埋地聚乙烯管材使用壽命的影響因素和解決方法

鞠磊

摘要：本文總結了影響埋地聚乙烯管材使用壽命的幾種原因，并闡述了現如今如何才能夠提高聚乙烯管材埋地的使用壽命。

關鍵詞：埋地、聚乙烯、使用壽命

Abstract：This article aims to analysis the reasons for the life which begin from put in using. And list some points which can extend the using lives of the HDPE pipes that buried under the ground.

Key words： Buried underground、 Polyethylene、Using lives

介紹：

HDPE的塑料埋地管材因為其使用壽命長，耐腐蝕以及連接方式易于操作，現在被廣泛應用于燃氣和飲用水的輸送。因為是埋地管道，所以管材的使用壽命至關重要。現如今影響管材使用壽命的因素大致有如下幾類：原材料性能和管材鋪設時的焊接不規范

原材料性能：

HDPE管材的原材料對管材本身的質量影響很大，通常在PE100+協會里所列出的原材料的性能差異并不是很大，但是如果原材料在加工是混有回料，就會降低管材的使用壽命，當然，回料的品質與回料和混配料的混合比例，對壽命的影響也是很大，過早失效通常與降解反應引起的PE性能變化有關，這可能導致機械性能下降并導致快速失效。可導致PE管道快速降解。特別地，經歷快速降解的化學部分例如過氧化物和氫過氧化物基團的存在會特別有害。在擠出過程中，可能會發生第一個熱機械降解步驟，其降解程度取決于加工參數，因為回料本身會與空氣中的氧氣過多接觸，這樣在二次加工成型的過程當中，會形成二次氧化，并且未摻回料的混配料也會由于二次回料導致本身產品抗氧化性降低，會加速聚乙烯的老化，會在管材表面形成麻點或者細小裂紋，久而久之，加上管材內部壓力的影響，管材會發生慢性開裂的情況。[1]

因此對于回料的使用，可以通過適量加一點抗氧化劑來減緩管材的老化，但抗氧劑的使用同時也會降低管材的物理機械性能，例如管材的斷裂伸長率。最有效的方法就是，在高要求的施工條件下，盡量減少回料的使用，才能夠有效的提高管材的壽命。

管材的熱熔對接：

在HDPE管材熱熔連接時，首先采用加熱板對管材的端口進行加熱融化成熔融狀態，然后在通過相互擠壓，在進行保壓融合冷卻固化后完成操作，操作比較簡單，但是其中有很多細節可能被忽略，加熱板的溫度，加熱時間和保壓時間可以通過調節來控制，但是因為一般施工都在現場，因此客觀環境對焊接的規范性提供了很大的挑戰，若管材露天堆放很久，會導致水分進入管材端口上，焊接會出現氣孔現象，如圖1所示，這可以根據CJJ63的方法，剖開焊接口的卷邊，觀察內口是否有氣孔。在加熱板加熱過程中，若加熱板上有泥沙顆粒在焊接過程中，泥沙顆粒會進入管材的焊縫當中，形成氣孔，管材的對熔焊接就會形成缺陷，并且因為大口徑管材的熱熔對接時全自動操作的設備未能夠普及，在施工過程當中，若操作不當，會形成冷焊或者虛焊。可以通過管材的破壞性拉伸試驗來檢測焊縫是否完好，

但這種方法屬于破壞試驗，對施工檢測不現實;還有一種方法，通過超聲波進行無損探傷，如圖3

通過超聲波的探傷能夠準確掃描出管材與管件的焊接存在的缺陷示意圖，從而運用CAE軟件ABAQUS來計算缺陷的大小，從而可以判定管材與管件的熔接性是否影響到埋地管材的使用壽命！

管材與管件的電熔連接

HDPE管材連接的方式是，管材削皮0.2mm左右，酒精擦拭完管件內壁，保證管件內壁沒有泥沙顆粒和其他雜質，最后根據管件表面的焊接條碼進行焊接，觀察管件的觀察孔是否冒出，是判斷管件是否焊接好的標志之一，當然由于管材與管件之間的尺寸差異，會導致管材管件連接時的間隙會偏大，雖然焊接之后的觀察孔也會冒出，但是這時候也有可能會形成虛焊。通常檢驗管材與管件焊接質量的方法是擠壓與剝離，來判定焊接是否合格，當脆性剝離（如圖6所示）百分比小于等于33%時，產品是判定為合格，這種判定方式廣泛應用于實驗室，對現場施工的檢查現在還是通過氣壓檢測，但這種方式對于電熔的很多焊接缺陷無法檢測到，例如：50%的虛焊，還有焊接區域存在顆粒以及氣孔等。

英國TWI[4]焊接評定協會現在是利用超聲波的方法進行焊接探傷，這種方法利用超聲波遇到不同的介質會產生回波，從而能夠判定電阻絲所在的焊接區域，焊接是否完全，電阻絲是否存在并合，從而通過ABAQUS計算應力的大小，去判定區域是否會發生應力集中，導致在使用過程中發生裂紋，從而慢性開裂，影響壽命。這種方法能夠在不破壞的情況下，檢測每個焊接口的質量，保證焊接區域的質量達到相關使用標準。

總結：

埋地聚乙烯管材的使用壽命，不僅會影響到經濟效益，還會影響到用戶的使用安全。

原材料對于聚乙烯管材的使用，可以減少回用料的使用，從源頭上增長HDPE埋地管材的使用壽命。

對于熱熔焊接和電熔焊接的管材管件，一方面加強對施工人員的技能培訓，可以逐步推行焊口的超聲波檢測，采用抽檢的方法，進行檢測。

參考文獻

1、T.J. Blomster， M. Stanimirov Continuously extruded long length polyethylene pipes for seawater intakes and marine outfalls Desalination 166 （2004） 2 75-286

2、CJJ63-2018 Technical standards for polyethylene gas pipeline engineering

3、Shuxin Han， Fuyong Xia， Haiyun Chen， The Ultrasonic detection for the buried gas Pipes Joint， China Special instrument Committee. 310003

4、Mike Troughton， Chris Brown， Joachim Hessel， Marco Poivano. Comparison of long-term and Short tests for electrofusion joints in PE pipes. Ref： coop-ct-2003-507376