1 上海市安装工程集团有限公司 200080; 2 上海机电工程智能化控制及系统调试工程技术研究中心 200080
摘要:基于聚乙烯管道的理化性质及良好的应用前景,本文对PE管不同连接方式进行分析,结合工程实例,对复杂环境下PE管的施工工艺进行研究,灵活选择不同的连接方式。通过有针对性的选用不同场景下的管道连接方式,充分发挥PE管的性能,保证管道连接质量的同时提高了施工效率,减少了人工浪费,以期产生良好的社会效益与经济效益。
关键词: PE管道;热熔连接;电熔连接;施工工艺
中图分类号:TU81
聚乙烯管道(polyethylene,后简称 PE管)是近年来常用的给排水管道材料,它是一种非极性、结晶度高的热塑性树脂(受热易变形)。原态的聚乙烯外表呈乳白色,在微薄截面呈一定程度的半透明状[1]。PE成型后具有抗震、耐腐蚀,无毒无污染等特点[2],其优异的性能特性可以很好的满足不同介质、不同工况下的设计要求,适用于大多数应用场景。直至今日,PE管已然成为应用最为成熟的塑料压力管之一。
本文对以前海合作区区域集中供冷6号供冷站项目为背景,对不同应用场景下PE管的连接方式进行研究分析,以确保PE管道的安装施工达到最佳水平,达到减少安全隐患,节约施工成本的目的,并为之后类似的管道工程施工提供参考。
1.项目概况
前海合作区区域集中供冷6号供冷站位于前海合作区前湾片区09-06-09地块内,冷站总建筑面积约13682.10㎡。本项目采用双路独立市政自来水管进行冷却水池补水,设置2套补水装置,同时在地下室设置补水水池,补水池的容积1125㎡(150㎡*7.5m),需要满足信息枢纽中心空调满负荷12小时补水量要求,其中含有大量的PE管线连接工作量。
2. PE管应用特性分析
相较于常见的非金属管材(例如PP管和PPR管), PE管在同等级下耐磨性较高。而相较于传统的排水铸铁管、球墨铸铁管相比,PE管具有耐腐蚀,连接方便,抗震能力强等的特点[3],因此近年来被各类民用工程采用。下面将对PE管的性能及应用进行特点分析,详见表1。
表1PE管性能分析
3.PE管连接方式分析
随着科技的发展,PE管道衍生出多种连接方式,其主要的连接方式有热熔对接连接、热熔承插连接、电熔承插连接,与设备、阀门连接常规采用法兰连接,其中电熔连接与热熔连接因为操作简单、焊缝质量高等特点,广泛应用于建筑给水和排水工程中。本文着重对PE管的热熔连接与电熔连接进行对比分析,两者的技术特点对比如表2所示。
表2 技术特点分析
连接方式 技术特点 | 热熔连接 | 电熔连接 | |
热熔承插 | 热熔对接 | ||
适用范围 | 管径63mm及以下可以埋地 | 管径大于63mm可以埋地 | 所有规格均可以埋地 |
综合造价 | 高(需要热熔承插管件) | 低(无需配件) | 高(需要热熔承插管件) |
环境及人为影响 | 较大 | 较大 | 较小 |
质量检测 | 目测 | 超声波 | 超声波 |
3.1电熔连接
3.1.1工艺原理
电熔连接通过管件内侧的电阻丝通电后产生热量,将管材与电熔件间的贴合面融化,聚乙烯材料在加热融化过程中膨胀产生压力,使管道间的连接紧密可靠,最后冷却后一体成型。
图1电熔连接工艺流程图
3.1.2技术要点
(1)焊接前需将连接部位擦拭干净,防止杂物进入焊接头中影响焊接质量,并在管材插入端划出插入深度的标记线,保证管道插入深度安装到位;
(2)管材插入至深度标记线位置后,需要检查尺寸配合情况,防止施工作业中使用与管材型号不匹配的电熔配件进行连接,导致接头质量不合格;
(3)电熔冷却成型期间,不允许向连接件施加任何外力,防止管道移动导致焊接质量不合格。
图2 PE管道电熔连接示意图
3.2热熔连接
3.2.1工艺原理
热熔连接是将连接的管材在连接前,对热熔断面进行铣削使其表面光滑平整,再使两端面与一个预热好温度的加热板上进行接触换热,在管材端面吸收一定的热量后,抽出热熔板并同时给融化管材施加一定压力,使连接管材的熔化处紧密接触,最终冷却连接成型。
图3 热熔连接工艺流程图
3.2.2热熔承插连接
