某大型综合体聚乙烯管道在不同场景下的应用与分析

某大型综合体聚乙烯管道在不同场景下的应用与分析

葛兰英1,2

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

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

表4热熔连接工序用时

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

表6热熔连接班组每日施工成本

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

表8电熔连接主要材料成本

表9热熔连接机械设备成本

表10热熔连接主要材料成本

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.

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