PE管在市政给水中的应用
给水用PE管(聚乙烯管)自20世纪50年代开始投入使用以来,得到了广泛应用,材料性能也不断改进。70年代后期至80年代末期,先后出现了PE80、PE100等材料,材料性能有了很大提高。我国自90年代以来尤其是近几年,随着外资和先进技术的引进,PE管的生产日趋成熟,2000年5月1日颁布了国家标准《给水用聚乙烯管(PE)管材》(GB/T13663-2000),这为PE管的普及推广奠定了良好的基础。目前在给水工程中,PE管凭其自身独特的优势,越来越受到用户们的青睐。
1 PE管的特性
给水常用PE管一般分PE63、PE80、PE100三个等级,是根据其原料树脂对应的长期静液压强度MRS划分的:PE63为6.3MPa,PE80为8.0MPa,PE100为10.0MPa。PE63管材不宜用于埋地管道,因此城镇给水管道一般选用PE80、PE100管材。管材重量为950~960kg/m3,管径规格20~1000mm,直管标准长度一般为12m,小口径管材(63mm以下)一般以盘管来供应。
与其它管材相比,PE管具有如下特性:
1.1 连接可靠、不泄漏
PE管道主要采用热熔连接或电熔连接,保证接口与管体本身的同一性,实现了接头与管材的一体化,试验证实,其接口的抗拉强度及抗爆破强度均高于管材本体,可有效地抵抗内压力产生的环向应力及轴向的拉伸应力。这就降低了PE管的正常运行、维护和管理费。
1.2 内壁光滑,管道水力条件好,水头损失小
PE管内壁绝对粗糙度K=0.01,而新的钢管、球墨铸铁管K=0.06,金属管道的摩阻系数显然高于PE管,并且会随着时间的推移而逐渐增加,而PE管的K值变化很小。PE管这种光滑的表面和非黏附特性降低了管路的压力损失和输水能耗。
1.3 柔韧性好
断裂伸长率350%以上,可随地形变化,对基础要求较低,增加了对管道基础不均匀沉降的适应能力,并可节省大量的弯头等配件。这种特性增加了它的使用场合和施工方法,除了采用传统的开槽施工外,还可以采用非开挖技术,如顶管、定向钻孔、衬管、裂管等方式进行施工,这对于一些不允许开挖的地段是一个很好的选择。
1.4 重量轻,运输、安装方便
PE管比混凝土管道、铸铁管、钢管轻,其施工不需大型吊装设备,减轻了施工人员的劳动强度。因此PE管一般在沟外焊接成长长的一段后一次放入沟内,故可适当减小管沟的宽度,降低土方工程费用。
1.5 卫生性能良好
PE管加工时不添加重金属稳定剂,材质无毒性,长时间运行后,不结垢,不滋生藻类和细菌,较好地解决了城市饮用水二次污染的问题。化学稳定性好,抗各种酸、碱的腐蚀。
1.6 抗应力开裂性能好
PE管具有较低的缺口敏感性、高的剪切强度和优异的抗痕能力,而且耐环境应力开裂,耐老化性好。
1.7 价格适中
单从管材价格看,DN400以下PE管低于钢管、球墨铸铁管、玻璃钢管,与钢套筒混凝土管相当,DN400以上大口径由于挤压成形的难度较大,生产成本相对较高,价格高于钢管、球墨铸铁管、玻璃钢管、钢套筒混凝土管。但由于PE管质轻,大大降低了安装和土方费用,从综合造价看,DN400以下PE管低于钢管、球墨铸铁管、玻璃钢管、钢套筒混凝土管,管径越小,越明显;DN400以上PE管低于或接近于钢管、球墨铸铁管,稍低于玻璃钢管、钢套筒混凝土管。
2 水力计算
2.1 沿程水头损失
PE管沿程水头损失可按海曾-威廉(A.Hazen,G.S.Willams)公式计算:
h=(10.67Q1.852l/C1.852D4.87) (1)
式中:l ——管段长度,m;
D——管道计算内径,m;
Q——流量,m3/s;
C ——谢才系数。
PE管谢才系数C取150,则(1)变为:
h=9.95×10-4(Q1.852l/D4.87) (2)
2.2 局部水头损失
为简化计算,局部水头损失可按管道沿程水头损失百分比计算:
2.2.1 政管道按8~15%,长距离输水管线时取低限值;
2.2.2 住宅小区、生产区管网按10~20%,根据规模、地形等因素确定百分比的大小。
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