聚乙烯管道的特点及应用

【特别策划・应用】　

烯管道的特点及应用　

文／崔　奇　

现了聚乙烯（ＰＥ）。发展至今，聚　

乙烯已是由多种工艺方法生产　

的、具有多种结构和特性及多种　

用途的系列品种树脂，已占世界　

合成树脂产量的三分之一，居第　

一

采用ＰＥ８０￣ＩＩＰＥ１００等级的高密度　

聚乙烯管。　

聚乙烯管应用至今已有近５０　

年的）７ｉ史。由于能承受内压，根　

据其耐腐蚀性能和熔接接头严密　

性好的优点，将其用于给水、燃　位。聚乙烯的用途之一是可以　

用来生产管材，目前世界上聚乙　

气压力管道。聚乙烯管道在各国　

压力管道上的广泛应用，已成为　

管道领域最为引人注目的成就。　

这一方面是由于聚乙烯材料制作　

管道具有非常独到的技术经济优　

势，另一方面是由于聚乙烯管道　

烯管材消费量约为１　０　０万吨以　

上，广泛用于给水、燃气输送、　

排污、农业灌溉、矿山细颗粒固　

体输送，以及油田、化２］２和邮电　

通讯等领域。　

聚乙烯管习惯上按照聚乙烯　

树脂的密度分为低密度及线型低　

密度聚乙烯

管

（ＬＤＰＥ及ＬＬＤＰＥ）　

的原料性能，管材、管件制造３２　

艺，连接方法，连接机具以及运　

行中的维修手段等已有完善的配　

套系统。１９９５￣ｇ，聚乙烯管已占　

欧洲给水压力管市场的５０％。时　

至今日，在供水领域，无论是对　

（密度为０．９　０　０～０．９　３　０　ｇ／　

（ＭＤＰＥ）　ｃｍ　），中密度聚乙烯

管（密度为０．９３０～０．９４０ｇ／ｃｍ　）　

（Ｈ　Ｄ　Ｐ　Ｅ）管　和高密度聚乙烯于新铺设或旧管道的修复和更　

新，聚乙烯管都是主要的选择之　

一

（密度为０．９４０～０．９６５ｇ／ｃｍ　）。　

聚乙烯管道的历史与发展　

本世纪在管道领域发生了一　

场革命性的变化，即“以塑代　

由于材料的不断进步，根据发展　

阶段和性能的不同，产生了材料　

。　

应该指出，聚乙烯管材应用　

的等级分化，密度不能反映聚乙　

烯作为管材的本质性能，因此目　

前国际上根据聚乙烯管的长期静　

液压强度对管材及其原料进行分　

类和命名，现有ＰＥ３２、ＰＥ４０、　

ＰＥ６３、ＰＥ８０和ＰＥ　１　００五个等　

级。目前给水通常采用ＰＥ６３、　

技术的发展不仅应归功于ＰＥ管　

的优良的综合性能，而且缘于　

ＰＥ管道的／Ｎ．料性能、成熟的管　

材、管件制造设备和３２艺及管道　

钢”。随着高分子材料科学技术　

的进步，塑料管材开发利用的深　

化，生产工艺的不断改进，塑料　

管道淋漓尽致地展示其卓越性　

能。在今天，塑料管材已不再被　

连接、施工和维护的成熟技术与　

设备不断进步的结果，以及丰富　

的研究成果、大量成功的工程实　

人们误认为是金属管材的“廉价　

ＰＥ８０￣１１ＰＥ１００等级的中或高密度　

聚乙烯管，ＰＥ３２￣１１ＰＥ４０等级的　

践和系统完备的标准体系。从原　

料到工程施３２，从产品要求到质　

代用品”。在这场革命中，聚乙　

烯管道倍受青睐。　

低密度聚乙烯管或线型低密度聚　

乙烯管通常用于灌溉。燃气通常　

量的控制方法，聚乙烯管道系统　

均具有完备的Ｉｓｏ标准。　

２ＯＯ２．５建设科技　

１９３３年英国ＩＣＩ公司首先发　

３５　

【特别策划・应用】　

对ＰＥ管道性能影响最大的因　

素之一是原料。随着聚合工艺的　

