市政供水管網系統中聚乙烯管道質量控制分析研究

毛福望，鄭建旭，陳浩，徐萬秀

（1.河南聚塑管道科技股份有限公司，河南　漯河　462000；

2.甘肅省嘉峪關市產品質量計量和特種設備檢驗檢測中心，甘肅　嘉峪關　735100）

市政供水管網系統中聚乙烯管道質量控制分析研究

Study on quality control of polyethylene pipe in municipal water supply pipe network system

毛福望1，鄭建旭1，陳浩1，徐萬秀2

（1.河南聚塑管道科技股份有限公司，河南漯河462000；

2.甘肅省嘉峪關市產品質量計量和特種設備檢驗檢測中心，甘肅嘉峪關735100）

通過對市政供水管網系統中聚乙烯管道生產和供水管網系統的設計、施工及管理等方面的分析研究，針對管網運行中出現的漏水和爆管等質量問題，從聚乙烯管材生產和管網系統的設計、施工及運行管理等方面分析了質量控制的重要性，闡述了每個環節的質量控制節點，希望在聚乙烯管道生產和使用時得到重視。

市政供水；聚乙烯管道；質量控制

國家城市管網的建設是城市化建設的重要組成部分，供水管網可以說就是城市的動脈血管，為居民日常生產生活提供充足的水資源。城市供水管道長度逐年增加，城市供水系統也隨之逐步壯大，城市管網的分布日趨復雜。管網的安全性日益得到供水企業的重視，供水管網的生產、設計、施工、管理等方面的質量控制的要求越來越高。管網爆管的頻發不僅因為一次性漏失量巨大，更重要的是會對群眾的生產生活造成影響，社會輿論壓力很大。可見，如何解決城市供水管網爆管問題和降低因爆管而造成的供水企業人力、物力、財力等成本的損失是管網工程項目涉及各方必須考慮的問題。供水管網系統需要一個安全、穩定的運行環境，爆管事故的發生不僅面臨水資源的浪費，同時引起的次生災害也不容小覷。根據多年管道生產及施工經驗，結合實際情況，對管網系統的安全運行做了以下分析和研究。

1　生產過程質量控制

1.1原料性能

聚乙烯樹脂是由單體乙烯聚合而成，從分子式及分子的結構可以看出，聚乙烯是飽和碳鏈聚合物。高密度聚乙烯是在有機絡合物催化作用下通過常壓或低壓在100℃左右的低溫聚合而成，市政供水管網系統中使用的聚乙烯管道基本上是高密度聚乙烯。熔體指數（Melting Index）是表示聚乙烯樹脂流動特性的一種重要指標，它是在一定溫度和負載下，樹脂熔體通過標準毛細管10 min的質量，單位g/10 min。熔體指數低，樹脂平均分子量大，流動性差，成型加工難度大，但機械力學性能優良，擠出生產聚乙烯管材的樹脂的熔體指數不宜超過0.5 g/10 min。管道衛生性能必須達到GB/T17219—1998標準要求，禁止使用不合格原料生產給水管道。

1.2試驗檢測設備

1.2.1原材料性能檢驗設備

DSH水分快速測定儀 型號：DSH-50-1 分度值：1 mg 上海越平科學儀器有限公司；

熔體流動速率測定儀 型號：XNR-400 承德市開發區德盛檢測設備有限公司；

差示掃描量熱儀型號：DSC-500A 承德市開發區德盛檢測設備有限公司；

臺式干燥箱 型號：202-0 溫度范圍：+10～250℃北京市永光明醫學儀器有限公司；

箱式電阻爐 溫度：1 200℃ 上海東星檢測試驗設備有限公司；

1.2.2管道性能檢測設備

游標卡尺 型號：0-150 0-500分度值：0.02 mm哈爾濱量具刃具有限公司

π尺 型號：0-80 100-225 200-350 300-525 分度值：0.02 mm沈陽市捷佳派尺有限公司；

電子拉力試驗機 XLD-20 承德市世鵬檢測設備有限公司；

管材液壓試驗機 XGY-16 承德市世鵬檢測設備有限公司；

差示掃描量熱儀 型號：DSC-500A 承德市開發區德盛檢測設備有限公司

1.3設備配置

管材擠出生產與原料的選擇及產品的設計同樣重要，如果擠出過程控制合理，管材的性能就會優化，如果工藝溫度和剪切速率不合理，即使原料質量再好，生產出來的管材性能也會降低。硬件配置和生產工藝的穩定性是高品質管材生產的重要因素，壓力管道的生產具有極強的設備依賴性［1］。

