PE管道特性及社會(huì )效益分析
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2019-09-26
【概要描述】
聚乙烯為無(wú)惰性材料,除少量強氧化劑外,可耐多種化學(xué)藥品侵蝕,且不易滋生細菌。眾所周知鋼管、鑄鐵管被塑料管所取代的原因不僅是因為塑料管材比其輸水能耗低、生活能耗低、重量輕、水流阻力小、安裝簡(jiǎn)便迅速、造價(jià)低、壽命長(cháng)、具有保溫功能等,還因為塑料管耐腐蝕、不易滋生微生物等性能優(yōu)于鋼管及鑄鐵管。
具有優(yōu)良的耐腐蝕性
?。?)聚乙烯具有優(yōu)良的耐腐蝕性、較好的衛生性能和較長(cháng)的使用壽命
聚乙烯為無(wú)惰性材料,除少量強氧化劑外,可耐多種化學(xué)藥品侵蝕,且不易滋生細菌。眾所周知鋼管、鑄鐵管被塑料管所取代的原因不僅是因為塑料管材比其輸水能耗低、生活能耗低、重量輕、水流阻力小、安裝簡(jiǎn)便迅速、造價(jià)低、壽命長(cháng)、具有保溫功能等,還因為塑料管耐腐蝕、不易滋生微生物等性能優(yōu)于鋼管及鑄鐵管。
聚乙烯管材的使用壽命為50年以上,這一點(diǎn)不僅已為國際標準和國外的一些先進(jìn)標準所確認,而且已經(jīng)被實(shí)踐所證明。
聚乙烯能夠推廣應用的另一個(gè)原因是因為聚氯乙烯日益受到環(huán)境保護方面的壓力。首先是聚氯乙烯本身的衛生性能問(wèn)題:眾所周知,在正規生產(chǎn)和嚴格控制下生產(chǎn)聚氯乙烯管是可以保證衛生性能的,容許應用在飲用水領(lǐng)域。但是還是有人擔心在控制不嚴的地方可能會(huì )發(fā)生問(wèn)題:如聚氯乙烯樹(shù)脂中氯乙烯單體的超標,在給水用聚氯乙烯管的配方中誤用了有毒的助劑。把不保證無(wú)毒的排水用聚氯乙烯管和管件誤用到了給水管和管件等。其次是聚氯乙烯管的回收問(wèn)題:聚氯乙烯和聚乙烯一樣是熱塑性塑料,從理論上講都是可以利用的,但是各國的證明,舊塑料制品能回收再生的比例有限,主要的處理方式是焚燒回收能源,聚氯乙烯因為含氯,在焚燒時(shí)控制不好就可能產(chǎn)生有害物質(zhì),而聚乙烯僅含碳氫,焚燒后生成水和二氧化碳。所以在歐美等國家,現在聚氯乙烯的應用正受到一些環(huán)境保護組織日益加重的壓力。
具有獨特的柔韌性和優(yōu)良的耐刮痕的能力
?。?)聚乙烯具有獨特的柔韌性和優(yōu)良的耐刮痕的能力
聚乙烯管道系統的撓性有著(zhù)巨大的技術(shù)經(jīng)濟價(jià)值。聚乙烯的撓性是一個(gè)重要的性質(zhì),它極大的提高了該材料對于管線(xiàn)工程的價(jià)值。良好的撓性使聚乙烯管可以盤(pán)卷,以較長(cháng)的長(cháng)度進(jìn)行供應,避免了大量的接頭和管件。例如在全國城市改水示范單位——南通自來(lái)水公司在一戶(hù)一表改造中選材時(shí)便充分利用了PE小口徑管材可盤(pán)卷的特性,從水表至用戶(hù)一根管材到底,中間無(wú)須管接頭,既節約了成本,又提高了工效。PE小口徑管的這種特性已得到全國各城市有水表出戶(hù)工程的自來(lái)水公司的認可,成為其改水作業(yè)的首選產(chǎn)品。同時(shí),撓性和重量輕及具有優(yōu)良的耐刮痕能力,使之可采用多種可減輕對環(huán)境和社會(huì )生活的影響且費用經(jīng)濟的安裝方法,如免開(kāi)挖施工技術(shù)。免開(kāi)挖施工技術(shù)是指利用各種巖土鉆掘的技術(shù)手段,在地表不開(kāi)溝(槽)的條件下鋪設、更換或修復各種地下管線(xiàn)的施工技術(shù)。多種免開(kāi)挖施工技術(shù)非常適宜采用聚乙烯管材,如鋪設新管線(xiàn)的水平定向鉆進(jìn)和導向鉆進(jìn)法,原位更換舊管線(xiàn)的脹管法及修復舊管線(xiàn)的穿插更新內襯法及各種改進(jìn)的內襯法(折疊變形法、熱拔法和冷軋法)。