改进，二十世纪八十年代，ＰＥ管　

应力开裂性能也非常突出。　

（４）低温抗冲性好：聚乙烯的　

低温脆化温度极低，可在一６０℃～　

三、ＰＥ管材与ＵＰＶＣ管　

性能的综合比较　

未增塑聚氯乙烯（ＵＰＶＣ）管　

用于城镇供水管道，在国外应用　

时间近５０年之久，用量较大。但　

近些年来，其发展速度呈下降趋　

势，而与之对照的是，聚乙烯供　

水管道的使用日益扩大。欧洲国　

家普通认为：ＰＥ管最终将取代　

ＰＶＣ管。这一方面是由于ＰＥ材　

质优异，另一方面是由于Ｐ　ＶＣ　

目前在欧洲面临着环保与卫生性　

材原料与二十世纪七十年代水平　

相比，取得了极大的进步。国际　

＋６０℃温度范围内安全使用。　

（５）耐老化，使用寿命长：　

含有２～２．５％的均匀分布的碳黑　

的聚乙烯管道能够在室外露天存　

放或使用几十年，作为埋地管道　

使用，可确保５０年的使用寿命。　

上对聚乙烯管材长期使用性能的　

评价形成了系统科学的标准评价　

方法，即对管材树脂最低要求的　

静液压强度——ＭＲＳ的测量。所　

谓ＭＲＳ是指连续施加在该聚乙烯　

树脂制管管壁上５０年，引起管材　

破坏时所计算的在管壁上的环向　

张应力的值，该值是管材结构设　

计的基础。根据ＭＲＳ值对管材进　

行等级划分，从而在设计上保证　

了长期使用性能及使用的安全　

性。上世纪八十年代末第三代聚　

乙烯管材树脂（ＰＥ１００）出现，　

（６）耐磨性好：ＨＤＰＥ管道与　

钢管的耐磨性对比试验表明，　

ＨＤＰＥ管道的耐磨性为钢管的４　

倍。　

（７）高韧性。聚乙烯管是一　

能的双重压力。　

所谓环保性，是指塑料管道　

种高韧性的管材，其断裂伸长率　

一

般超过５　００％，对管基础不均　乃是高分子产品，常温下极难分　

解。若不能妥善处理废塑料，对　

环境生态的负面影Ｉ１向极大。塑料　

的最终处理方法一般只有焚烧途　

径。但ＰＶ　Ｃ燃烧后生成戴奥辛　

（Ｄｉｏｘｉｎ）及氯气，对环境破坏极　

大，已知的其他的可行方法亦因　

匀沉降的适应能力非常强。　

（８）可挠性好：聚乙烯的挠　

性使聚乙烯管可以盘卷，不需要　使大口径管的使用也具有了优　

势。也正因为如此，聚乙烯管道　

在整个压力管市场，特别是在饮　

用水管市场上获得了迅猛的发　

各种连接管件。ＨＤＰＥ管道的柔　

性使得它容易弯曲，用于不开槽　

施工，聚乙烯管道的走向容易依　

照施工方法的要求进行改变。　

（９）聚乙烯管道具有良好的　

抵抗刮痕能力。研究证明，　

ＰＥ８０等级的聚乙烯管具有较好　

的抵抗Ｓ　Ｃ　Ｇ的能力和耐刮痕能　

展。据英国伦敦的ＩＡＬ咨询公司　

技术经济因素，极难推广。而聚　

乙烯因材质单纯（仅含碳、氢元　

素），故焚烧时只产生二氧化碳　

及水，对环境无害，因而聚乙烯　

等聚烯烃类管材在发达国家被称　

之为“绿色管材”。　

所谓卫生性是指十余年前　

ＰＶＣ单体ＶＣＭ被证实会严重影　

１　９９６￣，，欧洲压力管市场ＰＶｃ　

管份额已开始下滑，ＰＥ管已占欧　

洲饮水压力管市场的５０％。　

二．聚乙烯管道的特性　

１

．

力。ＰＥ１００聚乙烯管材料则具有　

更加出色的抵抗刮痕能力。　

同传统管材相比，ＨＤＰＥ　

（１　０）良好的陕速裂纹传递抵抗　

能力。在常用的塑料管材中，聚乙　

烯＿扣　纹陕速ｆ专递的能力名歹Ｕ前　

