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PVC-U、PE80、PE100三種給水管材在工程應用中的比較
更新時間:2014-08-25 作者:admin 來源:

  PVC-U、PE80、PE100三種給水管材在工程應用中的比較

  公司主要產品有Φ20mm-Φ1200mm PE 給水管、排水管及Φ20mm-Φ630mm PE燃氣管;PE梅花管;40/33,等硅芯管;20mm-630mm PUC-U給水管;200mm-1600mm雙臂波紋管;并有與管材配套的各種管件。

  摘要: 為了使PVC-U、PE80、PE100三種給水管材各盡所用,平衡發展。本文通過工程材料費用、水力計算、工程施工等幾方面進行比較,使工程選材經綜合考慮達到最優化。

  關鍵詞: 水力光滑區 耐快速裂紋擴展 抗刮痕能力 非開挖工程

  PVC-U、PE80、PE100 三種管材在目前熱塑性塑料給水管材工程應用中所占比例相當大。尤其是PVC-U

  給水管材經過幾十年的發展,生產技術比較成熟,原料基本國內自給,產品價格相對較低,并且經過市場檢驗,性能達到國家或國際標準,故此在熱塑性塑料管材中極具競爭力。PE80、PE100

  給水管材在國內為新興產品,主要因為其原料均依靠進口,且其價格相對較高,所以盡管其比PVC-U管材具有生產和施工中多方面的優勢,仍然發展很慢。但是,相信在不久的將來,隨著我國原材料廠家的共同努力,必將開發出我國自有的原料,PE

  給水管材也必將取得長足的發展,其多方面的優勢也會得到市場的認同。

  我公司已具有十幾年的PVC-U 給水管材發展歷程,公司引進19條德國先進生產線,質量保證體系完全按照ISO9002 標準執行,產品得到市場的廣泛認同,產銷兩旺。并且本著“用戶永遠是正確的”經營方針,熱誠服務于客戶。自2002年我公司開始從事PE

  給水管材的生產,但是由于生產規模小,宣傳力度不夠,盡管產品質量可靠,仍無法象PVC-U 給水管材那樣滿負荷生產。我認為要拓展PE給水管材市場,除擴大生產規模外,對PVC-U、PE80、PE100

  三種給水管材的推廣應用,應量財、量地、量時、量人的進行宣傳,確保三者均衡發展。現就三者進行綜合比較如下(供參考)。

  首先做工程材料費用比較。假定三種管材的工程外徑為Ф160,公稱壓力為1.0Mpa,查閱我公司PVC-U管材企標數據和PE生產采用的國標數據,三種規格分別為PVC-UФ160×6.2、PE80Ф160×11.8、PE100Ф160×9.5;再據三者近似比重1.44g/mm3、0.95

  g/mm3、0.95 g/mm3,則三者參考米重分別為4.647Kg/m、5.583Kg/m、4.581Kg/m

  。根據國內市場保守價格,PVC-U、PE80、PE100三種給水管材噸價比約為1:1.22:1.55,對應米價比約為1:1.4:1.5。因此在施工較簡單、所需管件較少的地區,單就工程材料費用方面比較PVC-U

  管材占優勢 。

  其次做一水力計算比較。熱塑性塑料管管壁****當量粗糙度Δ值很低,一般為0.0015~0.015mm 之間,PVC - U 、PE 管多采用0.003mm。作為給水管,在通常的流速條件下,一般處于水力光滑區,因此管壁絕對當量粗糙度取值的變化在這種情況下,對結果影響非常小(柯列勃洛克-魏特公式:1∕√λ=-21g(Δ∕3.7

  di+2.51∕Re√λ))或沒有影響(布拉修斯公式:λ=0.3164∕Re0.25,Re 因很小,故Δ∕di

  值可略)。基于以上理論,對于PVC-U、PE80、PE100 給水管在應用中,其水利坡降可按下式計算(假設水溫為10℃,則υ=1.3×10-6m2/s)I=0.000915Q1.774/di4.774,根據我廠企標數據(其他同種標準雷同),三者在相同公稱外徑、公稱壓力下的公稱壁厚PE80>PE100>PVC-U,因此在相同給定流量下,水力坡降值PE80>PE100>PVC-U,亦即管道沿程水頭損失hf(hf=L×I)為PE80>PE100>PVC-U。因此要保證流量一致,三者所需源動力是不同的;若源動力相同,要保證流量相同,必須使PE

