聚乙烯燃气管道系统的可靠性研究 (1)

第３１卷第８期

２０１１年８月

煤气与热力

ＧＡＳ＆ＨＥＡＴ

Ｖ０１．３１Ｎｏ．８

Ａｕｇ．２０ｌｌ

聚乙烯燃气管道系统的可靠性研究

罗

彬，梁瑛，杨海翔

（深圳市燃气集团股份有限公司，广东深圳５１８０４０）

分析了聚乙烯燃气管道系统可靠性的特点，从聚乙烯原料、管材、连接、运行等方面

论述了提高可靠性的方法。介绍了一些新标准，指出制定先进的技术标准并要求相关方严格遵守，是提高聚乙烯管道系统可靠性的有效途径。

关键词：聚乙烯燃气管道；可靠性；标准

摘要：

中图分类号：ＴＵ９９６

文献标识码：Ｂ

文章编号：１０００—４４１６（２０１１）０８—０８０１—０４

Ｒｅｓｅａｒｃｈ

ｏｎ

ＲｅＵａｂｉｌｉｔｙｏｆＰｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅＧａｓＰｉｐｅｌｉｎｅＳｙｓｔｅｍ

ＵＡＮＧＹｉｎｇ，

ｏｆ

ｄｅｓｃｒｉｂｅｄｉｎ

ＬＵＯＢｉｎ，

Ａｂｓｔｒａｃｔ：

ＹＡＮＧＨａｉｘｉａｎｇ

ｇａｓｐｉｐｅｌｉｎｅ

１．Ｉｌｅ池出ｌ畸ｃｈ嗽ｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ

ａｒｅ

ｓｏ

ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ

ｔｅｎｎｓ

ａＩｌｅ

ｓｙｓｔｅｍ

ａＩｅ强ａｌｙｚｅｄ．１＇Ｉｌｅ

ｔｈａｔｅｓｔａｂｌｉｓｈｉｎｇ

ａｒｅ

ｍｅｔｈｏｄｓｆｏｒｉｍｐｍｖｉｎｇｔｈｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ，ｏｐｅＩａｔｉｏｎａｎｄ

ｏｎ．

ｏｆ

ｐｏｌｙｅｔｌｌｙｌｅｎｅ

ｔｏ

ｒａｗｍａｔｅｒｉａｌ，ｐｉｐｅｍａｔｅｒｉ８ｌ，

ｏｕｔ

Ｓｏｍｅｎｅｗ

ｓｔ肌ｄａｒｄｓ

ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．

Ｉｔｉｓｐｏｉｎｔｅｄ

ｔｈｅａｄＶａｎｃｅｄｔｅｃｈｎｉｃａｌｓｔａｎｄａｒｄｓａｎｄｒｅｑｕｉｒｉｎｇｔｈｅｒｅｌｅｖａＩＩｔｐａｎｉｅｓ

ｗａｙｓｔｏｉｍｐｒｏＶｅ出ｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｇａｓｐｉｐｅｌｉｎｅｓｙｓｔｅｍ．

ｓｔｒｉｃｄｙ

ｆｏｎｏｗｔｌｌｅｍ

ｅⅡＩｅｃｔｉｖｅ

Ｋｅｙ、阳ｒｄｓ：

ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ

ｇａｓｐｉｐｅｌｉｎｅ；ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ；

ｓｔａｎｄａ耐

１概述

美国国防部电子设备可靠性咨询委员会（Ａｄｖｉ—Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，简

称ＡＧＲＥＥ）在１９５７年提出：可靠性是指系统在规定

ｓｏｒｙＧｍｕｐｏｎ

可靠性、减少停电事故发挥了重要的作用。电力行业的一些研究方法对于燃气行业以及ＰＥ管的可靠

性研究具有一定的参考意义。

ＲｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆＥｌｅｃｔＩｏｎｉｃ

文献［３］研究了大管径聚乙烯管的生产工艺及设备的重要参数，文献［４］研究了聚乙烯管在燃气输配管道抽换施工中应注意的几个问题，文献［５—６］结合实际城市燃气工程研究了聚乙烯管应用中的具体要求，文献［７］研究了聚乙烯管在城镇燃气中如何保障安全应用的有关问题，上述文献都从不同角度提出了提高聚乙烯管可靠性的方法。

