聚乙烯管道及其增強(qiáng)復(fù)合管道在實(shí)際工程應(yīng)用中的問(wèn)題

李紅偉，章勇鋒，齊武軍，阮剛勇，阮瀝波，方宇超

（浙江閏土股份有限公司，浙江 紹興 312300）

0 前言

中國(guó)市場(chǎng)擁有全球最大的聚乙烯產(chǎn)能，占全球聚乙烯總產(chǎn)能的比重超過(guò)20 %［1］。利用聚乙烯生產(chǎn)出的各種管道具有耐腐蝕、流動(dòng)阻力小、安裝方便、生產(chǎn)耗能少、可回收利用、環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)，正在不斷地被工程界所推廣應(yīng)用［2］。聚乙烯管道早期主要應(yīng)用于給水和燃?xì)庀到y(tǒng)中［3?5］，經(jīng)歷多年使用經(jīng)驗(yàn)的積累，形成了相對(duì)完善的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，近年來(lái)聚乙烯管道的研究愈發(fā)成熟穩(wěn)定，也逐步應(yīng)用于核工業(yè)中［6?9］，并且形成了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。由于純聚乙烯管道耐溫耐壓性能不強(qiáng)，無(wú)法滿足更多工況的應(yīng)用，各行各業(yè)又迫切需要利用聚乙烯極佳的防腐性能，因此逐步發(fā)展出了增強(qiáng)聚乙烯管道，目前增強(qiáng)聚乙烯管道在污水，油氣混合物，輸送腐蝕性氣體、液體、固體粉末的工藝管，海水淡化等領(lǐng)域已經(jīng)應(yīng)用得比較充分，由于城建、石化、化工等行業(yè)呈現(xiàn)出差異化需求，因此增強(qiáng)聚乙烯管道結(jié)合行業(yè)特點(diǎn)形成了各自的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，呈現(xiàn)出“百花齊放”的狀態(tài)。

聚乙烯及其增強(qiáng)復(fù)合管道的應(yīng)用范圍在不斷拓展，隨著技術(shù)的發(fā)展，在工況相對(duì)溫和的應(yīng)用領(lǐng)域中，“以塑代鋼”必然會(huì)成為一種趨勢(shì)。聚乙烯及其增強(qiáng)復(fù)合管道的產(chǎn)品執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了其應(yīng)用范圍，同時(shí)揭示了其在工程應(yīng)用領(lǐng)域中的局限性。本文率先系統(tǒng)性地介紹了聚乙烯及其增強(qiáng)復(fù)合管道的產(chǎn)品執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)；再?gòu)钠渑c傳統(tǒng)金屬管道對(duì)比中著手介紹其優(yōu)缺點(diǎn)；最后從材料本身、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)以及其相應(yīng)的設(shè)計(jì)施工規(guī)范三方面入手對(duì)其在工程實(shí)踐過(guò)程中所存在的具體問(wèn)題進(jìn)行闡述并提出相應(yīng)的建議。

1 聚乙烯及其增強(qiáng)復(fù)合管道執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)

目前，工程上應(yīng)用聚乙烯管道可以大致劃分為聚乙烯管道和增強(qiáng)聚乙烯復(fù)合管道。增強(qiáng)聚乙烯復(fù)合管可以分為鋼骨架增強(qiáng)聚乙烯復(fù)合管和纖維增強(qiáng)聚乙烯復(fù)合管，其中鋼骨架增強(qiáng)聚乙烯復(fù)合管又可以細(xì)分為鋼絲焊接骨架增強(qiáng)聚乙烯復(fù)合管、鋼板網(wǎng)骨架增強(qiáng)聚乙烯復(fù)合管以及鋼絲纏繞骨架增強(qiáng)聚乙烯復(fù)合管。

管件可以分為聚乙烯管件和增強(qiáng)聚乙烯復(fù)合管件。增強(qiáng)聚乙烯復(fù)合管件又可以細(xì)分為鋼板網(wǎng)骨架增強(qiáng)聚乙烯復(fù)合管件以及鋼絲網(wǎng)骨架增強(qiáng)聚乙烯復(fù)合管件。

不同執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)下聚乙烯管道（管件）及增強(qiáng)聚乙烯復(fù)合管道（管件）對(duì)比見(jiàn)表1。

表1(續(xù))

通過(guò)表1 對(duì)比可以得出如下結(jié)論。一是聚乙烯管道目前主要以國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為主，適用于給水和燃?xì)狻＞垡蚁┕艿雷钤绱笠?guī)模適用于給水管道，給水系統(tǒng)的特點(diǎn)是壓力低、腐蝕性小、危險(xiǎn)性小，因此GB/T 13663.2—2018 形成相對(duì)完善的壁厚系列SDR9/11/13.6/17/21/26/33/41，總體使用系數(shù)一般取1.25，標(biāo)準(zhǔn)中直接提供了對(duì)應(yīng)的壓力，例如PE100、SDR11對(duì)應(yīng)公稱壓力1.6 MPa 級(jí)別，在實(shí)際使用過(guò)程中主要考慮溫度影響，應(yīng)用非常廣泛和方便。

GB 15558.1—2015主要適用于燃?xì)夤艿溃捎谔烊粴庖兹家妆ｋU(xiǎn)性相對(duì)較大，屬于壓力管道范疇，因此其設(shè)計(jì)過(guò)程中需要考慮耐快速裂紋擴(kuò)展性能的影響，同時(shí)還需要考慮燃?xì)庵幸恍┯泻Τ煞謱?duì)管材性能的不利影響，其壁厚系列主要可以分為SDR11/17/21/26，總體設(shè)計(jì)系數(shù)不小于2。由于天然氣危險(xiǎn)性較大，并且其可壓縮，輸送流速也比液體要大得多，因此目前其公稱直徑最大為630 mm，比給水用聚乙烯管道直徑范圍小。

