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PE給水管的技術分析

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PE給水管的技術分析

發布日期:2017-01-16 17:29 來源:http://www.pesi1.com 點擊:

一、係統設計

  同其它種類的管道一樣,HDPE管道係統在設計時應綜合考慮埋地條件、流體性質、工作條件、溫度範圍、安裝技術和工程費用等多種設計因素,但其中最重要的設計為強度設計和水力計算兩個部分。
1、強度計算
  聚乙烯管道的工作壓力可由下式計算
  PN=2σse/(D-e)=22σs/(SDR-1)
  其中
  σs=MRS/Fd  這裏:PN=管材公稱壓力  σs=設計壓力,MpaD=平均外徑,mme=最小壁厚,mm    SDR=標準尺寸比  MRS=最小要求強度(20℃,50年),MpaFd=設計係數破壞時間圖另附
  20℃時,MRS、設計應力σs和設計係數之間的對應關係如下:

設計應力σs

(Mpa)

   

最小要求強度MRS(Mpa)

   

10

   

8

   

6.3

   

設計係數Fd

   

8

   

1.25

   

6.3

   

1.6

   

1.25

   

5

   

2

   

1.6

   

1.25

   

4

   

2.5

   

2

   

1.6

   

3.2

   

3.2

   

2.5

   

2

   

  為供水用HDPE管道係統,設計係數Fd一般選擇1.25,對於PE80級別的HDPE管材,對應的設計應力σs為6.3Mpa。例如-SDR13.6的PE80管道,由上式計算可知,該管道的公稱壓力為PN1.0。
  此外,聚乙烯管道的耐壓強度與溫度有關,當管道的工作溫度偏離20℃時,最大工作壓力(Mop)應按下列公式計算:Mop=PN*Ft Ft為溫度折減係數

溫度

   

20℃

   

30℃

   

40℃

   

折減係數

   

1.00

   

0.87

   

0.74

   

2、水力計算
  壓力損失計算
  管道的壓力可按照達西—威斯巴赫公式進行計算:hf=λ(L/d)(V2/2g) 式中: hf=摩擦損失;L=管段長度;dj=管道計算內徑 g=重力加速度;V=平均流速;λ=摩阻係數
  紊流狀態下,摩阻係數λ可由阿裏特蘇裏公式計算:λ=0.11(K/dj+68/Re)0.25 式中: K=管內壁絕對粗糙度(mm),對於HDPE管;K=0.01mm Re=雷諾數;dj=管道計算內徑(mm)
  管件局部阻力水頭損失按下式計算:h=KV2/2g 式中: h=局部水頭損失:m V=水流速度,m/s g=重力加速度,m/S2 K=各種管件的摩阻係數
  常見管件摩阻係數K值如下:

管件類型

   

K值

   

管件類型

   

K值

   

900彎頭

   

1.00

   

閘閥:開

   

0.12

   

450彎頭

   

0.4

   

閘閥:1/4關閉

   

1.00

   

22.50彎頭

   

0.2

   

閘閥:1/2關閉

   

6.00

   

900正三通(主流管方向)

   

0.35

   

閘閥:3/4關閉

   

24.00

   

900正三通(主流管方向)

   

1.20

   

蝶閥(開)

   

0.30

   

  通常在設計過程中,為了簡化設計,局部水頭損失宜按下列管網沒水頭損失的百分數采用:
  *生活給水管網25-30%;
  *生產給水管網,生活、消防共用給水管網,生活、生產、消防共用給水管網均為20%;
  *消火栓係統消防給水管網為10%;
  *生產、消防共用給水管網為15%。
  流量計算
  流量可采用海登—威廉公式計算:Q=0.2785 C dj2.63I0.54 式中: Q=流量  C=海登—威廉摩阻值  dj=管道計算內徑  I=水力坡度
  係數C本質上是一個摩擦因子,下表給出了不同類型和使用年限的管道的C值的大小,由下表可知,在相同的設計條件下,HDPE管道的輸送能力大於其它傳統管材。設計人員可根據高駐地流量的要求確定管道的尺寸大小。
  海登—威廉議程中的C值

