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PVC-U、PE80、PE100三种给水管材在工程应用中的比较

来源:本站     日期:2022-11-20     人气:797

        PVC-U、PE80、PE100 三种管材在目前热塑性塑料给水管材工程应用中所占比例相当大。尤其是PVC-U 给水管材经过几十年的发展,生产技术比较成熟,原料基本国内自给,产品价格相对较低,并且经过市场检验,性能达到国家或国际标准,故此在热塑性塑料管材中极具竞争力。PE80、PE100 给水管材在国内为新兴产品,主要因为其原料均依靠进口,且其价格相对较高,所以尽管其比PVC-U管材具有生产和施工中多方面的优势,仍然发展很慢。但是,相信在不久的将来,随着我国原材料厂家的共同努力,必将开发出我国自有的原料,PE 给水管材也必将取得长足的发展,其多方面的优势也会得到市场的认同。

  首先做工程材料费用比较。假定三种管材的工程外径为Ф160,公称压力为1.0Mpa,查阅我公司PVC-U管材企标数据和PE生产采用的国标数据,三种规格分别为PVC-UФ160×6.2、PE80Ф160×11.8、PE100Ф160×9.5;再据三者近似比重1.44g/mm3、0.95 g/mm3、0.95 g/mm3,则三者参考米重分别为4.647Kg/m、5.583Kg/m、4.581Kg/m 。根据国内市场保守价格,PVC-U、PE80、PE100三种给水管材吨价比约为1:1.22:1.55,对应米价比约为1:1.4:1.5。因此在施工较简单、所需管件较少的地区,单就工程材料费用方面比较PVC-U 管材占优势 。

  其次做一水力计算比较。热塑性塑料管管壁绝对当量粗糙度Δ值很低,一般为0.0015~0.015mm 之间,PVC - U 、PE 管多采用0.003mm。作为给水管,在通常的流速条件下,一般处于水力光滑区,因此管壁绝对当量粗糙度取值的变化在这种情况下,对结果影响非常小(柯列勃洛克-魏特公式:1∕√λ=-21g(Δ∕3.7 di+2.51∕Re√λ))或没有影响(布拉修斯公式:λ=0.3164∕Re0.25,Re 因很小,故Δ∕di 值可略)。基于以上理论,对于PVC-U、PE80、PE100 给水管在应用中,其水利坡降可按下式计算(假设水温为10℃,则υ=1.3×10-6m2/s)I=0.000915Q1.774/di4.774,根据我厂企标数据(其他同种标准雷同),三者在相同公称外径、公称压力下的公称壁厚PE80>PE100>PVC-U,因此在相同给定流量下,水力坡降值PE80>PE100>PVC-U,亦即管道沿程水头损失hf(hf=L×I)为PE80>PE100>PVC-U。因此要保证流量一致,三者所需源动力是不同的;若源动力相同,要保证流量相同,必须使PE 管内径和PVC-U 管内径相同,故PE 管材外径和壁厚必须同时增加,材料费用也相应增加。此方面PVC-U 也占优势。

  再次做材料性能比较。

(一)、PE 管道韧性很好,在实验温度30-3℃条件下,测得三种管材动态断裂韧性KD值与管子尺寸无关,其中PVC-U为1.8MNm-3/2、PE80为2.6 MNm-3/2、PE100为3.5 MNm-3/2,KD值高表明材料耐快速裂纹扩展(RCP)能力高,因此PE 比PVC-U 管材耐突发性开裂能力强。

(二)、PE 耐冲击强度比PVC-U管道高8 倍左右,低温时PVC-U 耐冲击性较PE 更弱,故PVC-U 管道在寒冷地带和冬季搬运及施工时应特别注意,严禁受到冲击或强行弯曲。

(三)、PE 管道具有优异的抗刮痕能力,使其在施工、搬运过程中不易破坏管材外表面,在通水使用过程中,其优良的耐摩性使沙子等不易破坏其内表面。PVC-U材质却存在“刻痕效应”(在试片上划一刻痕,经冲击实验,会发现试片必定在刻痕处断裂),要求在运输和施工中避免受到硬物刻划,尤其是承口突出部位。在埋地时管道四周不得直接与石头、砖头等坚硬物体接触,否则经轮压施压后,压力会集中于石头之接触点,易导致管破裂。另外PVC-U 管道在使用中,其70度倾角磨损质量和体积约为PE 的8~9倍。

