聚乙烯燃气管道实践与应用

聚乙烯燃气管道实践与应用

汪钰森

西南油气田燃气分公司，四川 成都 610000

摘要：本文通过聚乙烯燃气管道技术发展分析，针对聚乙烯燃气管道特点，研究聚乙烯燃气管道应用效果，以其加强全生命周期管控。

关键词：聚乙烯燃气管道；应用效果；技术发展

1 聚乙烯燃气管道技术发展

我国从80年代初期开始聚乙烯（聚乙烯）燃气管道研究工作。1995年，为了适应国内使用聚乙烯燃气管道的要求，国家技术监督局颁发了聚乙烯燃气管材、管件国家标准，建设部发布了工程技术行业规程。

21世纪，在国内大量使用聚乙烯燃气管的形势下，国家质检总局分别于2003、2005年更新了聚乙烯燃气用管材、管件国标；2006年颁布实施了《燃气用聚乙烯管道焊接技术规则》，首次以技术规范的形式规范了聚乙烯燃气管道元件制造和管道安装中的焊接工作。同年，市场监督总局发布聚乙烯系统熔接设备国家推荐标准。2008年，建设部更新工程技术行业规程，国家质检总局新增聚乙烯阀门国标。从此聚乙烯燃气管道应用走上了更加规模化、规范化的道路。

其后，聚乙烯燃气用管材国标于2015年再次更新，工程技术行业规程于2018年更新为工程技术行业标准，2020年更新发布熔接设备国家推荐标准。目前聚乙烯燃气管已广泛应用于城市中低压燃气管网，部分燃气公司聚乙烯燃气管在中低压燃气管网覆盖率已达90%以上。

2 聚乙烯燃气管道应用情况

国内燃气企业在中低压埋地管道中已大量使用聚乙烯燃气管道，均将规范要求的跨桥路段作为禁止使用条件。2017年调研时，昆仑能源公司聚乙烯燃气管在中低压管道占比已超过54.7%；新奥燃气聚乙烯燃气管使用占比高达80%以上；深圳燃气、华润集团、港华集团等公司聚乙烯燃气管使用占比超过90%。北京燃气集团从2000年初期全面推广聚乙烯燃气管道使用，除跨桥路段外，将定向钻也作为限制使用条件。

3 聚乙烯燃气管道应用效果

3.1 中石油应用效果分析

2018-2021年，西南油气田分公司聚乙烯燃气管道累计失效次数243次，其中第三方破坏60次，占比24.7%；其它原因（地质沉降、接头缺陷等）183次，占比75.3%。

3.2 与钢制管道的失效对比分析

3.2.1  2021年总失效水平

表1 2021年聚乙烯管道与中低压钢制埋地管道千公里失效率对比表

单位：次/(千公里·年)

3.2.2 运行年限平均本质失效率水平

聚乙烯燃气管道在运行年限17年以前，平均失效率均处于较平缓趋势；在运行年限20年以前，均远低于中压埋地钢制管道；运行年限20年以上管道（基数少）失效率高于中压埋地钢制管道。剔除第三方失效因素，其在部分年限平均失效数据为0或接近为0。

图1 聚乙烯燃气管道与中压埋地钢制管道本质平均失效率趋势对比图

3.3 失效原因分析

3.3.1 聚乙烯管道总体失效分析

2018-2021年，中石油三大终端公司聚乙烯燃气管道累计失效次数243次，其中第三方破坏60次，占比24.7%；其它原因（地质沉降、接头缺陷等183次，占比75.3%。

表2 聚乙烯燃气管道失效分投运年限统计表

但根据聚乙烯管道特性及行业内调研结果，该类失效主要原因应归为焊接接口、管件失效，依据如下：

聚乙烯管道具有超强延展性，管材规范要求其断裂伸长率为 350%，实际检测基本在500%以上，良好的延展性针对路面沉降、机械拉伸等外力作用具有很好的适应性。焊口破坏性试验表明，合格的焊口强度应高于管道本体。

燃气行业相关统计分析，聚乙烯管道除第三方开挖破坏外，90%以上的燃气事故是由于管道焊接接头失效导致燃气泄漏造成的。

美国塑料管道数据库委员会（PPDC）2020年统计数据，69.7%的管道失效发生在接口、管件位置；美国国际管道研究委员会（PROI）搜集并统计了欧美各国聚乙烯燃气管道发生事故，其中接头破坏引起的事故占63%。

各终端公司记录为地质沉降等环境因素造成的失效，最终表现为管道接口脱落、开裂。

4 聚乙烯燃气管道整体评价

4.1 聚乙烯燃气管道技术优势

4.1.1 抗腐蚀性能强

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，无电化学腐蚀。公司聚乙烯燃气管道平均失效率低于中压钢制埋地管道，特别是近5年投运的聚乙烯管道处于较低水平，未发生因管道材质劣化造成的失效事件。

