CECS 131-2002(条文说明) 埋地钢骨架聚乙烯复合管燃气管道工程技术规程.pdf
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1、中国工程建设标准化协会标准埋地钢骨架聚乙烯复合管燃气管道工程技术规程CECS 131 :2002 条文说明目次1 总贝1.(25) 2术语和符号(27)2.1 术语.(27) 2.2符号.(27) 3 材料(28)3.1 原材料,.(28) 3.2钢骨架聚乙烯复合管材.(33) 3.3 钢骨架聚乙烯复合管件.(34) 4 管道设计(35)4.1 一般规定.(35) 4.2 管道计算.(38) 4.3 管道布置.(39)5 管材、管件验收和储运.(43) 5.1 一般规定.(43) 5.2 管材、管件验收.(44) 5.3 存放仰的5.4搬动.(4日5.5运输.(45) 6 管道连接.(46)
2、6.1 一般规定.(46) 6.2 电热熔连接.(48) 6.3 法兰连接.(49) 6.4 铜塑过搜接头连接.(49) 7 管道敷设侣的7.1 一般规定.(50) 7.2 管道敷设.(50) 7.3 管道穿越敷设.(51)8 试验与验收(52)1总则l. 0.1 钢骨架聚乙烯复合燃气管与钢管、铸铁管相比,在耐压强度、水力学性能及连接(焊接)、敷设等方面有不同的特点。为指导钢骨架聚乙烯复合燃气管道工程的设计、施工和验收,确保工程质量和安全供气,制定本规程。1.0.2针对燃气输配工程的特点和钢骨架聚乙烯燃气管道的特性,规定了本规程的适用植围。工作温度为2040是考虑到钢骨架聚乙烯燃气管管道受温度
3、影响较大,温度过高会导致变软,耐压强度降低,温度过低会导致变脆,在受到撞击时容易产生裂纹。过高和过低温度,使其承压能力和使用寿命均降低。美国规定为:一2938,英国、法国、ISO等为:一2040。以钢丝网为骨架材料的钢骨架聚乙烯复合燃气管材的生产采用内定径工艺,以钢板孔网为骨架材料的钢骨架聚乙烯复合燃气管材的生产采用外定径工艺。钢骨架聚乙烯复合管材中的两种材料(钢骨架材料和聚乙烯材料)的复合方式是结构复合,而不是材料复合。目前的研究水平还不能确定在承载条件下管材截面上钢骨架与聚乙烯塑料的应力分配,因此就难以作准确的强度计算与设计,也就不能象纯塑料管材那样以公称压力来确定管材系列(SOR)。钢骨
4、架聚乙烯复合管材系列是按管材的可生产性确定的。钢骨架聚乙烯复合管输送天然气时的公称压力是根据英国煤气行业标准GBE/PL2确定的。由于生产工艺的原因,钢骨架聚乙烯复合管材的壁厚调节范 25 围较小。因此,管材的公称压力随着管材口径的增大而减小。结合城镇燃气输配工程的压力分级及与城镇燃气输配工程施工及验收规范CJJ33配套使用,本规程规定了允许最大工作压力不大于0.8MPao钢骨架聚乙烯复合管的内、外壁都是聚乙烯,钢骨架材料在管材内部被聚乙烯包裹。钢骨架聚乙烯管的机械强度较低,作明管敷设受碰撞容易破损,导致漏气,同时受大气中紫外线与氧气的影响会加速老化。气温的变化及油烟或其他化学剂的侵蚀,对聚乙
5、烯管管道也不利。因此,作为易燃易爆的燃气输送管道,不应使用钢骨架聚乙烯复合管管道作室内地上管道。国际上一般也规定只作埋地管使用。1.0.3 钢骨架聚乙烯复合燃气管对有机物质比较敏感,最好的输送介质是天然气。但我国城市气惊种类较多,结合实际情况,可增加钢骨架聚乙烯复合管的输送介质种类,即可用于液化石油气(气态),人工煤气的输配,但必须相应地降低输送压力。所输配燃气介质的质量应符合国家现行标准的规定。1.0.4城镇燃气具有易燃、易爆和有毒(人工煤气)等特性,而且钢骨架聚乙烯复合燃气管管道与金属管道相比,又有一些独有的特性。为了确保工程质量和安全供气,必须要求工程设计合理,施工质量优良。这就要求从事
