1 概述

    城市燃气管网是城市燃气工程的重要组成部分，燃气管网造价占燃气工程总造价的比例很大(约40%)，因此研究燃气管网的经济造价和经济运行有着十分重要的意义。由于聚乙烯管的当量绝对粗糙度约为钢管的5%，因此在相同管径、长度、压力降下，聚乙烯管的输气能力要比钢管高40%。聚乙烯管具有耐腐蚀、寿命长、易施工等特点^[1]，已被各地燃气公司所认同，并广泛应用在城镇中压燃气管道上。实践证明聚乙烯管对降低燃气工程的造价，提高燃气管网的输配能力，确保管网的安全运行具有现实意义。

    现在城市燃气中压管网材料逐步由钢管转向聚乙烯管，常用聚乙烯混配料的级别是PE80和PEl00^[2]。管材有两个系列，为SDR11和SDRl7.6^[1]。SDR(Standard Dimension Ratio)，是管材的标准尺寸比，是公称外径d_n与公称壁厚e_n之比，经圆整后为11和17.6。因此称SDR11为厚壁管，SDRl7.6为薄壁管。

    SDR11系列的管材是大家所熟知的。人们对于SDRl7.6系列的管材虽有所了解，可是对它的技术性能、规范的要求和应用范围还不熟悉。因此本文主要对聚乙烯薄壁管在燃气管道工程中的应用进行探讨。

2 聚乙烯混配料的分级与管材的技术性能

    ① 聚乙烯混配料的分级

    我国对聚乙烯混配料(以下简称混配料旧1)的等级分类是参照国际标准，结合国内实际情况而制定的。国际标准《燃气埋地聚乙烯(PE)管道系统第1部分管材》(ISO 4437：1997)对管材料的等级分类是PE80和PEl00^[3]。国家标准《燃气用埋地聚乙烯管材》(GB15558.1—1995)对管材混配料的等级分类基本定为PE80。国外PE80混配料基本上不生产，现已大量生产PEl00混配料。2003年国家发布了《燃气用埋地聚乙烯(PE)管道系统第1部分：管材》，将PEl00管材混配料纳入新的标准之中，从而为我国聚乙烯燃气管材使用范围开辟了新的领域。

    目前燃气用PE管材混配料采用的是PE80和PEl00混配料。我国PE管材生产厂家使用的混配料大部分来自瑞典、芬兰、德国、比利时、韩国、日本等国家，以及我国的中国石化上海石化股份公司、中国石化齐鲁石化股份公司等厂家。

    PE80和PEl00混配料的分级按《燃气用埋地聚乙烯(PE)管道系统第1部分：管材》(GB 15558.1—2003)第4.6条的最小要求强度(MRS)和置信下限(σ_LCL)进行划分。MRS是按《优先数和优先数系》(GB/T 321—1980)的R10和R20系列向小圆整的置信下限σ_LCL的值。当σ_LCL ＜10 MPa时，按R10圆整；当σ_LCL≥10 MPa时，按R20圆整。聚乙烯混配料的分级，见表1。

表1 聚乙烯混配料的分级

Tab.1 Classification of polyethylene

    MRS和σ_LCL越大，说明混配料质量越好，管材耐压程度就高，适用范围就越大。

    ② PE管材的技术性能

    材料的发展及管材应用的实践表明，仅仅通过MRS来选择聚乙烯燃气管材是不够的，还必须满足其他性能指标。目前比较全面的方法是根据国家标准《燃气用埋地聚乙烯(PE)管道系统第1部分：管材》(GB 15558.1—2003)第7条和第8条规定，管材必须满足静液压强度、断裂伸长率、耐候性、耐快速裂纹扩展、耐慢速裂纹增长5项力学性能指标和热稳定性、熔体质量流动速率、纵向回缩率3项物理性能指标。

    静液压强度在不同的试验温度和试验压力下，对PE80和PEl00管材的破坏时间要求有所不同。例如试验温度为80 ℃，PE80和PEl00管材的试验压力(环应力)分别为4.0 MPa和5.0 MPa时，管材的破坏时间必须达到1000 h以上。试验温度为20 ℃，PE80和PEl00管材的试验压力(环应力)分别为9.0 MPa和12.4 MPa时，管材的破坏时问必须达到100 h以上。表2给出了80 ℃时PE80和PEl00管材的环应力与最小破坏时间。

表2 80℃时PE80和PEl00管材的环应力与最小破坏时间的关系

Tab2. Relationship of annular stress with minimum damage time of PE80 and PE100 pipe at 80℃