管道在吸热对接时会产生翻边,小管道因其管壁厚度有限,不能采取倒角的方式对翻边PE进行预留。倒角后管道内部会产生3~5mm的凸缘高度,将影响管道连接处的水流断面积,使管道流量减小。所以在管内径小于40mm时宜采用承插进行接驳。
图4 热熔承插连接示意图
3.2.3热熔对接
其原理是由热熔对焊机对管道、管件端口进行加热,在PE管吸热至熔融状态下将管道接口进行融合。大管径的PE管道加热时,承插的加热板很难做到均匀加热,所以在进行大管径的PE管道热熔连接作业时只能采用热熔对接的连接方式。
图5 PE管道热熔对焊机
3.2.4技术要点
(1)在连接前要做好技术交底,避免采用不同材质、品牌、壁厚的管材和管件混用;
(2)在加热融化前,需要对管材端面进行铣削,因此在管材准备时,需要预留出10mm~20mm的切削裕量;
(3)切换加热板的时间越短越好,迅速使两端面接触相粘并加压,保持压力不变,使接口缓慢冷却,冷却时间长短以卷边成型,温度降至自然温度为准。
4工程应用与分析
4.1室外管道施工
(1)在室外管道埋设作业中,优先选用热熔对接,但需要注意对接焊机的放置位置,避免在管道焊接时发生下陷,影响焊接口密闭性;
(2)在布置对焊机前需要对地基进行承载力试验,在承载力不足时,使用石渣进行填筑,并冲击夯实,直到地基承载力满足设计需求后才使用粗砂进行铺设;
(3)管道安装完成后,对此处混凝土进行包管并取样,及时回填避免雨水进入管沟,导致管材上浮,造成其他构筑物损坏。
4.2室内空间受限情况下施工
(1)PE管在狭小空间施工时,应优先使用电熔连接。在使用电熔机时,尤其需要注意作业安全,使用前需进行安全检查,以免漏电事故发生;
(2)若使用电熔承插配件也不能达到分支间距要求时,应该及时与设计沟通,更改原有管线走向在影响程度最小的情况下满足设计要求,或采用其他管材配件代替;
(3)背景工程中,在卫生间管道检查井的排水管采用了PE管与铸铁管通过钢塑转换接头连接,从而解决了因设备间距离过小,电熔套筒无法安装的难题。
4.3室内埋地排水管施工
(1)室内埋地排水管施工,根据施工空间优先使用热熔连接,为减少建筑物沉降产生的影响,现场对管道下方垫层土壤进行多次夯实后,可采取混凝土包封的方法保护底板下方的管道;
(2)考虑到混凝土包封和建筑物的沉降不一致,在与设计沟通并确认其可行性后,采用比图纸中型号大一个规格的套管进行预埋,使其预留出充足的沉降空间;
(3)大底板浇筑一次成型后,需加强管道的成品保护,预防管道发生堵塞破坏等情况发生。
5.施工效益分析
以两根DN200,长5m,壁厚为11.2mm 的PE管道进行接驳为样板,分别采用电熔连接和热熔对接,对两种连接方式的时间成本、人工成本、机械设备成本以及材料成本进行综合分析:
表3电熔连接工序用时
焊接工序 | 铣削端面 | 对正画线 | 对接到位 | 通电焊接 | 冷却成型 | 设备转移 |
工序用时(min) | 5 | 3 | 5 | 10 | 20 | 2 |
时间占比 (%) | 12 | 6 | 12 | 22 | 44 | 4 |
合计 | 45min |
表4热熔连接工序用时
焊接工序 | 铣削端面 | 管道固定 | 加热融化 | 切换接驳 | 冷却成型 | 设备转移 |
工序用时(min) | 5 | 5 | 2 | 0.25 | 15 | 10 |
时间占比(%) | 13.5 | 13.5 | 5.4 | 0.6 | 40 | 27 |
合计 | 37min15s |
由图3可知,使用电熔连接方式总用时为45min,由图4可知,热熔连接方式总用时为37min15s,对比表3和表4可知,两种连接方式的主要耗时均发生在冷却成型阶段,电熔连接时电熔连接应套管包裹,连接情况不能直接目测,耗时20min;热熔对接时,两管道裸露在空气中自然冷却速度较快,耗时15min。在设备转移过程中,热熔设备转移耗时10min远大于电熔设备转移耗时2min,耗时相差5倍之多。在增设班组,多工作面同时施工的情况下,该项工序对时间成本影响将更加明显。
表5电熔连接班组每日施工成本
人员类型 | 管理人员 | 管道工 | 焊接工 | 维修电工 | 普工 | 吊机工 |