(四)、冬季施工时,PE 较低的脆化温度(-70℃),使管子不会发生脆裂。PE 工作温度是-40℃~40℃,而PVC-U管材工作温度是0℃~45℃。

(五)、PVC-U 和PE 管道作为热塑性塑料,其承载能力与工作温度有关,随温度升高,其耐内压能力下降。

  最后做工程施工比较。

(一)、PVC-U 管材挠性不如PE 好,故在施工中PVC-U 管材弯曲敷设半径要比PE 大,这在地形复杂的地区,显然不如PE 便于施工,其所需管件数量也多,整体费用也会大幅提高。

(二)、在冬季和高寒地区施工,PE 焊接只需保证焊接环境稳定和操作参数适宜,即可达到要求的强度;而PVC-U 粘接连接不宜在以下5℃施工,胶圈连接不宜在-10℃以下施工。

(三)、PE 管道最主要的连接方式是熔接连接,包括电熔连接和热熔连接,其因材质相同,接头强度高于本体强度。但PE管道的焊接必须由经过专门培训的焊工进行操作,才能确保合适工作参数下其强度要求。另外在大风的工作环境下,可能因冷却加热板,并导致不均匀温度分布,故可能会对熔接质量有致命的影响,当尘土污染加热板和管端也将会导致接头寿命大为减少。同时不同管材料的熔接要考虑MFR值差异,其值越接近,管道熔接质量越好。尽管如此,PE 焊接仍比PVC-U 焊接操作既简单又保险(不足之处是熔接需要电力)。因为就PVC-U 管的焊接而言,PVC-U管的热熔对接焊的焊接质量稳定,但焊接过程比电熔焊复杂,其材质因原料变化使配方变化较大,故需要控制的参数不易掌握,设备投资也较高;而电熔焊接时,必须使用专门的电熔接头,焊接成本高,且大直径管电熔焊接质量不稳定。所以PVC-U 给水管几乎不使用焊接。不过PVC-U管在使用压力不高,发生泄露情况时,可用PVC-U 焊条进行紧急停水焊接修补。

(四)、PVC-U管在有水情况下可进行胶圈连接,这在雨季或多 雨地区以及管沟有水情况时施工是最理想的,但PE 管却不宜带电焊接施工。

(五)、就施工方法而言,PE 管道特别适用于非开挖工程,因其具有一些独特的关键性质:一体化的管道连接方式,优良的挠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)。优良挠性使得PE 管道走向容易依照施工方法的要求进行改变。如PE采用定向钻进技术,施工速度快,且铺管方向控制准确,管径300~1500mm,管线最大长度可达到1500m,能适应各种地层主要用于穿越河流、湖泊、建筑物等障碍物;采用导向钻进技术,管径可达50~350mm,管线长度一般可达300~400m,深度通常在10m 以内。在旧管线更换施工中,由于PE 管道的抗刮痕能力,接头强度高,不易损坏而漏水,或将其损坏,所以其比PVC-U 管道更适合于爆管法施工,尤其是较长管道,而PVC-U 仅适于短管施工。在管线修复施工中,采用传统内衬法PE 给水管道很适宜,而PVC-U给水管道则不可用。PVC-U 管材现施工已有顶管施工的事例,这在一定程度上扩大了其用途,而PE 管材目前没有此方面应用的统计资料。另外在地形平坦的地区施工,材料和施工费用要比PE少。

(六)对于大口径管材,因PE 熔接时间较长,且熔接技术要求较高,较难保证管道焊接质量;而PVC-U 管道可采用柔性承插连接,只需手动葫芦即可,人工素质要求不高,施工速度快,且安装质量稳定。但PVC-U大口径管件除风焊外,还需用玻璃钢复合,工序复杂;而PE 大口径管件只需切割后熔接即可工序简单。Φ50 以下的PE管材的可弯曲性能使其可以连续生产收盘、发运;而PVC-U 管材无论何种口径,其三倍于PE的弹性模量,使之在一般生产和运输条件下,是不可能实现收盘、发运的。作为小口径给水管,如果是暗敷,中间最好不要有接头,PVC-U 管材是不能做到,而PE管材是可以做到中间没接头,按定尺(Φ50以下的PE 管材每卷长度可达40~120米)要求来生产,施工方便。从经济的角度来讲,少接头应体现经济性。

(七)、就试压和使用方面说,PE 管材因施工经验还不足,紧急抢修方法远不如PVC-U 那样多。

注:公式中参数含义如下
λ-- 水力摩阻系数;
Δ-- 管壁绝对当量粗糙度;
g-- 重力加速度,m/s2;
di-- 管内径,m;
Re-- 雷诺准数;
υ-- 平均流速;m/s
I-- 水利坡降,m/m;
Q-- 计算流量,m3/s
L-- 管材长度,m

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