 型号：0-150 0-500分度值：0.02 mm哈尔滨量具刃具有限公司

π尺 型号：0-80 100-225 200-350 300-525 分度值：0.02 mm沈阳市捷佳派尺有限公司；

电子拉力试验机 XLD-20 承德市世鹏检测设备有限公司；

管材液压试验机 XGY-16 承德市世鹏检测设备有限公司；

差示扫描量热仪 型号：DSC-500A 承德市开发区德盛检测设备有限公司

1.3设备配置

管材挤出生产与原料的选择及产品的设计同样重要，如果挤出过程控制合理，管材的性能就会优化，如果工艺温度和剪切速率不合理，即使原料质量再好，生产出来的管材性能也会降低。硬件配置和生产工艺的稳定性是高品质管材生产的重要因素，压力管道的生产具有极强的设备依赖性［1］。

聚乙烯管材挤出设备主要包括挤出主机、模具、定径冷却装置、牵引切割辅机及其他配套系统组成，管材的生产是一个连续过程，优质的设备必须综合平衡各部分的设计，满足生产优质产品的要求。

1.3.1管材挤出主机

管材挤出主机采用高速高效挤出螺杆，使用屏蔽式单螺杆挤出效果较好，由于屏障式螺杆特有的双螺旋线结构，可以确保物料均匀塑化，发挥了挤出机的高效低能耗。具有纵向沟槽的强制性进料段的料筒可以满足挤出量的稳定性。

1.3.2米重控制仪和在线测厚仪

米重控制系统通过电子秤控制落料量来控制管材米重，螺杆转速和牵引速度的配合可以实现产品壁厚的自动控制。通过超声波测厚仪对聚乙烯管材进行在线测量，根据测量结果和标准要求比较后对模具进行调整，实现了不停机或者不在管材上打孔就可以对管材的壁厚偏差进行监管。

1.3.3熔体过滤装置

国家标准［2］规定按照本标准生产管材时产生的洁净回用料，可掺入新料中回用。但是回收料中的杂质也会对管材的质量造成一定的影响，会在15～20年后导致管道爆裂或破裂［3］，聚乙烯管材挤出时必须安装熔体过滤装置，及时过滤熔体中的杂质，保证产品质量。

1.3.4模具

改变传统的支架式模具结构，郑建旭［4］等研究发现dn160以下规格可以采用螺旋流道式结构模具，可以很好解决分流式模具支架在聚乙烯管材高速挤出时产生的分流线，而且物料塑化良好。而dn160 mm以上规格的模具普遍选用篮式结构模具，篮式模具的模头压力明显低于其它结构模具，筛篮就像是一个静态混合器，实现很好的混溶，即使在高挤出量时，物料也可以实现良好的均化，在各种不同物料黏度、挤出量和反压下，也能获得令人满意的高质量管材。合理的模具结构可以保证挤出管材的力学性能。

郑建旭［5］等在研究处理聚乙烯管材挤出过程中出现的问题时，对原来模具进行聚四氟乙烯喷涂处理后，实现了聚乙烯管材的高速高效挤出，提高了管材外观质量，消除了口模积料。

1.3.5冷却定径装置

毛福望［6~7］等研究发现改变定径套的材质和优化进口冷却结构可以提高定径套使用寿命和冷却效果，不锈钢材质的耐磨性远优于铜材质，冷却水路优化可以有效地提高管材冷却效果和管材生产速度。

1.3.6牵引切割辅机

聚乙烯管材生产线采用多履带式牵引机，多履带牵引机稳定性高，不会出现将薄壁管压扁或打滑现象，可以保证聚乙烯管材挤出的可靠性。聚乙烯管材生产线基本配置无屑切割机，无屑切割机具有高效、无尘、安全、耐用和无噪音的特性，能够满足聚乙烯管材生产线节能、高效、环保等要求。

1.3.7其他配套辅机

干燥混料机可以有效地去除原料中的水分和部分灰分，可以保证物料混配均匀，管材性能稳定。自动输配物料系统可以减少原料二次污染，杜绝物料损耗。管材在线缺陷检测系统可以对管材进行全部检测，避免错检和漏检。

管件的质量要求严格按照国家标准执行。

1.4生产工艺

聚乙烯管材生产工艺温度包括主机温度和模具温度，另外干燥混料温度、冷却定径水温、管材下线温度等工艺温度也是不容忽视的控制点。工艺参数的确定是一个比较复杂的过程，每个规格的原料或者不同性能的生产设备都存在差异，精准控制工艺参数是管材生产过程中必须做到的。生产企业根据实际生产情况制定工艺规程，对每个工艺控制点进行规范化管理，逐步实现聚乙烯管材生产线的现场管理和远程智能控制的有机结合，让工艺控制变得轻松、及时、远程和全面。