聚乙烯管材擠出設備主要包括擠出主機、模具、定徑冷卻裝置、牽引切割輔機及其他配套系統組成，管材的生產是一個連續過程，優質的設備必須綜合平衡各部分的設計，滿足生產優質產品的要求。

1.3.1管材擠出主機

管材擠出主機采用高速高效擠出螺桿，使用屏蔽式單螺桿擠出效果較好，由于屏障式螺桿特有的雙螺旋線結構，可以確保物料均勻塑化，發揮了擠出機的高效低能耗。具有縱向溝槽的強制性進料段的料筒可以滿足擠出量的穩定性。

1.3.2米重控制儀和在線測厚儀

米重控制系統通過電子秤控制落料量來控制管材米重，螺桿轉速和牽引速度的配合可以實現產品壁厚的自動控制。通過超聲波測厚儀對聚乙烯管材進行在線測量，根據測量結果和標準要求比較后對模具進行調整，實現了不停機或者不在管材上打孔就可以對管材的壁厚偏差進行監管。

1.3.3熔體過濾裝置

國家標準［2］規定按照本標準生產管材時產生的潔凈回用料，可摻入新料中回用。但是回收料中的雜質也會對管材的質量造成一定的影響，會在15～20年后導致管道爆裂或破裂［3］，聚乙烯管材擠出時必須安裝熔體過濾裝置，及時過濾熔體中的雜質，保證產品質量。

1.3.4模具

改變傳統的支架式模具結構，鄭建旭［4］等研究發現dn160以下規格可以采用螺旋流道式結構模具，可以很好解決分流式模具支架在聚乙烯管材高速擠出時產生的分流線，而且物料塑化良好。而dn160 mm以上規格的模具普遍選用籃式結構模具，籃式模具的模頭壓力明顯低于其它結構模具，篩籃就像是一個靜態混合器，實現很好的混溶，即使在高擠出量時，物料也可以實現良好的均化，在各種不同物料黏度、擠出量和反壓下，也能獲得令人滿意的高質量管材。合理的模具結構可以保證擠出管材的力學性能。

鄭建旭［5］等在研究處理聚乙烯管材擠出過程中出現的問題時，對原來模具進行聚四氟乙烯噴涂處理后，實現了聚乙烯管材的高速高效擠出，提高了管材外觀質量，消除了口模積料。

1.3.5冷卻定徑裝置

毛福望［6~7］等研究發現改變定徑套的材質和優化進口冷卻結構可以提高定徑套使用壽命和冷卻效果，不銹鋼材質的耐磨性遠優于銅材質，冷卻水路優化可以有效地提高管材冷卻效果和管材生產速度。

1.3.6牽引切割輔機

聚乙烯管材生產線采用多履帶式牽引機，多履帶牽引機穩定性高，不會出現將薄壁管壓扁或打滑現象，可以保證聚乙烯管材擠出的可靠性。聚乙烯管材生產線基本配置無屑切割機，無屑切割機具有高效、無塵、安全、耐用和無噪音的特性，能夠滿足聚乙烯管材生產線節能、高效、環保等要求。

1.3.7其他配套輔機

干燥混料機可以有效地去除原料中的水分和部分灰分，可以保證物料混配均勻，管材性能穩定。自動輸配物料系統可以減少原料二次污染，杜絕物料損耗。管材在線缺陷檢測系統可以對管材進行全部檢測，避免錯檢和漏檢。

管件的質量要求嚴格按照國家標準執行。

1.4生產工藝

聚乙烯管材生產工藝溫度包括主機溫度和模具溫度，另外干燥混料溫度、冷卻定徑水溫、管材下線溫度等工藝溫度也是不容忽視的控制點。工藝參數的確定是一個比較復雜的過程，每個規格的原料或者不同性能的生產設備都存在差異，精準控制工藝參數是管材生產過程中必須做到的。生產企業根據實際生產情況制定工藝規程，對每個工藝控制點進行規范化管理，逐步實現聚乙烯管材生產線的現場管理和遠程智能控制的有機結合，讓工藝控制變得輕松、及時、遠程和全面。

