在役城镇燃气聚乙烯管道的实验研究

唐国平，蒙仲英，李伟

（广东省特种设备检测研究院， 广东 广州 510000）

燃气聚乙烯（PE）管具有良好的耐腐蚀、挠韧性及焊接性等特性，因而在城镇燃气输送中被广泛应用[1,2]。随着PE管在城镇燃气领域的普及，其安全问题面临较大考验，尤其是随着城镇各类管线的增多，燃气用PE管所处环境日益恶劣，导致管材性能急剧恶化，在使用时间不断延长时，燃气聚乙烯管道的失效概率也会逐渐上升[3]。

因此，对在役城镇燃气PE管的管材性能进行检测显得尤为重要[4]。本文根据PE管的不同损失机理和失效模式，结合在役城镇燃气PE管道敷设环境，利用分街道分区段的模式对其实施割管实验，进而评估管材性能的优劣，以期掌握燃气管网的安全状况，并为在役城镇燃气聚乙烯管道的安全运行提供数据支撑。

1 实验内容

1.1 项目介绍

广东某城镇的埋地燃气PE管敷设于2008年，介质为液化天然气，运营压力均为0.2MPa，共计约20公里。经过前期资料审查可知，该单位在工程安装运营模式、管理水平均存在差异，且敷设时间均已超过10年，同时在早期的管道建设时，其安装质量存在一定问题。尤其是随着城市的扩张，管道敷设环境出现大幅度变动，同时大量的地下管线相互交织，埋地燃气PE管普遍存在埋深不足、街树占压及安全间距不足等问题。据此，根据PE管的不同损失机理和失效模式，在充分考虑管道所处环境复杂性的基础上，本文通过割管实验来评估在役城镇燃气PE管材质性能变化情况，以便掌握管道运行的安全状况。

1.2 实验方案

1.2.1 实验要求

按有关安全技术规范，诸如TSG D7004-2010[5]、广东省地方标准DB 447 2033-2017[6]的规定，PE管的开挖直接检查比例为0.3处/km。本实验方案根据上述燃气运营单位的实际情况，确定分街道分区段进行割管实验，实际的开挖点处为10处。

1.2.2 实验对象

本实验按照随机取样原则，以分街道分区段的方式共抽取10处开挖点进行割管取样。试样管的规格有DN63、DN90、DN110及DN160，其中标准尺寸比均为SDR11，型号为PE80与PE100。PE管试样详见图1。

图1 PE管试样

1.2.3 实验项目

结合现场割管实际工况和实验室设备的限制，确定所需进行的实验项目为：

表1 管材的力学性能

表2 管材的物理性能

表3 焊接接头的力学性能

2 实验结果

2.1 静液压强度

实验方法参照GB/T 6111-2003[7]。试样经过处理后置于恒温环境中，施加恒定静液压，直至达到规定试验时间，或者试样出现破坏。实验的结果如表4所示。

表4为本次割管试样的静耐压强度的结果，包含不同管径、不同管件部位及10处取样点，其结果均满足要求。

表4 静液压强度实验结果

2.2 断裂伸长率

实验方法参照标准GB/T 8804.3-2003[8]，实验结果如表5所示。

断裂伸长率的合格标准是≥350%，由表5可知，本次割管试样的实验结果均满足要求；不同试样、同一管材规格的实验结果基本吻合，同时试样的断裂伸长率均≥500%。

表5 断裂伸长率实验结果

2.3 热稳定性

实验方法参照GB 17391-1998[9]，割管试样的热稳定性实验结果详见表6。热稳定性合格的标准是≥20min，实验结果均合格。由表6可知，同一管径的不同取样点的热稳定性时间分布范围为52.50min-136.82min，均满足标准规定。

表6 热稳定性实验结果

DN110、PE80、SDR11众信花园79.79 DN90、PE80、SDR11华景园52.50 DN110、PE80、SDR11 煌宫假日酒店132.84 DN63、PE80、SDR11雅居乐86.03 DN110、PE100、SDR11顺子王锁业136.82 DN63、PE100、SDR11下街131.37

2.4 耐慢速裂纹增长

实验方法参照GB/T 18476-2001[10]，割管试样的耐慢速裂纹增长实验结果详见表7。该实验项目的合格标准为管件破坏时间≥165h，从表7可知，所有管件均满足要求。

表7 耐慢速裂纹增长实验结果

2.5 焊接接头拉伸实验

实验方法参照GB/T 19810-2005[11]，焊接接头拉伸实验结果详见表8。焊接接头拉伸实验合格的标准是焊接处韧性破坏，表8所选管件中有一组实验结果为不合格。

表8 焊接接头拉伸实验结果

2.6 新管材料性能实验

选取规格/型号为DN110、PE100、SDR11新管材进行性能实验，其结果如表9所示。

表9 新管材料性能实验结果

3 结论

利用割管实验对在役PE管进行了性能检测，可知：10处取样点母材静液压强度都满足标准要求；选取其中5处取样点进行拉伸实验，所有样品的断裂伸长率均超过500%，表明PE管可适用于十字路口等复杂载荷环境中；10处试样的热稳定性的时间范围处于52.50min-136.82min之间，由数据可知，PE管老化程度和敷设时间呈正相关；10处试样的耐慢速裂纹增长均满足标准规定；对6处热熔焊接接头进行拉伸实验，其中不合格试样为1处，可见在PE管道检测过程中须对热熔管件弯头处进行重点检查；对比新老管材性能可知，PE管性能整体稳定，其各项性能可满足城市燃气管网运行的要求。通过本次实验发现，MY-6管线的质量隐患较大，且存在焊缝质量不合格问题，建议提高抽查比例，必要时，建议报废处理。

本文的实验结果对城镇燃气聚乙烯管道设计、安装、运营及检验均有良好的借鉴意义。燃气运营单位在铺设新管时，应选用大直径、厚壁管，在承载力较大环境中应加套管；检验检测单位需增加对热熔管件弯头处的检测力度，积极查找焊缝处存在的隐患。

◆参考文献

[1] A.Frank a,G. Pinter h, RW Lang h. Prediction of the remaining lifetime of polyethylene pipes after up to 30 years in use[J].2009：737-745.

[2] 王宏君，陈玉宝，李蔚. 聚乙烯燃气管道的全面检验[J].中国特种设备安全，2014，30(7)：17-21.

[3] 张小春，朱鑫，汪雪梅. 聚乙烯燃气管道全面检验项目的探讨[J].中国特种设备安全，2018，34(1)：39-41.

[4] 严俊伟，陈长，陈浩禹. 在役埋地城市燃气PE管实验分析[J].城市燃气，2017，(4)：25-29.

[5] TSG D7004-2010，压力管道定期检验规则——公用管道[S].

[6] DB 447 2033-2017，在用聚乙烯燃气埋地管道定期检验规则[S].

[7] GB/T 6111-2003，流体输送用热塑性塑料管材耐内压试验方法[S].

[8] GB/T 8804.3-2003，热塑性塑料管材 拉伸性能测定 第3部分：聚烯烃管材[S].

[9] GB 17391-1998，聚乙烯管材与管件热稳定性试验方法[S].

[10] GB/T 18476-2001，流体输送用聚烯烃管材 耐裂纹扩展的测定 切口管材裂纹慢速增长的试验方法（切口试验）[S].

[11] GB/T 19810-2005，聚乙烯（PE）管材和管件 热熔对接接头拉伸强度和破坏形式的测定[S].