人数(人) | 2 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
单价(元) | 600 | 650 | 720 | 500 | 300 | 500 |
总价(元) | 1200 | 650 | 720 | 500 | 300 | 500 |
合计(元) | 3870 |
表6热熔连接班组每日施工成本
人员类型 | 管理人员 | 管道工 | 焊接工 | 维修电工 | 普工 | 吊机工 |
人数(人) | 2 | 2 | 1 | 1 | 2 | 1 |
单价(元) | 600 | 650 | 720 | 500 | 300 | 500 |
总价(元) | 1200 | 1300 | 720 | 500 | 600 | 500 |
合计(元) | 4820 |
对比表5和表6,电熔连接方式的人工成本优于热熔连接,热熔连接班组的因设备体积和重量都较大,在设备转移时,需要增加普工搬运。电熔设备十分轻便(大约15kg),电熔设备可连接多种管径,可实现单人操作。两种连接方式每日的人员成本相差950元。
表7电熔连接机械设备成本
机械、设备类别 | 移动电箱 | 电熔焊接机 | 吊管机 | 坡口机 | 切削刀具 |
数量 | 2台 | 1台 | 1台 | 1台 | 2套 |
单价(元) | 1200 | 5100 | 1300 | 1500 | 500 |
总价(元) | 2400 | 5100 | 1300 | 1500 | 1000 |
合计(元) | 11300 |
表8电熔连接主要材料成本
材料类别 | DN200 PE管 | 管道夹具 | 电熔套管 |
数量 | 5m*2根 | 1套 | 1个 |
单价(元) | 85 | 2000 | 200 |
总价(元) | 850 | 2000 | 200 |
合计(元) | 3050 |
表9热熔连接机械设备成本
机械、设备类别 | 移动电箱 | 热熔焊接机 | 吊管机 | 坡口机 | 切削刀具 |
数量 | 2台 | 1台 | 1台 | 1台 | 2套 |
单价(元) | 1200 | 6000 | 1300 | 1500 | 500 |
总价(元) | 2400 | 6000 | 1300 | 1500 | 1000 |
合计(元) | 12200 |
表10热熔连接主要材料成本
材料类别 | DN200 PE管 | 管道夹具 | 普通套管 |
数量 | 5m*2根 | 1套 | 1个 |
单价(元) | 85 | 2000 | 80 |
总价(元) | 850 | 2000 | 80 |
合计(元) | 2930 |
根据表7至表10,对比两种连接方式的机械成本和材料成本,其电熔连接的机械费用为11300元,热熔连接的机械费用为12200元,电熔设备比热熔设备高出900元/组。电熔连接使用的配件成本较为昂贵,根据市场采购行情相同规格的电熔配件价格在普通承插配件的2~3倍区间浮动。如果全部采用电熔配件进行连接,管道工程的造价会大幅度提高。
6.结论
基于聚乙烯管道良好的应用前景,依托深圳前海供冷站项目,对PE管道不同场景下的连接方式进行研究。综合建设中的人员、机械和材料成本分析得出以下结论:
(1)在室外管道埋设作业中,管道连接方式根据安装空间而定,优先选用热熔连接;
(2)在狭小空间内进行PE管道施工优先选择电熔连接,电熔焊机轻便能够提升施工效率;
(3)由于电熔套管的价格高昂,热熔连接相比电熔连接更适合大面积施工。
深圳前海供冷站项目根据现场的实际情况灵活采用不同的连接方式,采用工厂预制,运输现场拼接的方法,有效的减少热熔焊接设备在转移搬运中的耗时,减少了电熔配件的使用,节约人工费约20%,材料费10%,综合节约成本235万元。
参考文献
[1]陆刚.聚乙烯塑料性能特点及其注塑工艺详解[J].塑料包装,2017,27(06):51-54+42.
[2]王玉,吕珂.PE管的工程性能分析[J].水利技术监督,2021(11):114-116+156.
[3]黄寅,陈川.小井沟支渠管道安装质量控制要点探析[J].四川水利,2022(S2):59-61+80.
1