| PE燃氣管道施工質(zhì)量管理 姬斌 呂尚鋒 王健 韓艷霞 摘要：論述了PE燃氣管材的性能和優(yōu)缺點、焊接施工質(zhì)量管理要點。 關(guān)鍵詞：PE燃氣管材；焊接；質(zhì)量管理 Quality Management of PE Gas Pipeline Construction JI Bin，LV Shang-feng，WANG Jian，HAN Yan-xia Abstract：The performance，advantages and disadvantages of PE pipe material and the main points in quality management of welding construction are discussed. Key words：PE pipe material；welding；quality management 隨著我國聚乙烯壓力管材生產(chǎn)工藝的日益成熟，聚乙烯(PE)管道施工技術(shù)有了長足的發(fā)展，近年來PE管在城市燃氣輸配等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。由于PE管在我國的使用時間不長，生產(chǎn)、施工、應(yīng)用經(jīng)驗不足，檢測手段缺乏，致使PE管在燃氣輸配系統(tǒng)應(yīng)用過程中產(chǎn)生許多新問題[1]。本文對PE燃氣管道施工質(zhì)量的管理進行探討。 1 PE材料性能及優(yōu)缺點 ① 性能 a. 聚乙烯是一種高結(jié)晶度的聚合物，隨溫度的變化可分為3種狀態(tài)：結(jié)晶態(tài)(堅硬固體)、高彈態(tài)(橡皮狀彈性體)、粘流態(tài)(粘流體)。 b. 標準尺寸比(SDR)：指公稱外徑與公稱壁厚的比值，有SDR11、SDR17.6兩種系列。 c. 最小要求強度pMRS：PE80(中密度)的pMRS為8.0MPa，PE100(高密度)的pMRS為10.0MPa。 d.最大工作壓力pMRS≤0.7MPa，工作溫度范圍為-20～40℃。 天然氣的pMRS值見表1。 ② 優(yōu)缺點[2] PE管用于燃氣管道有以下優(yōu)點：重量輕；具有良好的耐腐蝕性能(不需要防腐)；具有良好的柔韌性，施工中可隨地形彎曲敷設(shè)，有一定的抗震、抗沉降能力；具有良好的焊接性能，連接方便快捷；可利用斷氣工具夾扁停氣，縮小停氣范圍，便于快速搶修；使用壽命長，至少可以使用50年。但也具有以下局限性：由于怕紫外線照射、油污腐蝕、磕碰等原因，PE管存放期一般比較短；材料強度遠低于鋼管，容易受外力破壞；只能在埋地或遮擋紫外線的情況下使用，嚴禁用于地上明裝敷設(shè)；性能指標受溫度影響較為明顯。 表1 天然氣的PMOP值
2 質(zhì)量管理 2.1 相關(guān)標準規(guī)范 PE燃氣管道應(yīng)符合現(xiàn)行的國家標準：GB 50028—2006{城鎮(zhèn)燃氣設(shè)計規(guī)范》、CJJ 33—2005《城鎮(zhèn)燃氣輸配工程施工及驗收規(guī)范》、CJJ 63—2008《聚乙烯燃氣管道工程技術(shù)規(guī)程》、GB 15558.1—2003《燃氣用埋地聚乙烯(PE)管道系統(tǒng) 第1部分：管材》、GB 15558.2—2005《燃氣用埋地聚乙烯(PE)管道系統(tǒng) 第2部分：管件》的規(guī)定[3]。 2.2 材料的儲運、使用 儲運過程中應(yīng)避免材料劃傷，不得拋摔、沿地拖拽；室內(nèi)存放時應(yīng)存放在通風(fēng)良好、溫度低于40℃的倉庫內(nèi)，室外臨時堆放時，必須有遮蓋物，避免日曬雨淋；應(yīng)放置于平整場地上，堆放高度不能超過規(guī)范要求，以免造成管材不圓度超標；遠離熱源，避免受到油品和化學(xué)品污染；從生產(chǎn)到使用的存放期，管材不宜超過1年，管件不宜超過2年。 