  管內徑和PVC-U 管內徑相同,故PE 管材外徑和壁厚必須同時增加,材料費用也相應增加。此方面PVC-U 也占優勢。

  再次做材料性能比較。(一)、PE 管道韌性很好,在實驗溫度30-3℃條件下,測得三種管材動態斷裂韌性KD值與管子尺寸無關,其中PVC-U為1.8MNm-3/2、PE80為2.6

  MNm-3/2、PE100為3.5 MNm-3/2,KD值高表明材料耐快速裂紋擴展(RCP)能力高,因此PE

  比PVC-U 管材耐突發性開裂能力強。(二)、PE 耐沖擊強度比PVC-U管道高8 倍左右,低溫時PVC-U 耐沖擊性較PE 更弱,故PVC-U

  管道在寒冷地帶和冬季搬運及施工時應特別注意,嚴禁受到沖擊或強行彎曲。(三)、PE 管道具有優異的抗刮痕能力,使其在施工、搬運過程中不易破壞管材外表面,在通水使用過程中,其優良的耐摩性使沙子等不易破壞其內表面。PVC-U材質卻存在“刻痕效應”(在試片上劃一刻痕,經沖擊實驗,會發現試片必定在刻痕處斷裂),要求在運輸和施工中避免受到硬物刻劃,尤其是承口突出部位。在埋地時管道四周不得直接與石頭、磚頭等堅硬物體接觸,否則經輪壓施壓后,壓力會集中于石頭之接觸點,易導致管破裂。另外PVC-U

  管道在使用中,其70度傾角磨損質量和體積約為PE 的8~9倍。(四)、冬季施工時,PE 較低的脆化溫度(-70℃),使管子不會發生脆裂。PE 工作溫度是-40℃~40℃,而PVC-U管材工作溫度是0℃~45℃。(五)、PVC-U

  和PE 管道作為熱塑性塑料,其承載能力與工作溫度有關,隨溫度升高,其耐內壓能力下降。見下表:

  表一

  PVC-U 管使用溫度/℃ 20 25 30 35 40

  比率/% 100 100 87 76 70

  表二

  PE 管使用溫度/℃ 20 25 30 35 40

  PE 管使用壓力比率/% 100 93 87 80 74

  由上二表可看出,PE 管材和PVC-U 管材在不同溫度下使用壓力比率變化是不同的。但在SDR 值相同時,PVC-U 管材的公稱壓力值比同公稱外徑的PE管材高一倍,即兩者所使用壓力的基數是不相同的,所以不能通過使用溫度比較同外徑同SDR

  值的兩種管材。再者,PVC-U 管材在長期使用過程中,特別是在溫度多變的運行環境下,將產生應力松弛現象,使管材直徑逐漸變小,容易造成管道接口處滲漏,因而暗敷管道應盡量避

  免絲扣連接,建議使用金屬內襯的管件進行連接,此種情況對熔接連接的一體化的PE 管道不會存在。(六)、線膨脹系數PE 為0.00018/℃左右,PVC-U

  為0.00006/℃~0.00008/℃。盡管PE值較大,但其抗彎曲強度比PVC-U 小,膨脹靠自身完全能解決,而PVC-U 剛性連接不易做到,另外PVC-U

  管道柔性連接如插入長度控制不好,或回填時間掌握不當,極易引起漏水或頂管事故。(七)、對PE80 和PE100 而言,雙峰分子量分布的PE100管材,其綜合性能要比PE80好,(無論單峰還是雙峰均如此,如HOSTALEN

  CRP100和單峰的HOSTALEN MPE 80以及改進型的雙峰分子量分布的HOSTALEN GM 5010T3比較),尤其是PE100的20℃、50年的蠕變抵抗能力提高,同時又保持了較好的耐環境應力開裂性能(ESCR)。但PE80