管道系统具有以下一系列优点：　

（１）连接可靠、不泄漏。聚　

乙烯管道主要采用熔接连接（热　

响人体健康，ＶＣＭ制造厂工人　

致癌的机会是平常人的百倍以　

上，且制造ＰＶ　Ｃ必须添加重金　

茅。如ＵＰＶＣ的动态断裂韧Ｊ生ＫＤ　

为１．８ＭＮｍ－３／２，而　Ｅ８０的ＫＤ则　

为２．９ＭＮｍ－３／２，ＰＥ１００的ＫＤ则高　

达３．８ＭＮｍ一３／２。　

熔连接或电熔连接），本质上保　

证接口材质、结构与管体本身的　

同一性，实现了接头与管材的一　

体化。因此与橡胶圈类接头或其　

他机械接头相比，不存在因接头　

扭曲造成泄漏的危险。　

属安定剂如二丁锡、铅、钡、镉　

等。这些重金属会微量析出而影　

响人体健康。特别是据美、日等　

国报导，ＰＶＣ组织中含有“氯　

（１１）搬运方便。　

（１　２）施工方式可多样化：　

ＨＤＰＥ管道除了可以采用传统　

的开挖方式进行施工外，还可　

以采用多种全新的非开挖技　

术，如顶管、定向钻孔、衬　

管、裂管等。　

２

．

原子”，长期使用会导致肝部疾　

病及产畸形儿。ＰＥ管与ＰＶＣ管　

的比较如下：　

１

．

（２）耐化学腐蚀性好：聚乙　

烯为惰性材料，除少数强氧化剂　

外，可耐多种化学介质的侵蚀。　

此外它也不会促进藻类、细菌或　

真菌生长。　

（３）抗应力开裂性好：ＨＤＰＥ　

具有低的缺口敏感性、高抗剪切　

发达国家对ＰＶＣ．ＰＥ管材　

（见表１）　的综合对比

２

．

ＵＰＶＣ管－－￣ｅＥ管的安装连　

从管道的水利特性讲．　

接形式　

ＨＤＰＥ管道具有光滑的内表面．　

其曼宁系数为０．ＯＯ９．水流阻力　

，Ｊ、。　

ＵＰＶＣ管的连接方式有承插　

胶圈连接、粘合连接和法兰连　

接。承插胶圈连接、粘合连接需　强度和优异的抗痕能力，耐环境　

３６　

【特别策划・应用】　

对管端进行扩口，对于管径较大　

的管选用承插胶圈连接。如果采　

９００ｍｍ管内￣，ｊ＇７３５０ｍ；１９９４￣Ｆ用　

ｄｅ　１　Ｏ００ｍｍ管内￣７３５０ｍ，设计　

以后每年内衬旧管道长为９ｋｍ。　

２、叙利亚通往阿尔瓦得岛　

（Ａｒｗａｄ）水下输水管道，１　９８５　

年。采用ｄｅ　１　８　０ｍ　ｍ，Ｐ　Ｎ　１　０的　

径、公称压力等级关系密切，而　

且由于聚乙烯设计许用应力远低　

于金属管道，故使外径、压力等　

级对耗用原料的影响相当大。　

ＰＥ管具有外径系列分级细、压　

力等级广泛的特点，如聚乙烯管　

材新的国家标准最新文本共有　

ＰＮ　３．２，ＰＮ　４，ＰＮ　６，ＰＮ　６．　

３，ＰＮ　８，ＰＮ　１０，ＰＮ　１　２．５，　

用粘合连接在施工时很难保证粘　

接前管接头部分的绝对清洁。另　

外粘合还受气温和空气的影响，　

在室外施工有一定的难度。Ｐ　Ｅ　

管的连接形式有电热熔连接和热　

熔对接连接，皆属于本体连接，　

可保证接头与管材的同一性，工　

艺上容易达到和保证接口处密实　

不漏。　

３

．

ＨＤＰＥ（高密度聚乙烯）管材，两　

条管道总Ｊ￣５６６４ｍ，水位最深为　

１４ｍ。　

３、中国香港水下排污管　

道，１９９１年。采用ｄｅ１２００ｍｍ，　

ＰＮ　１　６（以ｂａ１７为单位）共八个等　

级。这使得ＰＥ管的选用做到更　

为经济。近些年来，由于聚乙烯　

材料的进步，特别是低流垂　

工程造价对ｂ匕　ＰＮ４　ＨＤＰＥ管材，双排总长为　