使用前應(yīng)核對規(guī)格、標準尺寸比(SDR11、SDR17.6)、材質(zhì)等級(PE80、PE100)；檢查材料表面是否有磕、碰、劃傷，劃傷深度不應(yīng)超過管材壁厚的10%，否則應(yīng)予切除；檢查存放時間，若超期，應(yīng)重新抽樣進行性能檢驗，合格后方可使用。 2.3 人員的要求 PE管焊接人員應(yīng)經(jīng)過專業(yè)技術(shù)培訓(xùn)后方可上崗。操作人員應(yīng)提高質(zhì)量意識和安全責(zé)任意識，熟練掌握施工工藝規(guī)程，提高作業(yè)能力；要精心地使用、維護、檢查施工機具；對操作過程應(yīng)詳細記錄，發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時糾正。 發(fā)揮工程監(jiān)理的作用，監(jiān)理人員應(yīng)認真核對操作人員的資格證件及材料的生產(chǎn)合格證，及時發(fā)現(xiàn)和糾正施工人員的錯誤操作，對于不合格或違反規(guī)范的操作應(yīng)及時要求整改、返工。 2.4 焊接設(shè)備的使用 熱熔焊機主要由機架、銑刀、加熱板、液壓控制箱等部分組成，種類分為手動型、半自動型、全自動型。半自動型和全自動型的主要區(qū)別是全自動型的焊接參數(shù)可全部儲存在芯片上，切換操作自動控制，并自動監(jiān)控記錄焊接的全過程。 現(xiàn)有手動型熱熔焊機已無法嚴格完成要求的焊接過程，無法嚴格滿足焊接的工藝參數(shù)要求，不具備操作的可重復(fù)性。目前，鄭州燃氣集團已淘汰手動型熱熔焊機，普及半自動型熱熔焊機，全自動型熱熔焊機正在引進之中。 焊機的工作狀況直接影響焊接的質(zhì)量。由于現(xiàn)有焊機缺乏定期檢測、維護，導(dǎo)致的故障有：加熱板溫度分布不均勻，設(shè)定溫度與實際溫度不符；加熱板表面材料(特氟隆或聚四氟乙烯)存在劃傷現(xiàn)象，對焊件端面造成污染；部件可靠性差，壓力控制不精確等。 建議采用符合相關(guān)標準要求的全自動型熱熔焊機，其特點是可以進行過程監(jiān)控、記錄。每一道工序及焊接參數(shù)都需要確認，以便決定是否繼續(xù)焊接；若發(fā)現(xiàn)工序及焊接參數(shù)出現(xiàn)偏離，焊接會自動終止；所有焊接參數(shù)都全程記錄，便于追溯。由于可以固化經(jīng)過驗證的施工工藝參數(shù)，并能根據(jù)環(huán)境溫度等自然環(huán)境條件自動進行調(diào)整，各種工藝參數(shù)記錄可以存儲、輸出，減少了人為因素對焊口的影響，實現(xiàn)了焊接過程的可重復(fù)性、可追溯性，大大減輕了質(zhì)量檢查的工作量[1]。 電熔焊機分為半自動型和全自動型。半自動型已基本淘汰，全自動電熔焊機無須手動輸入焊接參數(shù)，由讀碼器直接掃描電熔管件上的條形碼。不同廠家生產(chǎn)的焊機有不同的參數(shù)，條形碼能消除參數(shù)的誤差，將所有的焊接參數(shù)自動輸入焊機，對電熔管件進行加熱焊接。 2.5 連接方式及焊接環(huán)境 熱熔對接連接是PE燃氣管道施工中主要采用的連接方法之一，使用的設(shè)備是熱熔對接焊機。通過加熱板同時加熱需要焊接管材、管件的兩個端面，使其達到熔化溫度，撤去加熱板，隨即迅速貼合，通過焊接機具在一定的壓力下冷卻，冷卻后達到熔接目的。 電熔承插連接也是PE燃氣管道施工中主要的連接方法之一，使用的設(shè)備是電熔焊機。通過電熔焊機對預(yù)埋在電熔管件內(nèi)表面的電阻絲通電后發(fā)熱，使電熔管件內(nèi)表面和承插管材的外表面達到合理的熔化溫度，升溫膨脹產(chǎn)生焊接壓力，冷卻后熔為一體，達到焊接目的。 