２

的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能

力…７４。自此以后，可靠性理念在各个行业得到了广泛的应用。聚乙烯（ＰＥ）燃气管道系统的可靠性就是指在外部自然环境和内部设计压力等运行工况下，长时间无泄漏持续输送燃气的能力，此处的“长

时间”在工程上一般理解为５０ａ的预期寿命。

供电行业很早就应用了可靠性管理旧Ｊ，电力具有与管道燃气类似的网络输送、安全要求高、持续稳定供应等特点。国内外很多机构都对电力可靠性管理做了大量的研究和实践工作，中国负责可靠性管理的机构是国家电监会的电力可靠性管理中心。该

中心制订了系统的可靠性技术标准，连续１０多年发布当年的电力可靠性指标，对于提升供配电系统的

ＰＥ管的可靠性分析

按照可靠性理论，ＰＥ管的可靠性可以使用可靠

度、失效率、可靠寿命等概率指标来评价…ｍ９０：

可靠度月（ｆ）是指ＰＥ管在设计工况下，在时间ｔ内无泄漏输送燃气的概率，它具有以下性质：

①当ｔ＝０时，Ｒ（ｆ）＝ｌ，即当ＰＥ管刚投入运行时，管道可靠，总能正常工作；

?Ｂ０１?

万方数据

第３ｌ卷第８期

煤气与热力

ｗｗｗ．ｗａｔｅｒｇａｓｈｅａｔ．ｃｏｍ

②当￡＿＋＋∞时，Ｒ（￡）珈，即ＰＥ管的可靠度随着时间延长而逐渐降低，且管道总是要失效的。

失效率Ａ（ｔ）是指已工作到时刻ｔ尚未失效的ＰＥ管，在时刻ｆ后单位时间内失效的概率。

可靠寿命是指当ＰＥ管的可靠度尺（ｔ）等于给定值Ｒ（ｏ＜Ｒ＜１）的时间ｔ。。考虑燃气行业的安全要求高，实际工作中可设定ＰＥ管的可靠度Ｒ（＃）＝ｏ．９７５，此时令＃日＝５０ａ，即在０．９７５的可靠度下，要求ＰＥ管的预期寿命为５０

事实上，ＰＥ燃气管道工业链主要包括ＰＥ原料

ａ。

小组标准产品质量技术要求第１部分：燃气用埋地ＰＥ管材》，并开展了一系列的供应商认证审核工作，

有效提高了ＰＥ管质量。３．２可靠的连接

可靠的连接主要指良好的工程建设质量，包含ＰＥ管道工程的设计、施工及验收等内容。３．２．１最大允许工作压力

液化石油气和人工煤气中存在芳香烃类物质，对ＰＥ材料有溶胀作用，会导致管道耐压能力下降，因此ＰＥ管在输送液化石油气和人工煤气时，最大允许工作压力小于输送天然气时的压力。

另外，ＰＥ管的寿命和承压能力与温度密切相关。因此在进行ＰＥ管道系统的设计时，需要考虑周围环境与管道最大允许工作压力的关系。ｃＪＪ６３＿２００８《聚乙烯燃气管道工程技术规程》提出，如果工作温度在２０℃以上时，则最大允许工作压力应按ＣＪＪ６３中表４．１．５的折减系数进行折减。

工作温度是指管道工作环境（比如地面以下ｌ

ｍ处）的最高月平均温度。往年的最高月平均温度

生产，ＰＥ管材、管件和阀门生产，ＰＥ管道工程的设计、施工及验收，ＰＥ管的运行维护等环节，它的可靠性与整个工业链的各个环节都有关系，该工业链所有环节中任一单元的故障都会导致系统故障（指系统失效，产生安全隐患，导致泄漏），可视为典型的可靠性串联数学模型。

根据串联数学模型的理论，通过提高各个环节单元的可靠性，即通过可靠的材料、可靠的连接、可靠的运行等途径，来提高整个ＰＥ管道系统的可靠性，具体的方法是制定先进的技术标准，并要求相关方共同遵守。