PE80管材和PEl00管材在等级分类及技术性能上都有很大的区别，而PEl00管材各项技术性能都比PE80管材高。

3 PE薄壁管的适用性

    2004年6月以前，我国PE管材和管件的生产、工程设计、施工采用3个标准，即《燃气用埋地聚乙烯管材》(GB 15558.1一1995)、《燃气用埋地聚乙烯管件》(GB 15558.2—1995)和《聚乙烯燃气管道工程技术规程(CJJ 63-95)。这3个标准都明确规定PE管道系统最大工作压力≤0.4 MPa。因此，在燃气工程设计上，PE管道系统设计压力为0.4 MPa时，采用的管材为PE80 SDR11和PEl00 SDR11系列。设计压力为0.2 MPa时，采用的管材为PE80SDRl7.6和PEl00 SDRl7.6系列。按安全系数C≥4为计算基准，经计算得出不同系列的最大工作压力，见表3。

    随着国内外聚乙烯管技术水平的提高，国家对《燃气用埋地聚乙烯管材》(GB 15558.1—1995)进行了修订，发布了《燃气用埋地聚乙烯(PE)管道系统第1部分：管材》(GB 15558.1—2003)。新标准于2003年10月9日发布，于2004年6月1日起实施。新老标准的最大区别在于总体使用(设计)系数C(也称安全系数)取值不同，见《燃气用埋地聚乙烯(PE)管道系统第1部分：管材》(GB 15558.1—2003)第3.2.2条和4.7条。新标准规定C≥2，将C值代入公式得出不同系列的最大工作压力，见表4。

表3 PE管的最大工作压力(安全系数C≥4)

Tab.3 Maximum working pressure of PE pipe (safety coefficient C≥4)

                                                     MPa

表4 PE管的最大工作压力(安全系数C≥2)

Tab.4 Maximum working pressure of PE pipe (safety coefficient C≥2)

                                                              MPa

    新标准中管道系统最大工作压力比老标准有很大的提高，按新标准确定的最大工作压力，厚壁管系列管材不仅可以用在燃气管网的中压系统，而且可以用在燃气管网的次高压系统，薄壁管系列管材可以用在燃气管网的中压系统。

《聚乙烯燃气管道工程技术规程》(CJJ 63—95)^[4]。虽已修订，但新标准没有颁布实施，而且《城镇燃气设计规范》(GB 50028—2006)^[5]对中压管网压力范围还限定在0.4 MPa以下。因此，燃气PE管道系统的设计和施工，必须以《城镇燃气设计规范》(GB 50028—2006)和《聚乙烯燃气管道工程技术规程》(CJJ 63-95)规定的压力为准，这就是燃气管道系统采用PE管时最大工作压力不能大于0.4 MPa的原因。

《聚乙烯燃气管道工程技术规程》修订报批稿中规定，“PE80 SDRl7.6适用于不大于0.3 MPa.PEl00 SDRl7.6适用于不大于0.4 MPa的燃气管道”。这更加说明了薄壁管完全能在燃气中压管网上应用。

4 PE薄壁管的经济性

    PE管材同一规格、不同系列的壁厚相差很大，见表5。

    SDRl7.6的壁厚是SDR11的壁厚的60%～63%，单位长度重量轻、用料少、价格低。

    目前我国的PE管材生产厂家的产品都是定型产品，各厂家管材的价格差异不是很大。为说明厚壁管和薄壁管比价的区别，就以中财集团生产的“中财”牌PE管材2005年市场价格为例，对PE80 SDR11和PEl00 SDRl7.6管材价格进行比较，见表6。

表5 SDR11和SDRl7.6管材的最小壁厚

Tab.5 Minimum wall thickness of SDR11 and SDRl7.6 pipes

表6 PE80 SDR11和PEl00 SDRl7.6管材价格比较

Tab.6 Price comparison between PE80 SDR11 and PEl00 SDRl7.6 pipes

    PEl00 SDRl7.6比PE80 SDR11价格要低得多，除d_n32 mm以下的管材价格略增加外，其他规格的管材价格低1.0～56.0 元/m。可见，采用薄壁管对降低工程造价、提高企业经济效益具有十分重要的现实意义。

5 建议与注意事项

    如果采用PE80 SDRl7.6薄壁管，它的价格优势和经济性比PEl00 SDRl7.6薄壁管更加明显，但考虑一定的安全系数，建议在中压A级管道采用PEl00 SDRl7.6，中压B级以下管道采用PE80 SDR17.6。

    由于采用薄壁管，对焊接质量和施工要求比较高。为保证薄壁管的焊接质量，对于d_n90 mm(含d_n90 mm)以下管道必须采用电熔连接(虽然电熔管件费用高，但薄壁管节省的费用足以抵消电熔管件增加的费用)，对于d_n110 mm(含d_n110 mm)以上管道可采用热熔连接。

    需要注意以下几点：严格控制管材表面划伤，划伤深度超过2 mm者严禁使用；地面焊接管道不宜超过2根，避免应力集中；严格控制管道对接的偏差，特别是两种壁厚管子对接的偏差；焊缝的切面抽查不少于10%，至少抽查1处；热熔机具一定要选用全自动焊机，以确保焊接质量。