熱熔連接不需要額外管件，但對管徑、管材有一定的要求，要求管道外徑≥90mm或壁厚＞6mm，且不同材料級別、不同壁厚、熔體質(zhì)量流動速率差大于規(guī)定值的管材、管件禁止使用熱熔對接。熱熔焊接缺點是對接比較困難，對操作人員的技術(shù)水平要求很高，且熱熔焊機體積大，重量大，搬運困難，在管溝內(nèi)進行熱熔連接，管溝需加寬加大。 電熔連接方法對管徑、管材沒有嚴格要求，可連接不同材料級別及不同壁厚的管材、管件。但需要額外管件，因而增加管道造價，大口徑的電熔管件造價相當(dāng)高。電熔焊機一般為全自動型，操作人員出錯的概率相對減小，焊接質(zhì)量有很好的保證。電熔焊機體積較小，易于搬運，可在管溝溝槽內(nèi)進行焊接，無須對溝槽特殊處理，施工方便。 管道熱熔或電熔連接的環(huán)境溫度應(yīng)在-5～+45℃范圍內(nèi)，風(fēng)力應(yīng)小于5級。因此在寒冷的冬季，應(yīng)采取保溫、防風(fēng)措施，并應(yīng)調(diào)整連接工藝；炎熱的夏季進行操作時，應(yīng)采取遮陽措施。 管材、管件存放處與現(xiàn)場溫差較大時，連接前應(yīng)將管材、管件在施工現(xiàn)場放置一定時間，使其溫度接近施工現(xiàn)場溫度。 2006年11月，河南省中原工程管理有限公司在監(jiān)理廣東佛山市南海區(qū)怡翠馨園庭院燃氣管道施工過程中發(fā)現(xiàn)了問題。對于采用PE80 SDR17.6系列的PE管材，相應(yīng)的管件也應(yīng)選用相應(yīng)級別，但施工單位因把關(guān)不嚴，錯誤地領(lǐng)用了PE100 SDR11系列的熱熔管件，焊接后因殘余應(yīng)力導(dǎo)致焊縫產(chǎn)生鼓泡、裂紋現(xiàn)象。查明原因后，要求切除該批熱熔焊縫，全部采用電熔套筒連接，并對施工單位進行了經(jīng)濟處罰。 2.6 焊接工藝 在熱熔焊接工藝參數(shù)中，與焊接直接有關(guān)的參數(shù)有焊接溫度、時間和壓力。在焊接溫度確定的情況下壓力和時間的關(guān)系見圖1。  圖中p1——總的焊接壓力(表壓)，MPa p2——焊接規(guī)定的壓力(表壓)，MPa p3——拖動壓力(表壓)，MPa t1——卷邊達到規(guī)定高度的時間，s t2——焊接所需要的吸熱時間。s t3——切換所規(guī)定的時間，s t4——調(diào)整壓力到p1所規(guī)定的時間，s t5——冷卻時間，min t6——總的焊接時間，min 對接焊接要獲得質(zhì)量合格的焊口，必須滿足的基本條件是：①焊接界面必須清潔、干燥；②合理的加熱溫度和加熱時間；③合適的外力，加劇分子變形。在加熱過程中，施加水平徑向拖力能平整管材端面上的不平整度，但若壓力過大，會導(dǎo)致熔料流向焊端的邊緣，改變焊接接頭的形狀，嚴重影響焊接質(zhì)量。在熔接過程中，施加水平徑向外力是為了排除氣孔和氣體夾雜物，消除受熱氧化破壞的材料，補償材料收縮。冷卻過程是在保持一定外力的情況下，長時間內(nèi)以緩慢速度進行焊縫材料的收縮、翻邊結(jié)構(gòu)的形成過程。 2.7 焊接質(zhì)量檢驗及注意事項 連接完成后，應(yīng)對接頭進行100%的翻邊對稱性、接頭對正性檢驗和不少于10%的翻邊切除檢驗。翻邊對稱性檢驗和接頭對正性檢驗是外觀檢查的最基本方法，也是比較簡便和實用的方法。翻邊切除檢驗操作相對復(fù)雜，需要專業(yè)工具和熟練的操作人員。目前，鄭州燃氣公司已經(jīng)準備全面普及翻邊切除檢驗方法。 翻邊切除檢驗應(yīng)符合下列要求[4]： ① 翻邊應(yīng)是實心圓滑的，根部較寬。 ② 翻邊下側(cè)不應(yīng)有雜質(zhì)、小孔、扭曲和損壞。 ③ 每隔50mm進行180°的背彎試驗，不應(yīng)有開裂、裂縫，接縫處不得露出熔合線。 