C值

   

管道類型

   

150

   

HDPE管道

   

140

   

新的鋼管、玻璃管、石棉管

   

130

   

鋼管、新的鑄鐵管

   

125

   

舊的鋼管

   

120

   

木製扁管、混凝土管、使用4—6年的鑄鐵管

   

110

   

10—12年鑄鐵管、鍍鋅鋼管

   

100

   

13—20年的鑄鐵管、超過5年前的鍍鋅鋼管

   

90

   

26—30年的鑄鐵管

   

60

   

波紋鋼管

   

3、其它相關的設計參數
  其它關於HDPE管道係統的設計參數見下表:

項目

   

單位

   

參數

   

線膨脹係數

   

m/m℃

   

1.4*10-4

   

導熱係數

   

W/mk

   

0.42

   

彈性模量

   

Mpa

   

600-900

   

泊鬆比

   

/

   

0.45

   

軟化點

   

   

126

   

脆化溫度

   

   

-70

   


二、連接技術
   大口徑HDPE壓力管道係統主要采用熱熔對接方式進行連接,小口徑采用熱熔承接連接,當與金屬管道等其它管道連接時,必須采用法蘭連接,小口徑管道也可用鋼塑過渡連接。
·熱熔對接
   熱熔對接是采用熱熔對焊機來加熱端(熱熔對接溫度為210±10℃),待管端熔化後,迅速將其貼合,保持一定的壓力,經冷卻達到熔接的目的。(下圖為連接剖麵圖)



   熱熔對接工藝參照下表執行。尺寸大於90mm的HDPE管均勻可采取熱熔對接方式連接,該方法經濟可靠,其接口的承拉和承壓時都比管材本身具有更高的強度。熱熔對接全過程可由下表表示:
  HDPE管材熱熔對接參數典型值

公稱壁厚
(mm)

   

對接工藝

   

第一步:預熱

   

第二步:熔融

   

第三步:切換

   

第四步:對接

   

預熱壓力:0.15Mpa
預熱溫度:210℃
預熱時的卷邊高度h(mm)

   

壓力:0.01Mpa
預熱溫度:210℃
加熱時間(秒)

   

允許最大切換時間(秒)

   

焊接壓力0.15Mpa
冷卻時間(分)

   

2~3.9

   

0.5

   

30~40

   

4

   

4~5

   

4.3~6.9

   

0.5

   

40~70

   

5

   

6~10

   

7.0~11.4

   

1.0

   

70~120

   

6

   

10~16

   

12.2~18.2

   

1.0

   

120~170

   

8

   

17~24

   

20.1~25.5

   

1.5

   

170~210

   

10

   

25~32

   

28.3~32.3

   

1.5

   

210~250

   

12

   

33~40

   

  采用不同型號的焊機時,上述參數應做相應的調整
·電熔焊接
  采用專用電熔焊接機,通電後輕鬆實現連接要求,連接剖麵圖如下


·鞍形對接連接
  HDPE管道在應用過程中經常會遇到根據實際需要,進行主管分接的問題,傳統的管材必須先切除一段主管然後安裝一個三通來完成分接。
  鞍形三通可采用鞍形對接方式連接,即采用鞍形對接焊麵,直接在主管上連接一個鞍形三通,然後采用配備的切刀切割主管,這樣就完成了主管的分接,施工非常快速。
·鋼塑法蘭連接
  HDPE管道和鋼管及閥門連接時宜采用鋼塑法蘭連接:HDPE管端與相應的塑料支撐環之間可采用熱熔對接方式進行連接,鋼管端與金屬法蘭的連接,應符合相應鋼管焊接的規定;然後采用法蘭片即可完成HDPE管道與鋼管的連接。法蘭連接也適用於HDPE管與HDPE管之間的相到連接。一般而言,HDPE支撐環與HDPE支撐環之間不需要密封圈,但在大尺寸、高壓力工作條件下仍需要添加密封圈。當HDPE支撐環與其它材質(鋼管、鍍鋅鐵管等)的管道進行法蘭連接時,必須使用密封圈。(下圖為連接剖麵圖)



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