３６　５ｍ，其中包括５　７ｍ长扩散　

管道材料价格与施工费用基　

本决定了工程投资，济南自来水　

公司曾对国内普通铸铁管、　

ＵＰＶＣ管、ＰＥ管的工程造价进　

行对比（对比结果见表２）。　

根据国内几家采用ＰＥ管材　

的自来水公司提供的数据，Ｐ　Ｅ　

段，扩散口为ｄ　ｅ　４　０　０　ｍ　ｍ和　

ｄｅ２ＯＯｍｍ，人海深￣Ｊｊ４２ｍ。　

ＰＥ１【】（】材料的出现，大口径管材　

也得到应用，最大规格可以生产　

１６００ｍｍｌ￣质量的ＰＮ１０系列的　

４、瑞典Ｕｍｅａ市温水管道，　

１９９２～１９９３￣Ｆ。采用ｄｅ２８０ｍｍ，　

ＰＮ６．３：ｄｅ３１　５ｍｍ，ＰＮ１０；　

ｄ　ｅ　３　５　５　ｍ　ｍ，Ｐ　Ｎ　６．３：　

Ｐ　Ｅ管材，使得聚乙烯在大型输　

水工程中成为强有力的竞争材　

料。　

管的整个施工费用为主要材料费　

的１０％。与ＰＶＣ管材相比，施工　

费用大体相当。由于ＰＥ管的柔　

性，可以随着地势的起伏弯曲铺　

设，对管沟的要求较低。ＰＶ　Ｃ　

管柔性较差，铺设时要求管沟平　

直，如管路有一定的弯曲度，则　

需增加管件。　

ｄｅ４５０ｍｍ，ＰＮ　１０：ｄｅ４５０ｍｍ，　

ＰＮ６．３；ｄｅ６３０ｍｍ，ＰＮ６．３；　

五、我国聚乙烯管道的发展与应用　

据有关资料，我国１９９８￣Ｆ生　

产ＰＥ管近１　８万吨。但应指出的　

是，基本上属农村改水、农田喷　

灌等用管，与市政工程用ＰＥ管　

道差别很大，它们在原材料技　

术、生产工艺及设备，产品结构　

与标准，管路连接方法等方面是　

不同的，尤其是在最终体现的管　

材使用性能及使用寿命上有天壤　

之别。表现在原来的聚乙烯给水　

管国家标准，没有对使用的原料　

进行分级，管道的口径、使用的　

压力都受到了限制，以至于聚乙　

ｄｅ７１Ｏｍｍ，ＰＮ１０的ＭＤＰＥ（中密　

度聚乙烯）管材，总Ｊ￣４５６４０ｍ。　

水温为－Ｉ－２８℃（起点）～２０℃（终　

点）。　

５、澳大利亚汉密尔斯利铁　

矿输水工程，由于地处腐蚀性土　

壤及碱性水条件，无法使用钢　

四、聚乙烯管道　

在国外给排水工程中的应用　

聚乙烯（ＰＥ）管材的耐腐蚀性　

能好，可耐一般的酸碱介质，重　

管，采用ｄｅ５【】（】ｍｍＨＤＰＥ管材，　

总Ｊ￣６Ｏｋｍ，１９９５年完工。　

６、古巴Ｃａｙｏ　Ｓａｎｔａ　Ｍａｒｉａ　

淡水工程，采用ｄｅ　５　０　０　ｍ　ｍ，　

ＰＮ１０　ＨＤＰＥ管材，　

２００１年完工。　

Ｊ￣５Ｏｋｍ，　

量轻，能采用熔接连接成几百米　

长的管道，因此从上世纪八十年　

代开始，国外已将这类管材用于　

上述工程的管材都是根据设　

计加工制作，水下管道大都在岸　

上连接成几百米长度后拖拉浮运　

到位后，用绑在管身上的混凝土　

压重块沉入水底开挖好的槽内，　

在下沉前都经试压合格，管道在　

槽内就位后必须用回填土石保　

护。　

烯管道在市政给水应用上几近空　

白。　

地形复杂、施工条件困难的地下　

水管道工程和旧管道更新等工　

这种状况一方面体现了我国　

塑料管道领域的发展与发达国家　

的发展差距较大，另一方面也混　

程。国外聚乙烯管材在一些工程　

上的应用现举例如下：　

１、丹麦哥本哈根输水管道　

内衬，１　９　８　７～１　９　９　４年。采用　

ｄｅ７１Ｏｍｍ，ＰＮ７．５；ｄｅ９ＯＯｍｍ，　