4.1.2 高韧性和柔韧性

聚乙烯管是一种高韧性的管材，其断裂伸长率一般超过500%，对管基不均匀沉降的适应能力非常强，也是一种抗震性能优良的管道；管道可以在允许半径（25倍公称外径，有承插口和钢塑转换件、125倍公称外径）内弯曲敷设，适宜复杂敷设环境；小口径（dn63及以下）管道可盘卷出厂（一般不超过200m/卷），可减少连接管件和焊口，施工快捷。

4.1.3 管道预期寿命长

聚乙烯管材是以环向抗拉强度的长期静水压设计基础值确定的，管材标准对于耐快速、慢速裂纹增长性能有严格的控制指标。在严格控制管材管件生产、管道安装质量、维护管理等环节的基础上，聚乙烯燃气管道预期使用寿命能够达到50年以上。

4.2 聚乙烯燃气管道技术劣势

4.2.1 机械强度较低

聚乙烯管机械强度不如钢管，当聚乙烯燃气管先期施工或埋设深度较浅时，易受到外力机械破坏。

4.2.2 施工质量控制要求高

通过强制应用自动焊机与焊接数据远程监视系统，焊接质量控制有了显著的提升，但在管材端面平整、表面清洁及氧化层处理、管材管件组对等焊接控制环节，热熔焊机热板清洁度、受热均匀性以及电熔焊机电压稳定性，以及存疑焊口要求拆除返焊等方面还有赖于人员责任心与现场管理。施工人员持证和能做好每一个焊口作业之间还有很大的差别，现场管理人员严格按规定管控能力还有待提升。

4.2.3 无损检测技术还有待完善

各种无损检测技术在聚乙烯燃气管道接头检测及评价工作中均存在一定局限性，尚未建立适用燃气行业的完善统一的电熔和热熔接头无损检测评价标准体系。

5 聚乙烯燃气管道应用场景与建议

5.1庭院管道

聚乙烯燃气管在庭院管道工程中具有良好的应用优势，应全面应用。在建设过程中，应加强电熔接头、钢塑转换接头处施工管控，强化与开发商、土建施工单位的回填施工协调；在运行管理中，将引入管附近地基及土质沉降作为巡护管理的关键节点。

改变庭院管道楼栋调压模式为集中调压，将庭院管道整体调整为低压运行，减少燃气管道交叉施工，减少电熔、钢塑转换焊口数量，大口径（dn160及以上）低压聚乙烯燃气管道可选择SDR17管材，提高施工效率的同时降低工程造价。

5.2市政管道

聚乙烯燃气管道在市政管道工程中具有较好应用优势，除现行技术规范限制使用条件，一般情况下宜优选使用。但在部分工程中，应结合具体项目敷设环境以及交叉施工建设条件，综合选择适宜管材。

1）聚乙烯燃气管道在地铁周边区域具有更好的技术优势。

2）人行道、绿化带敷设时，宜使用聚乙烯燃气管道，但应与市政设施及深根植物保持规范间距，同时保证足够的埋设深度。

3）辅道敷设、市政管道交叉施工时，使用聚乙烯燃气管道应根据市政工程建设条件，采取加设套管、砌筑管沟等保护措施。

4）定向钻施工，应结合地质情况，经计算综合比选管材。

5）存在水土冲刷风险的地段，使用聚乙烯燃气管道应采取保护措施，避免扰动或破坏管道。

5.3 聚乙烯管道应用及管理建议

从聚乙烯燃气管道除第三方破坏外失效分析来看，其根本原因可归纳为：管道连接质量不合格、不按要求回填导致管道系统受外力影响在接头处失效、不按要求增加保护措施导致管体在外力下受损等管道建设质量管控问题。因此其管控提升首要环节在于强化施工过程管理。

1）严格执行各项技术标准。管道系统材料严格采购、运输、存放、进场检验、清洁使用；施工机具设备遵守管理制度，严格进场报备、查验；焊接施工严格按操作步骤执行，施工人员入场考核、施工准备、管道组对、预焊等环节应作为整体质量控制要点，统一监管。

2）加强各类人员履职考核。针对施工、监理、建设管理等人员开展培训考核，强化监理责任，强化人员业务水平和履职能力。

3）升级施工过程监控手段。适应聚乙烯燃气管道施工特点，优化监控系统；可在热熔焊机热板清洁度及多点温度符合度、电熔焊接电压稳定性等细节处，增设可视化等便捷施工细节监控手段。

6 结语

通过国内燃气行业及公司应用实践表明，与钢制管道相比，聚乙烯管道应用于城市燃气中低压管道在技术与经济上具有较大优势，可在中低压燃气管道中大规模推广应用。根据聚乙烯管道的特殊性要求，应做好燃气管道工程的施工管理以及日常维护工作，为其在实际运行中提供保障，从而保障城市的平稳供气。

参考文献：

[1]何超，刘新伟.浅略PE燃气管道施工技术及应用分析[J].四川水泥，2016，01：199.

[2]张进华.关于燃气管道（PE管）施工技术控制的几点思考[J].企业科技与发展，2016，02：94-96.

[3]吴文晖.简析PE燃气管道施工特点及实施方法[J].科技与企业，2015，04：153.