1.5检验监督

在线检验是企业对产品的检验和监督，对产品质量的掌控；出厂检验是管材出厂前的抽样检测，是对库存产品性能的检验，可以有效地完善产品质量的监督，避免不合格产品流通到工地对管网工程造成经济损失或形成质量隐患；对批量生产的聚乙烯管材，为确保检验产品的质量稳定性，质量技术监督部门或者检验部门进行定期抽样检验或按照标准［8］规定进行其它必要的型式检验。

2　管网设计质量控制

市政供水管网是城市居民生产生活的基础，是城市的基础设施。科学合理的供水管网能够保证城市居民充足的水压和用水量，也可以提高管网的使用寿命和减少管网漏失率，从而降低了供水成本。良好的供水管网规划设计是供水管网安全运行的基础。

2.1管径的设计

聚乙烯管径的确认应根据供水管网整体规划或专项规划图确定，并适当考虑目前用水情况和今后的发展趋势，要考虑多方面的实际情况，例如新旧城区的区别，居民区与工业区的差异，管网铺设距离的长短等。

2.2接头的设计

聚乙烯管材在管网使用中，相同材质聚乙烯管材之间的热熔连接可以保证管材间或者管材与管件间的安全性。聚乙烯管材与其他材质的管材之间的连接应充分考虑各自的优缺点，刚柔结合，扬长避短，实现管网的无缝连接。

2.3防护设计

市政管网分布在城市的每个角落，任何一个漏点都是一个水灾隐患，小区域的地基下陷或者大面积的地震都可能导致供水管网的破坏，更严重的情况可能会导致建筑设施损坏和人员伤亡事故的发生。必须根据现场的地基和地质勘察情况结合聚乙烯管材性能，对管材、接口、阀门、井和管网安全装置进行安全性防护，确保防护的安全、稳定和持久性。

2.4优化设计

市政供水管网优化设计必须立足实际，充分了解城市未来规划，根据城市发展进度合理设计城市供水管网并合理确定近远期的供水范围、城市用水量、供水水源及规格，在布局供水管网时要考虑城市的地理环境，选择优秀的布局方案。

在现实的优化设计中，要多采用包含管网、泵站投资建设和运行维修等费用的非线性规划模型，通过数学方法进行管网优化计算，从而使得整个管网系统投资及相应的运行维修费用最低。动态优化方法是目前市政管网设计上比较常用的优化方法，它主要将市政管网管道设计分阶段，然后再对每一个阶段的管道进行设计，主要有两个方向：一是节点埋深间隔要小，增加存储量和时间间隔。二是以管径为状态变量，通过流速和充满度决策。

3　管网施工质量控制

3.1施工前准备工作

根据技术交底进行测量放样，作出施工具体安排，供水工程需要的聚乙烯管道应符合设计图要求。复测合格后经工程有关各方签字后方可进场；施工人员应满足聚乙烯管道热熔焊接技能要求；对施工人员进行安全质量技术培训；对现场施工和检测机具进行操作性能的确认。

3.2施工方案及技术措施3.2.1供水管道施工准备

供水管道施工前应认真做好各项准备工作和管线测量放样，调查各项施工条件，以保证施工合同的顺利进行。

3.2.2沟槽开挖和管道铺设

沟槽开挖采用放坡槽开挖，采用机械方法辅以人工方法修整槽底。按照《给水排水管道工程施工及验收规范》（GB50268—2008）规定及要求，沟槽开挖完成后，根据实际情况及时做好土方堆放、沟槽支持及沟槽排水处理等方面工作。

槽底检验合格后，聚乙烯管材运至现场，严格按照产品标准进行检验，不符合标准的不得使用。装卸及铺设管材时禁止抛管，管道底部应和地基全部接触。聚乙烯管道焊接工艺要求应严格按照相关技术标准及规定执行，参考管道企业、焊机厂家及有关施工规范的技术资料做好焊接前的准备工作。

目前检验聚乙烯管道焊接质量只有压力检测法，即对焊好的聚乙烯管道系统施加一定的水压并保压一段时间，观察有无泄漏和压降来评定聚乙烯管道焊接质量，这种检测方法有不足之处，期待新型的检测技术运用到聚乙烯管道焊接质量检测方面，比如超声波技术［9］。

