埋地聚乙烯管材使用寿命的影响因素和解决方法

鞠磊

摘要：本文总结了影响埋地聚乙烯管材使用寿命的几种原因，并阐述了现如今如何才能够提高聚乙烯管材埋地的使用寿命。

关键词：埋地、聚乙烯、使用寿命

Abstract：This article aims to analysis the reasons for the life which begin from put in using. And list some points which can extend the using lives of the HDPE pipes that buried under the ground.

Key words： Buried underground、 Polyethylene、Using lives

介绍：

HDPE的塑料埋地管材因为其使用寿命长，耐腐蚀以及连接方式易于操作，现在被广泛应用于燃气和饮用水的输送。因为是埋地管道，所以管材的使用寿命至关重要。现如今影响管材使用寿命的因素大致有如下几类：原材料性能和管材铺设时的焊接不规范

原材料性能：

HDPE管材的原材料对管材本身的质量影响很大，通常在PE100+协会里所列出的原材料的性能差异并不是很大，但是如果原材料在加工是混有回料，就会降低管材的使用寿命，当然，回料的品质与回料和混配料的混合比例，对寿命的影响也是很大，过早失效通常与降解反应引起的PE性能变化有关，这可能导致机械性能下降并导致快速失效。可导致PE管道快速降解。特别地，经历快速降解的化学部分例如过氧化物和氢过氧化物基团的存在会特别有害。在挤出过程中，可能会发生第一个热机械降解步骤，其降解程度取决于加工参数，因为回料本身会与空气中的氧气过多接触，这样在二次加工成型的过程当中，会形成二次氧化，并且未掺回料的混配料也会由于二次回料导致本身产品抗氧化性降低，会加速聚乙烯的老化，会在管材表面形成麻点或者细小裂纹，久而久之，加上管材内部压力的影响，管材会发生慢性开裂的情况。[1]

因此对于回料的使用，可以通过适量加一点抗氧化剂来减缓管材的老化，但抗氧剂的使用同时也会降低管材的物理机械性能，例如管材的断裂伸长率。最有效的方法就是，在高要求的施工条件下，尽量减少回料的使用，才能够有效的提高管材的寿命。

管材的热熔对接：

在HDPE管材热熔连接时，首先采用加热板对管材的端口进行加热融化成熔融状态，然后在通过相互挤压，在进行保压融合冷却固化后完成操作，操作比较简单，但是其中有很多细节可能被忽略，加热板的温度，加热时间和保压时间可以通过调节来控制，但是因为一般施工都在现场，因此客观环境对焊接的规范性提供了很大的挑战，若管材露天堆放很久，会导致水分进入管材端口上，焊接会出现气孔现象，如图1所示，这可以根据CJJ63的方法，剖开焊接口的卷边，观察内口是否有气孔。在加热板加热过程中，若加热板上有泥沙颗粒在焊接过程中，泥沙颗粒会进入管材的焊缝当中，形成气孔，管材的对熔焊接就会形成缺陷，并且因为大口径管材的热熔对接时全自动操作的设备未能够普及，在施工过程当中，若操作不当，会形成冷焊或者虚焊。可以通过管材的破坏性拉伸试验来检测焊缝是否完好，

但这种方法属于破坏试验，对施工检测不现实;还有一种方法，通过超声波进行无损探伤，如图3

通过超声波的探伤能够准确扫描出管材与管件的焊接存在的缺陷示意图，从而运用CAE软件ABAQUS来计算缺陷的大小，从而可以判定管材与管件的熔接性是否影响到埋地管材的使用寿命！

管材与管件的电熔连接

HDPE管材连接的方式是，管材削皮0.2mm左右，酒精擦拭完管件内壁，保证管件内壁没有泥沙颗粒和其他杂质，最后根据管件表面的焊接条码进行焊接，观察管件的观察孔是否冒出，是判断管件是否焊接好的标志之一，当然由于管材与管件之间的尺寸差异，会导致管材管件连接时的间隙会偏大，虽然焊接之后的观察孔也会冒出，但是这时候也有可能会形成虚焊。通常检验管材与管件焊接质量的方法是挤压与剥离，来判定焊接是否合格，当脆性剥离（如图6所示）百分比小于等于33%时，产品是判定为合格，这种判定方式广泛应用于实验室，对现场施工的检查现在还是通过气压检测，但这种方式对于电熔的很多焊接缺陷无法检测到，例如：50%的虚焊，还有焊接区域存在颗粒以及气孔等。

英国TWI[4]焊接评定协会现在是利用超声波的方法进行焊接探伤，这种方法利用超声波遇到不同的介质会产生回波，从而能够判定电阻丝所在的焊接区域，焊接是否完全，电阻丝是否存在并合，从而通过ABAQUS计算应力的大小，去判定区域是否会发生应力集中，导致在使用过程中发生裂纹，从而慢性开裂，影响寿命。这种方法能够在不破坏的情况下，检测每个焊接口的质量，保证焊接区域的质量达到相关使用标准。

总结：

埋地聚乙烯管材的使用寿命，不仅会影响到经济效益，还会影响到用户的使用安全。

原材料对于聚乙烯管材的使用，可以减少回用料的使用，从源头上增长HDPE埋地管材的使用寿命。

对于热熔焊接和电熔焊接的管材管件，一方面加强对施工人员的技能培训，可以逐步推行焊口的超聲波检测，采用抽检的方法，进行检测。

参考文献

1、T.J. Blomster， M. Stanimirov Continuously extruded long length polyethylene pipes for seawater intakes and marine outfalls Desalination 166 （2004） 2 75-286

2、CJJ63-2018 Technical standards for polyethylene gas pipeline engineering

3、Shuxin Han， Fuyong Xia， Haiyun Chen， The Ultrasonic detection for the buried gas Pipes Joint， China Special instrument Committee. 310003

4、Mike Troughton， Chris Brown， Joachim Hessel， Marco Poivano. Comparison of long-term and Short tests for electrofusion joints in PE pipes. Ref： coop-ct-2003-507376