PE獨特的柔韌性還使其能夠有效的抵抗地下運動(dòng)和端載荷。從表面上看,強強度和剛性方面,塑料埋地管不及水泥管及金屬管道,但從實(shí)際應用看,塑料埋地管是屬于“柔性管”,在正確設計和鋪設施工下塑料埋地管是和周?chē)寥拦餐惺茇撦d的。所以塑料埋地管不需要達到“鋼性管”一樣的強度和剛性就可以滿(mǎn)足埋地使用中的力學(xué)性能的要求。同時(shí),聚乙烯的壓力松弛特性可有效地通過(guò)形變而消耗應力,其實(shí)際軸向應力水平遠比理論計算值低,而且其斷裂伸長(cháng)率一般都大于500%,彎曲半徑可以小到管直徑的20~25倍,是一種高韌性材料,對地基不均勻沉降的適應能力非常強,這些特點(diǎn)使其成為抵御地震、地基沉降以及溫差伸縮的最為優(yōu)秀的管道。例如在1995年日本神戶(hù)大地震中,PE給水管及燃氣管就是唯一幸免的管道系統。
具有非常突出的耐低溫性能
?。?)聚乙烯具有非常突出的耐低溫性能
PE給水管的低溫脆化點(diǎn)為-70℃,優(yōu)于其他管道。在冬季野外施工時(shí)聚氯乙烯(PVC-U)管容易脆裂,我國北京地區鋪設聚氯乙烯(PVC-U)埋地給水管試點(diǎn)工程中總結的一條經(jīng)驗是溫度在零度以下就不適宜進(jìn)行聚氯乙烯(PVC-U)管的鋪設施工了。還有一個(gè)明顯的佐證,為改進(jìn)PP的韌性和低溫耐沖擊性能,可將乙烯與丙烯單體共聚制成無(wú)規共聚聚丙烯(PP-R),其一般采用iPP的工藝路線(xiàn)和方法,使丙烯和乙烯的混合氣體進(jìn)行共聚合,得到主鏈中無(wú)規則地分布著(zhù)丙烯和乙烯段的共聚物(即PP-R管材料),PP-R管材料中的乙烯含量大多在3%左右。但改善后的PP-R耐低溫性能仍不盡人意,其脆化點(diǎn)約為-15℃,遠高于聚乙烯管的脆化點(diǎn)溫度-70℃。
具有良好的快速裂紋增長(cháng)斷裂韌性
?。?)聚乙烯具有良好的快速裂紋增長(cháng)斷裂韌性
發(fā)生快速裂紋增長(cháng)破壞時(shí),裂紋可以100~45m/s速度快速擴展幾百米至十幾公里,造成長(cháng)距離管路損壞,發(fā)生大規模泄漏事故,以及后續的燃燒爆炸(輸天然氣)或洪水(輸水)事故。這種事故發(fā)生概率不大,一旦發(fā)生,危害極大。最近十幾年來(lái),這種破壞方式已被認為是塑料燃氣輸送管中需要絕對防止的最具危險性的事故。對塑料壓力管的持續發(fā)展來(lái)講,防止發(fā)生快速裂紋增長(cháng)破壞要求的重要性已經(jīng)超過(guò)了對長(cháng)期壽命強度性能的要求。其原因為:在同一SDR(管材直徑與其厚度之比)時(shí),計算的長(cháng)期壽命—長(cháng)期強度與增大管徑無(wú)關(guān)(實(shí)際上大口徑管可能比小口徑管安全),但快速裂紋增長(cháng)危險隨管徑增大而增加。在現有大品種塑實(shí)驗方法料管中,如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯管等,達到一定管徑時(shí),由防止快速裂紋增長(cháng)破壞所決定的許用壓力,總是比由長(cháng)期強度問(wèn)題所決定的許用壓力低。也就是說(shuō),按防止快速裂紋增長(cháng)破壞的要求決定了許用壓力后,長(cháng)期壽命(如20℃,50年)要求可自行得到滿(mǎn)足;快速裂紋增長(cháng)斷裂韌性差的材料將遭到淘汰,不管它的長(cháng)期強度性能好或壞。如聚氯乙烯(PVC-U)燃氣管已經(jīng)基本上全部被聚乙烯(PE)燃氣管所取代。歐洲聚氯乙烯(PVC-U)給水管被聚乙烯(PE)管取代的趨勢已經(jīng)明朗。
我國尚未建立監控快速裂紋增長(cháng)破壞的試驗裝置。我國的塑料壓力管標準都未涉及這一問(wèn)題,這表明我國的塑料壓力管水平比世界一般水平至少落后一個(gè)發(fā)展階段。
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