6、钢骨架聚乙烯复合燃气管管道工程设计、施工的单位,是已获得上级主管部门及有关部门认可的有一定技术实力的单位。. 26 . 2 术语和符号2.1 2.2 为了准确理解规程的内容,对规程中采用的术语与符号作了解释。. 27 . 3材料3.1 原材料3.1.1 本规程塑料部分的基础原料选用聚乙烯树脂,基础原料中加人必要的添加剂形成聚乙烯燃气管专用料。1.原料添加剂为了增强钢骨架聚乙烯复合管材抗老化性能,聚乙烯原料中必须添加抗氧剂、紫外线稳定剂,同时为了给管材制成特定的颜色,必须添加着色剂。原料中的添加剂应搅拌均匀,以避免造成颜色不均,甚至降低管材局部强度。添加剂添加量一般根据管材厂加工工艺和保证管材质
7、量而定。管材加工厂可直接购买专用料用于管材、管件的加工生产。2.聚乙烯专用料的基本性能对原料提出基本性能要求,是为了根据原料的基本性能判定该原料是否适合制造输送燃气管。一般来说,原料最关键的几个基本性能是:长期静液压强度,热稳定性,耐气体组分,耐环境应力开裂性能,密度,水份含量,挥发份含量,碳黑含量。对于聚乙烯管材,原料密度越高,刚性越好;密度越低,柔性越好。用聚乙烯管输送燃气,既要有较好的刚性,又要有较好的柔性,因此国际上用于输送燃气的聚乙烯管道一般都采用中密度和高密度,尤其是中密度上限和高密度下限居多。JISK6774规定,密度在933939kg/m3,属中密度;IS04437和英国BGC
8、/PS/PL2规定,密度应大于930kg/m3,属中、高密度;美国ASTMD3350规28 定燃气管用中、高密度。本规程参考以上标准规定原料密度应不小于930kg/m3。对于原料的其它物理性能,如水份含量、挥发份含量、碳黑含量等,在国外聚乙烯原料标准中一般都做了定性规定,没有做定量规定。只有IS04437在1991年修订时做了定量规定,要求:水份含量小于300mg/kg,挥发份含量小于350mg/1鸣,碳黑含量为2%2.6%。本规程参照IS04437规定了以上指标。测定管材熔体流动速率是为了与原料熔体流动速率进行对比,测定其在管材加工过程中的变化情况。管材加工一般都在190260温度下进行,一
9、旦原料中的稳定剂添加不当,在加工过程中会使熔体流动速率发生变化,热稳定性降低,影响管材产品的强度和使用寿命。因此,测定熔体流动速率在加工过程中的变化是必要的。1988年以前公布的IS04437标准中没有规定此项要求,1991年修订时增加了此项内容,规定:在加工过程中熔体流动速率变化不超过20%,并注明管材制造商建议为士30%。美国标准(ASTMF678 -82)要求产品的熔体流动速率与原料相一致。日本JISK6774规定对原料要进行熔体流动速率试验,并根据试验值将管材分为A(O.15 0. 4) ,B(O. 41.0),C(l.O2.5)三类,其目的在于选用熔体流动速率相同材料,达到可靠的热熔
10、接头。英国标准(BGCIPCIPL2)中没有明确规定此项要求。本规程参考91年修订的IS04437,规定在加工过程中熔体流动速率变化应不超过20%。国际上测定原料和管材的耐环境应力开裂的试验方法很多,但对于原料试验,一般采用粒料或粉料经熔融均化处理后模压成条状试片,在试片上划痕,受压弯曲井放在50或100的有机搭. 29 剂中,观察发生破损时间。我国的GB1842也采用此方法。ASTMD3350规定:在三种不同条件下,A:F50注48h;B:F50注24h;C:F20注192h。JISK6774中规定:F50注240h。但实际用于制造燃气管的原料远远离于此值,如比利时FINA公司的3802牌号
11、树脂FO lOOOh;美国ucc公司以:i-DB2400和以:i-DB2480FO 2000h,美国philips公司的8600和8000牌号FO 5000h,法国Solvay公司的TUB71、TUBlOl、TUB102、TUB121、TUB125FO lOOOh。本规程规定采用GB1842规定的试验方法,在50,F50注lOOOh。我国研制的DGDB2480,同2000h。原料热稳定性与管材热稳定性试验方法基本相同,只是在试样制备土稍有不同。对于原料是用粒料或粉料经熔融均化处理模压成试片;对于管材是直接从管材上切取试片。ASTMF678和91年修订的IS04437和BGC/PSIPL2在原料