历史数据可以通过当地气象部门查询得知，并可通

过实测当年数据进行比对。如果忽略了温度因素，

３提高可靠性的途径

３．１可靠的材料

可靠的材料主要指性能优异的ＰＥ原料和管材

可能出现管道设计压力超过最大允许工作压力，一旦投产后，将埋下安全隐患。根据时温等效原理，如果已经考虑了温度对ＰＥ管工作压力折减，在其他条件不变的情况，预期寿命不变。

３．２．２最大流速

等。目前ＰＥ管施工中，可能出现管沟回填土中混有石块或非开挖施工（如定向钻穿越）等情况，结果导致在管道局部造成应力集中（例如一个石块顶住管道），或者外表面划伤，造成安全隐患。这个现实

情况推动了抗裂材料ＰＥｌｏｏ—ＲＣ（Ｒｅｓｉｓｔａｎｔ

ｔｏ

管道的允许压力降可由管道系统起点压力与末端调压器允许最小进口压力的差值来决定，但流速应有限制。由于ＰＥ管电阻率较高，管内气体流动时所产生的静电荷会积聚起来，当气流夹带粉尘时，在燃气管道内流动过程中与管壁摩擦将产生静电（即使没有粉尘，纯气体流动时摩擦也会产生静电），而且流速过高会损伤管道内壁。英国气体工程师学会认为，当上游系统有粉尘时ＰＥ管道的设计流速不应大于２０－ｎ／ｓ，当上游系统没有粉尘时ＰＥ管道的设计流速可高达４０－ｌｌ／ｓ；法国燃气公司认为，为减少气流冲刷及降低噪声，工作状态下的流速

不宜超过２０ｔｎ／ｓ；在美国，根据燃气协会（ＡＧＡ）的

Ｃｒａｃｋｓ）的出现，这种材料拥有更好的耐慢速裂纹增

长（ｓｃＧ）等性能。目前欧洲某公司开发的ＨＤＰＥＯｍｎｇｅ就是一种典型的ＰＥｌ００一Ｒｃ燃气专

用混配料，满足德国标准ＰＡｓｌ０７５：２００９—４《非传统

ｘｓｃ５０

安装技术用ＰＥ管：尺寸、技术要求及测试》的要求。相对于目前常用的ＰＥｌ００混配料，采用此种材料生产的ＰＥ管在同样划痕条件下，可靠性更高。

在ＰＥ原料具有优异性能的前提下，燃气企业

对ＰＥ管制造企业提出管材等产品的技术标准，并

开展认证审核工作，可促使其加强产品质量控制。目前北京燃气、中华煤气、成都燃气、广州燃气、深圳燃气等５家燃气企业联合发布了Ｇ５＋ＰＥ００１．１—２００８《燃气企业聚乙烯（ＰＥ）输配系统质量控制合作

资料可推算，ＰＥ管的流速大于２０－ｌｌ／ｓ。

考虑到国内ＰＥ管道工程实际施工中易进入粉尘，ｃＪＪ

６３ｑ００８《聚乙烯燃气管道工程技术规程》

中提出流速不宜大于２０ｍ／ｓ。在水力计算得出管

?Ｂ０２?

万方数据

ｗｗｗ．ｗａｔｅｒｇａｓｈｅａｔ．ｃｏｍ罗彬，等：聚乙烯燃气管道系统的可靠性研究第３ｌ卷第８期径后，需要校核流速。如果管径选择过小，将导致流至破坏：若是韧性破坏，则合格；若是脆性破坏，则不速过大，降低了可靠性。合格。显然Ｇ５＋标准的管材的可靠性更高，这与最３．２．３ＰＥ管的定位与保护新的国际标准Ｉｓｏ“３７《燃气输送用埋地聚乙烯管

由于材料特点，ＰＥ管难以探测定位。现在可采材（ＰＥ）公制系列规范》和欧洲标准ＥＮ１５５５一用探地雷达（ＧｒｏｕｎｄＰｅｎｅｔｒａｔｉｎｇＲａｄａｒ，简称ＧＰＲ）来ｌ《燃气输送用塑料管道系统聚乙烯（ＰＥ）第一探测ＰＥ管，但该方法在实际工程中的应用效果有部分：总则》的要求是相符的。