  比PE100 的熔流速率MFR值高,其相對PE100易加工,也易焊接,其無論是材料費用還是施工費用均較PE100 低,所以對使用條件要求不很高的場合PE80

  比PE100更適用。(八)、在防震性方面,PVC-U 管采用膠粘連接抗震性能較差,明顯不如采用熔接連接的PE 管材,PE 管對地基沉降的適應能力很高。

  最后做工程施工比較。(一)、PVC-U 管材撓性不如PE 好,故在施工中PVC-U 管材彎曲敷設半徑要比PE 大,這在地形復雜的地區,顯然不如PE

  便于施工,其所需管件數量也多,整體費用也會大幅提高。(二)、在冬季和高寒地區施工,PE 焊接只需保證焊接環境穩定和操作參數適宜,即可達到要求的強度;而PVC-U

  粘接連接不宜在以下5℃施工,膠圈連接不宜在-10℃以下施工。(三)、PE 管道最主要的連接方式是熔接連接,包括電熔連接和熱熔連接,其因材質相同,接頭強度高于本體強度。但PE管道的焊接必須由經過專門培訓的焊工進行操作,才能確保合適工作參數下其強度要求。另外在大風的工作環境下,可能因冷卻加熱板,并導致不均勻溫度分布,故可能會對熔接質量有致命的影響,當塵土污染加熱板和管端也將會導致接頭壽命大為減少。同時不同管材料的熔接要考慮MFR值差異,其值越接近,管道熔接質量越好。盡管如此,PE

  焊接仍比PVC- U 焊接操作既簡單又保險(不足之處是熔接需要電力)。因為就PVC-U 管的焊接而言,PVC-U管的熱熔對接焊的焊接質量穩定,但焊接過程比電熔焊復雜,其材質因原料變化使配方變化較大,故需要控制的參數不易掌握,設備投資也較高;而電熔焊接時,必須使用專門的電熔接頭,焊接成本高,且大直徑管電熔焊接質量不穩定。所以PVC-U

  給水管幾乎不使用焊接。不過PVC-U管在使用壓力不高,發生泄露情況時,可用PVC-U 焊條進行緊急停水焊接修補。(四)、PVC-U管在有水情況下可進行膠圈連接,這在雨季或多

  雨地區以及管溝有水情況時施工是最理想的,但PE 管卻不宜帶電焊接施工。(五)、就施工方法而言,PE 管道特別適用于非開挖工程,因其具有一些獨特的關鍵性質:一體化的管道連接方式,優良的撓性和良好的抗刮痕能力(尤其PE100

  具有更加出色的抗刮痕能力)。優良撓性使得PE 管道走向容易依照施工方法的要求進行改變。如PE采用定向鉆進技術,施工速度快,且鋪管方向控制準確,管徑300~1500mm,管線****長度可達到 1500m,能適應各種地層主要用于穿越河流、湖泊、建筑物等障礙物;采用導向鉆進技術,管徑可達50~350mm,管線長度一般可達300~400m,深度通常在10m

  以內。在舊管線更換施工中,由于PE 管道的抗刮痕能力,接頭強度高,不易損壞而漏水,或將其損壞,所以其比PVC-U 管道更適合于爆管法施工,尤其是較長管道,而PVC-U

  僅適于短管施工。在管線修復施工中,采用傳統內襯法PE 給水管道很適宜,而PVC-U給水管道則不可用。PVC-U 管材現施工已有頂管施工的事例,這在一定程度上擴大了其用途,而PE

  管材目前沒有此方面應用的統計資料。另外在地形平坦的地區施工,材料和施工費用要比PE少。(六)對于大口徑管材,因PE 熔接時間較長,且熔接技術要求較高,較難保證管道焊接質量;而PVC-U

  管道可采用柔性承插連接,只需手動葫蘆即可,人工素質要求不高,施工速度快,且安裝質量穩定。但PVC-U大口徑管件除風焊外,還需用玻璃鋼復合,工序復雜;而PE

  大口徑管件只需切割后熔接即可工序簡單。Φ50 以下的PE管材的可彎曲性能使其可以連續生產收盤、發運;而PVC-U 管材無論何種口徑,其三倍于PE的彈性模量,使之在一般生產和運輸條件下,是不可能實現收盤、發運的。作為*********給水管,如果是暗敷,中間****不要有接頭,PVC-U

  管材是不能做到,而PE管材是可以做到中間沒接頭,按定尺(Φ50以下的PE 管材每卷長度可達40~120米)要求來生產,施工方便。從經濟的角度來講,少接頭應體現經濟性。(七)、就試壓和使用方面說,PE

  管材因施工經驗還不足,緊急搶修方法遠不如PVC-U 那樣多。

  綜上所述,為了使我廠三種給水管材能得到全面發展,必須為客戶進行多方面考慮,通過性價比等做出最優化選擇,再有堅強的技術和管理后盾,這樣才能保證我們產品****的市場。

  注:公式中參數含義如下

  λ-- 水力摩阻系數;

  Δ-- 管壁****當量粗糙度;

  g-- 重力加速度,m/s2;

  di-- 管內徑,m;

  Re-- 雷諾準數;

  υ-- 平均流速;m/s

  I-- 水利坡降,m/m;

  Q-- 計算流量,m3/s

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