12、性能要求和管材性能要求上均规定此项要求。本规程参照91年修订的IS04437,规定在200时热稳定性(氧化诱导期)大于20min,试验方法参照IS/TR10837制定。总的说来,聚乙烯管的耐化学性比金属强得多,对燃气中绝大多数无机物具有极强的抵抗力,但聚乙烯管对某些有机物非常敏感,因此,弄清楚燃气中含有的有机物对聚乙烯管是否有影响以及影响程度非常重要。很多国家和组织都要求进行耐气体组分试验,如ASTMF678进行的耐化学性试验、IS04437进行的气体组分对静液压强度的影响试验和JISK6774进行的浸渍试验,都是为此目的而设立的。IS04437规定在试验介质中浸泡1500h后,使内部充满80
13、该介质并进行高温压力试验,30h内不得发生破坏。ASTM F678规定试验介质采用矿物油和甲醇,在常温下进行持续压力试验,lOOOh不得发生破坏。ISK6774规定,试验介质采用流30 . 动石蜡、甲醇或苯与甲醇混合液等,在常温常压下浸渍72h后测量其重量变化,以此来判断材料抗化学性能,但JISK6774浸渍试验是在没有压力的情况下进行的,因此不能充分反映材料的耐化学性。本规程参照1504437的方法,采用50%(m/m)正葵烧和50%(m/m)三甲基苯作介质,在80、2.OMPa下进行持续压力试验,以判断PE管耐气体组分的情况。原料长期静、液压强度性能是划分原料等级的重要指标,其试验方法是以
14、管材形式充水进行高温和常温试验。长期静液压强度试验,是确定聚乙烯燃气管专用料在某一介质、温度、压力下可使用时间的加速试验。国际上常用的试验方法是:(1)在常温下(20)进行长期静液压强度试验,试验A般进行lOOOOh以上,根据试验结果绘出环向应力与破坏时间的对数坐标曲线图,并外推至lOOOOOh。(2)在常温(20)试验的基础上进行高温(60、80)长期静液压强度试验。在常温(20)下进行长期静液压强度试验,一般都因蠕变而造成塑性破坏,求得的是塑性破坏结果。实际上已经发现同)PE在低应力、长时间作用下会发生脆性破坏,致使应力寿命曲线出现拐点。因而,先在几个较高温度(如:80和60)下,在比较短
15、的时间内测得高温下应力一寿命曲线,将此曲线上脆性破坏部分平移至20塑料破坏曲线上,然后外推至so年。I臼4437-88采用后一种方法,即在进行常温(20)长期静液压强度试验的基础上,再进行高温(80和60)长期静液压强度试验,并外推至常温(20),并要求在常温(20)试验时,lOOOOOh对应的95%置信下限的环向应力应不小于8.0MPa,以及由高温试验外推至常温(20)时,50年对应的95%置信下限的环向应力应不小于6.5MPao. 31 1993年修订的I缸)4437,是根据在20、50年、97.5%置信下限的长期静液压强度(LTHS),分为PE80、PE100。如下表所示:级别L耳15(
16、20、50年、97.5%,MPa)MRS(MPa) PESO 8.00 9.99 8目。PEIOO 10.00一lI. 19 10.0 ASTM F678规定,在常温下使用PE管材时,应按23长期静液压强度试验求取阻旧;在高温下使用PE管材时,应进行对应温度(或比其高的温度)的长期静液压强度试验,求取在该温度下的I-IDB。本规程的长期静液压强度性能要求是参考1993年修订的IS04437确定,即20、50年、97.%条件下,注8.0MPa,注10.OMPao 3.聚乙烯专用料分类钢骨架聚乙烯复合管所用的聚乙烯专用料随着石油化工工业的发展而不断发展和完善。适合作燃气用输送管的专用料越来越多,性
17、能越来越好,输送燃气的最大工作压力也不断提高。聚乙烯原料的发展经历了第一代、第二代、第三代等,这种分代类型的划分是依照ISO/fR9080标准外推方法进行的。聚乙烯管专用料的分类如下表。聚Z烯(PE)管专用料分类长期静液压强度(MPa)MRS 类型LTHS(20t丁,50年,97.5%) (MPa) PE63(第一代)6.30 7.99 6.3 p园。(第二代)8.00 9.99 8.0 PEIOO(第三代)10.00 11. 19 10.0 PE112(第四代)注l1. 2 11. 2 . 32 . 最低要求强度(如1.RS)是指原料长期静液压强度要求的最低值,依据ISO/fR9080,在2