3.2.3阀门井的砌筑施工

阀门井的砌筑施工必须保证灰浆饱满，灰缝平直，不得有通缝，壁面处理前必须清除污物、浮灰等。井内壁采用20 mm厚1∶2.5水泥砂浆抹面。遇地下水时，井外壁用20 mm厚1∶2水泥砂浆座浆，井盖顶面与地面平。铸铁井盖及座圈必须安装平稳，位置正确。砂浆机械拌合，随拌随用。阀门井的施工严格按照设计图纸施工，杜绝人为因素影响。

3.2.4管道试压

聚乙烯管道试压采用水压试验，试压过程及标准严格按照《埋地聚乙烯给水管道工程技术规程》相关条款执行。

3.2.5沟槽回填

供水管网工程水压实验结果合格，经隐蔽工程验收合格，应及时回填，以免凉槽过久造成塌方挤坏管材。雨季施工易产生泡槽、漂管或造成回填作业困难。管线验收合格后方可进行回填施工，且回填尽可能与沟槽开挖施工形成流水作业。沟槽管道基底回填严格按照《埋地聚乙烯给水管道工程技术规程》相关条款执行。

3.3雨季施工

雨季从事供水聚乙烯管道施工时，应特别注意防止管道漂浮形成的破坏。严禁在降雨时进行聚乙烯管道热熔焊接施工；管网施工预留口的封堵也是应该注意的。

4　管网运行管理控制

4.1科技创新

供水管网管理单位采用先进的科技手段，包括现场数据采集、分析、计算及储存的配置、网络通讯等内容；网管挤出技术资料应包括档案、台帐、现状资料；管网运行状况包括管网GIS系统、GRS系统、SCADA系统、管网数学模型；管网维护的动态管理包括管道与设备的维护、检修等环节的动态资料。

4.2制度完善

供水企业应该完善以下管网管理制度：管道、阀门及仪表的巡视、清洗、检漏、维修、爆管抢修的日常维护制度；管道、阀门、阀井等设备与设施的资产管理、维护检修、更新改造制度；管网GIS系统、GRS系统、SCADA系统、管网数学模型维护管理制度；管道并网运行管理制度；管网水质管理制度；管网运行的调度管理相关制度。

4.3技能培训

管网管理人员应在上岗之前接收职业道德和业务技能培训，并经考核合格方可上岗，逐步培养管理人员的管网安全运行质量意识。

5　结论

市政供水管网是城市居民生产生活的根本，是城市的基础设施。管网工程的每一个环节都是管网系统质量控制的关键部位，通过对市政供水管网系统中聚乙烯管道生产和供水管网系统的设计、施工及管理等方面的分析研究，针对管网运行中出现的漏水和爆管等质量问题，从聚乙烯管材生产和管网系统的设计、施工及运行管理等方面分析了质量控制的重要性，阐述了每个环节的质量控制节点，希望在聚乙烯管道生产和应用时得到重视。

［1］ 沈华，刘金义，孙剑波.聚乙烯压力管材的生产过程控制［J］.塑料工业， 2003，（2）:31.

［2］ GB/T13663—2000给水用聚乙烯（PE）管材，2001-05-01:3.

［3］ 沈华，刘金义，孙剑波.聚乙烯压力管材的生产过程控制［J］.塑料工业， 2003，（2）:32.

［4］ 郑建旭，徐万秀.聚乙烯管材的高速挤出技术［J］.橡塑技术与装备， 2015，（20）:100～101.

［5］ 郑建旭，徐万秀.聚乙烯管材的高速挤出技术［J］.橡塑技术与装备， 2015，（20）:100～101.

［6］ 毛福望，郑建旭，李世杰，等.聚烯烃管道成型定径套，中国，ZL201520589699.X. 2016-03-16.

［7］ 毛福望，李世杰，郑建旭，等.一种优化冷却水路的聚烯烃管道成型定径套，中国， ZL201520589564.3.2015-12-16.

［8］ GB/T13663—2000给水用聚乙烯（PE）管材，2001-05-01:11.

［9］ 徐家怡，王丽.聚乙烯管道焊接接头的超声波检测［J］.煤气与热力， 2012，（12）:29～31.（R-03）

TQ325.12

1009-797X（2016）18-0061-04

BDOI:10.13520/j.cnki.rpte.2016.18.016

毛福望（1973-），男，助理工程师，主要从事高分子材料加工技术的研究及相关管理工作。

2016-07-11