當(dāng)抽樣檢驗的焊縫全部合格時，則此次抽樣所代表的該批焊縫應(yīng)認為全部合格；否則應(yīng)按下列規(guī)定加倍抽樣檢驗[4]：①除不合格焊縫需切除重焊外(不能進行修補)，每出現(xiàn)一道不合格焊縫，則應(yīng)加倍抽檢該焊工所焊的同一批焊縫，按本規(guī)程進行檢驗。②如第二次抽檢仍出現(xiàn)不合格焊縫，則應(yīng)對該焊工所焊的同批全部焊縫進行檢驗。 2008年2月20日，鄭州市秦嶺路與中原路交叉口南約200m處燃氣管道發(fā)生焊縫開裂泄漏事故，長約20m的路面被頂起，影響部分用戶用氣達6h。從開裂焊縫的外觀來看，內(nèi)外翻邊屬正常范圍，凸緣比較對稱均勻；錯邊量未超標；開裂部位端面呈光滑狀，絕大部分未粘連；試壓結(jié)果正常。直接原因：加熱溫度不夠；加熱時間過短；焊接壓力過大，以致熔融材料被過多擠出，凸緣翻出而焊縫內(nèi)部卻中空虛焊；焊縫未冷卻到環(huán)境溫度時即拆除夾具，移動接頭，造成焊縫強度不足。間接原因：管道下方人防工程造成管道高程有變化，有附加應(yīng)力作用于管道。該事故雖未造成嚴重后果，但說明熱熔焊接在人員操作、機具管理、檢測方法等方面還存在漏洞。因此，鄭州燃氣股份有限公司提出，對所有PE管焊工重新考試上崗，逐步引進全自動熱熔焊機，按規(guī)范要求進行不少于10%的翻邊切除檢驗，并對相關(guān)責(zé)任人進行了處罰。 2.8 非開挖施工方法在施工中的應(yīng)用 非開挖施工方法近年來在市政工程中得到了越來越多的應(yīng)用，但因其屬隱蔽工程，施工過程中常常發(fā)生損壞其他地下設(shè)施的事故。2005年5月，鄭州市冉屯路燃氣管道施工中，在采用非開挖方法穿越冉屯東路時，將垂直方向的已供氣PE燃氣管道損壞，造成周邊3×104戶居民用氣中斷達12h。事故發(fā)生后，鄭州燃氣股份有限公司整頓了非開挖施工單位，明確提出非開挖施工的合格標準為： 樁號偏差≤1m，管位偏差≤0.5m，高程偏差≤0.2m；頂管過程中不應(yīng)對地下管線及構(gòu)筑物造成破壞；拖管過程中管腔不應(yīng)進泥漿；管體不得產(chǎn)生嚴重變形，管體劃傷深度不得超過壁厚的10%；鋼管拖管過程中不應(yīng)對防腐層造成破壞；PE管示蹤線不應(yīng)斷裂。 要求非開挖施工的施工組織設(shè)計中必須有“圖紙會審”部分，應(yīng)包含以下內(nèi)容： ① 管道起止點位置、管位、最大管道深度、管材、長度。 ② 地下障礙物的名稱、位置、深度。 ③ 設(shè)計鉆進曲線，包括最深鉆點的位置、深度，起始點的深度，終止點的深度，并應(yīng)符合曲率半徑的要求(鋼管的曲率半徑≥1500倍外徑，PE管的曲率半徑≥25倍外徑)。 隨著這些要求的實施，近年來類似事故已逐步減少，接近于零。 3 結(jié)語 PE燃氣管道系統(tǒng)質(zhì)量直接影響城市燃氣系統(tǒng)的運行。相關(guān)從業(yè)人員要充分認識PE管道系統(tǒng)的性能，不斷總結(jié)完善質(zhì)量控制體系和監(jiān)督體系，全面促進PE管材、管件在燃氣工程中的應(yīng)用。 參考文獻： [1] 姜振世，孫東喜，徐彥豐.聚乙烯壓力管道的質(zhì)量控制[J].城市燃氣，2005，(5)：19-21. [2] 繆江.PE燃氣管道的施工質(zhì)量管理與控制[J].城市燃氣，2005，(12)：18-21. [3] 李長纓.城鎮(zhèn)燃氣聚乙烯管應(yīng)用中相關(guān)問題研究[J].煤氣與熱力，2008，28(2)：B42-B47. [4] CJJ 63—2008，聚乙烯燃氣管道工程技術(shù)規(guī)程[S]. (本文作者：姬斌1 呂尚鋒1 王健2 韓艷霞1 1.鄭州燃氣股份有限公司 河南鄭州 450006；2.河南省中原工程管理有限公司 河南鄭州 450003) |