1.5檢驗監督

在線檢驗是企業對產品的檢驗和監督，對產品質量的掌控；出廠檢驗是管材出廠前的抽樣檢測，是對庫存產品性能的檢驗，可以有效地完善產品質量的監督，避免不合格產品流通到工地對管網工程造成經濟損失或形成質量隱患；對批量生產的聚乙烯管材，為確保檢驗產品的質量穩定性，質量技術監督部門或者檢驗部門進行定期抽樣檢驗或按照標準［8］規定進行其它必要的型式檢驗。

2　管網設計質量控制

市政供水管網是城市居民生產生活的基礎，是城市的基礎設施。科學合理的供水管網能夠保證城市居民充足的水壓和用水量，也可以提高管網的使用壽命和減少管網漏失率，從而降低了供水成本。良好的供水管網規劃設計是供水管網安全運行的基礎。

2.1管徑的設計

聚乙烯管徑的確認應根據供水管網整體規劃或專項規劃圖確定，并適當考慮目前用水情況和今后的發展趨勢，要考慮多方面的實際情況，例如新舊城區的區別，居民區與工業區的差異，管網鋪設距離的長短等。

2.2接頭的設計

聚乙烯管材在管網使用中，相同材質聚乙烯管材之間的熱熔連接可以保證管材間或者管材與管件間的安全性。聚乙烯管材與其他材質的管材之間的連接應充分考慮各自的優缺點，剛柔結合，揚長避短，實現管網的無縫連接。

2.3防護設計

市政管網分布在城市的每個角落，任何一個漏點都是一個水災隱患，小區域的地基下陷或者大面積的地震都可能導致供水管網的破壞，更嚴重的情況可能會導致建筑設施損壞和人員傷亡事故的發生。必須根據現場的地基和地質勘察情況結合聚乙烯管材性能，對管材、接口、閥門、井和管網安全裝置進行安全性防護，確保防護的安全、穩定和持久性。

2.4優化設計

市政供水管網優化設計必須立足實際，充分了解城市未來規劃，根據城市發展進度合理設計城市供水管網并合理確定近遠期的供水范圍、城市用水量、供水水源及規格，在布局供水管網時要考慮城市的地理環境，選擇優秀的布局方案。

在現實的優化設計中，要多采用包含管網、泵站投資建設和運行維修等費用的非線性規劃模型，通過數學方法進行管網優化計算，從而使得整個管網系統投資及相應的運行維修費用最低。動態優化方法是目前市政管網設計上比較常用的優化方法，它主要將市政管網管道設計分階段，然后再對每一個階段的管道進行設計，主要有兩個方向：一是節點埋深間隔要小，增加存儲量和時間間隔。二是以管徑為狀態變量，通過流速和充滿度決策。

3　管網施工質量控制

3.1施工前準備工作

根據技術交底進行測量放樣，作出施工具體安排，供水工程需要的聚乙烯管道應符合設計圖要求。復測合格后經工程有關各方簽字后方可進場；施工人員應滿足聚乙烯管道熱熔焊接技能要求；對施工人員進行安全質量技術培訓；對現場施工和檢測機具進行操作性能的確認。

3.2施工方案及技術措施3.2.1供水管道施工準備

供水管道施工前應認真做好各項準備工作和管線測量放樣，調查各項施工條件，以保證施工合同的順利進行。

3.2.2溝槽開挖和管道鋪設

溝槽開挖采用放坡槽開挖，采用機械方法輔以人工方法修整槽底。按照《給水排水管道工程施工及驗收規范》（GB50268—2008）規定及要求，溝槽開挖完成后，根據實際情況及時做好土方堆放、溝槽支持及溝槽排水處理等方面工作。

槽底檢驗合格后，聚乙烯管材運至現場，嚴格按照產品標準進行檢驗，不符合標準的不得使用。裝卸及鋪設管材時禁止拋管，管道底部應和地基全部接觸。聚乙烯管道焊接工藝要求應嚴格按照相關技術標準及規定執行，參考管道企業、焊機廠家及有關施工規范的技術資料做好焊接前的準備工作。

目前檢驗聚乙烯管道焊接質量只有壓力檢測法，即對焊好的聚乙烯管道系統施加一定的水壓并保壓一段時間，觀察有無泄漏和壓降來評定聚乙烯管道焊接質量，這種檢測方法有不足之處，期待新型的檢測技術運用到聚乙烯管道焊接質量檢測方面，比如超聲波技術［9］。