ＰＮ５．０：ｄｅ１　０００ｍｍ．ＰＮ５．０　

淆了视听，使得对工程ＰＥ管道　

的认识带来很大障碍。但在国际　

从上述聚乙烯管道在给排水　

工程的成功范例可以看出，聚乙　

烯管道在国外已得到了普遍的应　

用。由管材设计的Ｉ　Ｓ　０方程可　

Ｐ　Ｅ管道潮流的影响下，我国相　

关部门已有相当认识，聚乙烯供　

水管的发展势头已初露端倪。　

２００１年５月，ＧＢ１３６６３－２００１　

ＨＤＰＥ￣１１ＭＤＰＥ管材，对旧的给　

水铸铁管管道进行内衬更新。从　

１９８７～１９９３年采用ｄｅ７１Ｏｍｍ和　

知，聚乙烯管壁厚与管材的外　

给水用聚乙烯管材　标准正式　

２００２．５建设科技　

３７　

ｔ特别策划・应用】　

颁布实施。在新的水管标准　

程中的大规模应用确立了理论　

依据。目前，ＰＥ管道在市政工　

程应用上已具备相当的条件。　

近几年，我国先后从国外引　

创造了条件。ｌ９９９年，齐鲁石化　

公司采用该公司生产的ｄｅ６　３　０　

ｍｍＰＮ４的ＩｔＤＰＥ管材用于排污　

中，改变了旧标准对原料没有　

等级要求的做法，对聚乙烯原　

料提出了分级和命名，规定了　

ＰＥ６３、ＰＥ８０和ＰＥ　ｌ　００三个等　

管道的穿插修复，取得较好的效　

果，工程造价节约了５０％以上。　

２００１年，在山东省东营市已采用　

该公司生产的ｄｅ６３０、ｄｅ５６０和　

进了几十条聚乙烯管材生产线，　

级，管材的生产要按照原料的　

等级来进行　其中对Ｐ　Ｅ　８　０和　

但是，大口径的管材生产线相对　

较少。山东胜利股份有限公司目　

前所引进的生产线在国内同行中　

规格最大，达到了８００ＩＴＩＩＴＩ。大　

口径管材生产线的引进，为聚乙　

烯管道在我国市政工程上的应用　

ＰＥｌ００原料明确规定为混配料。　

ＧＢ　ｌ　３６６３－２００ｌ　给水用聚乙烯　

管材　标准正式颁布实施，从　

而使聚乙烯管道在市政给水工　

ｄｅ５ＯＯｍｍ　ＰＮ４的ＨＤＰＥ管材。　

（作者单位：山东胜利股份有　

限　公司）　

表１　发达国家对ＰＶＣ．ＰＥ管材的综合对比　

内容　

耐老化值　

长期强度　

耐　｝１击　

评价值　

２０　

２０　

１０　

ＰＶＣ　

１　３　

１３　

３　

ＨＤＰＥ　

１０　

７　

７　

ＭＤＰＥ　

１０　

７　

７　

耐化学　

陆　

有秽Ｌ　

无杉　Ｌ　

５　

５　

５　

１５　

５　

３　

５　

４　

５　

０　

４　

５　

４　

１３　

５　

４　

５　

３　

１　３　

５　

耐热性　

破坏形式　

易卷性　

熔接性　

耐压性　

评　

１０　

５　

１００　

３　

５　

５４　

５　

５　

６５　

１０　

５　

６９　

表２　国内普通铸铁管、ＵＰＶＣ管、ＰＥ管的工程造价对比　

管径（ｍｍ）　

１００　

ｌ５０　

２００　

３００　

４００　

５００　

６００　

普通铸铁管　

ｌ　

ｌ　

ｌ　

１　

ｌ　

ｌ　

ｌ　

ＵＰＶＣ管（包括胶圈）　

０．４５　

０．６６　

０．７３　

０．９４　

０．９３　

１．０３６　

１．２３７　

ＰＥ管　

０．４０　

０．５８　

０．６５　

０．９８　

０．９６　

１．１ｌ５　

１．３２９　

３８　建设科技２ＯＯ２．５