18、0、50年、最低置信限97.5%下,用外推方法计算而得。以此数据对原料进行分类。3.1.2钢骨架材料钢骨架材料分两种:钢丝网骨架材料(用于钢骨架聚乙烯复合管材的生产);钢板孔网骨架材料(用于钢骨架聚乙烯复合管材和管件的生产)。钢丝网骨架材料应满足一般用途低碳钢丝GBif343的规定。钢板孔网骨架材料采用低碳钢冷轧钢带时应满足低碳钢冷轧钢带GB3526的规定。钢板孔网骨架材料采用低碳钢板材料时应满足热轧钢板和钢带的尺寸、外形、重量和允许偏差GBm”和现行行业标准燃气用钢骨架聚乙烯塑料复合管件CJ/f126的规定。3.2 钢骨架骤乙烯复合管材3.2.l 采用钢丝网骨架的聚乙烯复合管材的规格尺寸及偏
19、差应满足CJ/f125 -2000第5.1.1条的规定。3.2.2采用钢板孔网骨架的聚乙烯复合管材的规格尺寸宜满足本规程第3.2.2条的规定。3.2.3 钢骨架聚乙烯复合燃气管材的性能应满足燃气用钢骨架聚乙烯塑料复合管CJ/f125-2000第6.6节的规定。 33 3.3铜骨架禀乙烯复合曹件3.3.1 采用钢板孔网为骨架的聚乙烯复合管件的规格尺寸应满足CJ/f 126 -2000第6.3条的规定,其性能应满足燃气用钢骨架聚乙烯塑料复合管件CJ/1126 -2000第6.5条的规定。3.3.2 采用铜板孔网骨架的聚乙烯电热熔复合管件规格尺寸宜满足本规程表3.3.2的规定。 34 4 管道设计4
20、.1 一般规定4.1.1 钢骨架聚乙烯复合燃气管道分普通管和薄壁管。普通管的壁较厚,薄壁管的壁较薄。我国液化石油气和人工煤气中一般均含有液态炬,因此本规程规定普通管适用于输送天然气、液化石油气和人工煤气,薄壁管仅适用于输送天然气。4.1. 2 4.1. 3 纯聚乙烯塑料管道用于输送天然气或代用天然气,国外长期使用经验证明是十分安全的。但国外没有聚乙烯管输送液化石油气和人工煤气的经验,为保证燃气输配工程的安全,在输送液化石油气和人工煤气时应降低压力使用。输送液化石油气(气态)时,允许最大工作压力为O.lMPa;输送液化石油气(混空气)时,允许最大工作压力为0.2扎在Pa;输送人工煤气时,允许最大
21、工作压力为0.005MPa。国外有近40年用纯聚乙烯塑料管输送天然气的经验,国内有近20年用纯聚乙烯输送天然气、液化石油气、人工煤气经验。钢骨架塑料复合管内壁是聚乙烯,在输送燃气时聚乙烯与输送燃气接触,因此,借鉴纯聚乙烯管输送天然气、液化石油气(气态)、人工煤气的经验确定钢骨架聚乙烯复合管的允许最大工作压力是可信的。1 聚乙烯管道输送气态液化石油气是允许的,美国ASTMF678 -82燃气用聚乙烯压力管材、管件标准对此作了具体规定。 35 . 1) 100,000h的长期静液压强度试验介质为专门的液化石油气(丙烧、丁炕等)。2) 用于输送液化石油气的聚乙烯燃气管道,其运行压力,根据设计系数0.
22、2(即:Fd= 5)确定PESO级的SDRll管道为0.32MPa。3) 对偶尔暴露冷凝液的液化石油气,其运行压力根据计算值确定,但不大于30磅侠寸2(0.207MPa)。我国的液化石油气是按现行国家标准液化石油气GB11174-89和油田液化石油气GB9052.1 -89生产的,而以上两个国家标准均允许G及Q以上组分存在(不大于3%),因此在常温输送时不可避免会有冷凝液。由于我国对聚乙烯管道输送液化石油气没有做过以液化石油气为介质的长期液压强度试验,因此使用压力的规定,是在美国标准的基础上再打一倍的安全系数,即最高使用压力为O.lMPa。在深圳等地的试点工程中,输送液化石油气的聚乙烯管管道使
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