3.2.3閥門井的砌筑施工

閥門井的砌筑施工必須保證灰漿飽滿，灰縫平直，不得有通縫，壁面處理前必須清除污物、浮灰等。井內壁采用20 mm厚1∶2.5水泥砂漿抹面。遇地下水時，井外壁用20 mm厚1∶2水泥砂漿座漿，井蓋頂面與地面平。鑄鐵井蓋及座圈必須安裝平穩，位置正確。砂漿機械拌合，隨拌隨用。閥門井的施工嚴格按照設計圖紙施工，杜絕人為因素影響。

3.2.4管道試壓

聚乙烯管道試壓采用水壓試驗，試壓過程及標準嚴格按照《埋地聚乙烯給水管道工程技術規程》相關條款執行。

3.2.5溝槽回填

供水管網工程水壓實驗結果合格，經隱蔽工程驗收合格，應及時回填，以免涼槽過久造成塌方擠壞管材。雨季施工易產生泡槽、漂管或造成回填作業困難。管線驗收合格后方可進行回填施工，且回填盡可能與溝槽開挖施工形成流水作業。溝槽管道基底回填嚴格按照《埋地聚乙烯給水管道工程技術規程》相關條款執行。

3.3雨季施工

雨季從事供水聚乙烯管道施工時，應特別注意防止管道漂浮形成的破壞。嚴禁在降雨時進行聚乙烯管道熱熔焊接施工；管網施工預留口的封堵也是應該注意的。

4　管網運行管理控制

4.1科技創新

供水管網管理單位采用先進的科技手段，包括現場數據采集、分析、計算及儲存的配置、網絡通訊等內容；網管擠出技術資料應包括檔案、臺帳、現狀資料；管網運行狀況包括管網GIS系統、GRS系統、SCADA系統、管網數學模型；管網維護的動態管理包括管道與設備的維護、檢修等環節的動態資料。

4.2制度完善

供水企業應該完善以下管網管理制度：管道、閥門及儀表的巡視、清洗、檢漏、維修、爆管搶修的日常維護制度；管道、閥門、閥井等設備與設施的資產管理、維護檢修、更新改造制度；管網GIS系統、GRS系統、SCADA系統、管網數學模型維護管理制度；管道并網運行管理制度；管網水質管理制度；管網運行的調度管理相關制度。

4.3技能培訓

管網管理人員應在上崗之前接收職業道德和業務技能培訓，并經考核合格方可上崗，逐步培養管理人員的管網安全運行質量意識。

5　結論

市政供水管網是城市居民生產生活的根本，是城市的基礎設施。管網工程的每一個環節都是管網系統質量控制的關鍵部位，通過對市政供水管網系統中聚乙烯管道生產和供水管網系統的設計、施工及管理等方面的分析研究，針對管網運行中出現的漏水和爆管等質量問題，從聚乙烯管材生產和管網系統的設計、施工及運行管理等方面分析了質量控制的重要性，闡述了每個環節的質量控制節點，希望在聚乙烯管道生產和應用時得到重視。

［1］ 沈華，劉金義，孫劍波.聚乙烯壓力管材的生產過程控制［J］.塑料工業， 2003，（2）:31.

［2］ GB/T13663—2000給水用聚乙烯（PE）管材，2001-05-01:3.

［3］ 沈華，劉金義，孫劍波.聚乙烯壓力管材的生產過程控制［J］.塑料工業， 2003，（2）:32.

［4］ 鄭建旭，徐萬秀.聚乙烯管材的高速擠出技術［J］.橡塑技術與裝備， 2015，（20）:100～101.

［5］ 鄭建旭，徐萬秀.聚乙烯管材的高速擠出技術［J］.橡塑技術與裝備， 2015，（20）:100～101.

［6］ 毛福望，鄭建旭，李世杰，等.聚烯烴管道成型定徑套，中國，ZL201520589699.X. 2016-03-16.

［7］ 毛福望，李世杰，鄭建旭，等.一種優化冷卻水路的聚烯烴管道成型定徑套，中國， ZL201520589564.3.2015-12-16.

［8］ GB/T13663—2000給水用聚乙烯（PE）管材，2001-05-01:11.

［9］ 徐家怡，王麗.聚乙烯管道焊接接頭的超聲波檢測［J］.煤氣與熱力， 2012，（12）:29～31.（R-03）

TQ325.12

1009-797X（2016）18-0061-04

BDOI:10.13520/j.cnki.rpte.2016.18.016

毛福望（1973-），男，助理工程師，主要從事高分子材料加工技術的研究及相關管理工作。

2016-07-11