GB/T 40967—2021 主要適用于核電冷卻水及一般壓力輸水，早年設(shè)計(jì)的核電冷卻水系統(tǒng)主要以金屬管道等為主，腐蝕、結(jié)垢比較嚴(yán)重，近年來(lái)逐步采用聚乙烯管道進(jìn)行替代，國(guó)內(nèi)已經(jīng)逐步展開(kāi)了大規(guī)模的研究并應(yīng)用于實(shí)踐［10?11］。在核電廠用聚乙烯管道國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)方面，美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)更加完善，因此與GB/T 13663.2—2018 和GB 15558.1—2015 主要借鑒ISO 體系不同，GB/T 40967—2021 主要借鑒了ASME 標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合國(guó)內(nèi)實(shí)際，其管道外徑出現(xiàn)了IPS 系列和ISO系列，壁厚系列分別為DR7/911 和SDR7.4/9/11，原材料方面也分別參照了ASTM 標(biāo)準(zhǔn)和ISO標(biāo)準(zhǔn)。由于核電廠供水對(duì)安全性要求比較高，因此其設(shè)計(jì)因子取0.63（即相當(dāng)于總體設(shè)計(jì)系數(shù)取1.6），如果用于核安全級(jí)管道，設(shè)計(jì)因子取0.5（即相當(dāng)于總體設(shè)計(jì)系數(shù)取2.0）。

CJ/T 358—2019 主要用于城建工程給水和燃?xì)猓趯?shí)際施工過(guò)程中會(huì)面臨許多非開(kāi)挖工程的需要，因此城建行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展出了非開(kāi)挖工程用聚乙烯管道的標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)在原材料選用上更加嚴(yán)苛，對(duì)其耐候性提出了更高的要求，更加能夠適應(yīng)行業(yè)發(fā)展的需要。

聚乙烯管道由于其自身材料問(wèn)題，其使用公稱壓力等級(jí)范圍比較低，使用溫度也比較低，一般為40 ℃，僅GB/T 40967—2021適用于60 ℃。

二是由于聚乙烯的優(yōu)良性能，為了拓展其應(yīng)用范圍，發(fā)展出了增強(qiáng)聚乙烯管道，目前增強(qiáng)聚乙烯管道執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)可以劃分為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和城建行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。由于有增強(qiáng)層的存在，管徑范圍基本最小從公稱直徑40 mm開(kāi)始。

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 32439—2015 主要為鋼絲網(wǎng)增強(qiáng)聚乙烯管道，適用于供水用，溫度限制也只有40 ℃。其主要目的是為了替代聚乙烯給水管道，相比于聚乙烯給水管道而言，其管道耐壓等級(jí)更高，管道壁厚相對(duì)較小。

化工行業(yè)較多物料可以利用聚乙烯的耐腐蝕性等性能，根據(jù)化工行業(yè)特點(diǎn)發(fā)展出行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，HG/T 3690—2022 主要為鋼絲焊接而成的網(wǎng)狀鋼骨架增強(qiáng)，HG/T 3706—2014 為孔網(wǎng)鋼骨架增強(qiáng)，HG/T 4586—2014為纏繞鋼絲網(wǎng)增強(qiáng)，其增強(qiáng)方式不同，但是其許用溫度基本為70 ℃，另外其使用公稱壓力也進(jìn)行拓展，相比之下，管道壁厚也有所減薄，比同公稱外徑聚乙烯管道的流通量更大，在實(shí)際使用過(guò)程中滿足了一般用工業(yè)條件，能夠大大拓展其在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用范圍。由于輸送燃?xì)獾牟焕蛩剌^多，需加大其設(shè)計(jì)的安全系數(shù)，因此HG/T 4586—2014 對(duì)天然氣的許用公稱壓力、復(fù)合管鋼絲條數(shù)等進(jìn)行單列，其使用溫度也限制在40 ℃。

石化行業(yè)相對(duì)于化工行業(yè)而言更加特殊，多涉及到高壓，輸送介質(zhì)包括石油、工業(yè)油、氣體等，輸送量一般比較小，但是輸送距離一般均較遠(yuǎn)，其工作條件相比于一般化工行業(yè)而言更加苛刻，因此形成了石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。其中SY/T 6662.1—2012包括了鋼絲焊接骨架、鋼板網(wǎng)骨架和鋼絲纏繞骨架3種，其中鋼絲焊接骨架增強(qiáng)、鋼板網(wǎng)骨架增強(qiáng)的公稱壓力范圍依然較低，但是鋼絲纏繞骨架增強(qiáng)聚乙烯管道公稱壓力范圍已經(jīng)可以拓展至16 MPa，其余SY/T 6662.2—2020、SY/T 6662.4—2014、SY/T 6662.5—2014公稱壓力等級(jí)范圍均拓展至32 MPa，但是其公稱直徑范圍均在200 mm以下，另外為了保證管道的流通面積，石化行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)主要以控制內(nèi)徑為主。

城建行業(yè)的主要涉及城市建設(shè)，其應(yīng)用范圍主要為給水和燃?xì)猓渲蠧J/T 123—2016、CJ/T 125—2014為連續(xù)纏繞焊接成型的網(wǎng)狀鋼筋骨架增強(qiáng)聚乙烯管，主要管徑系列以內(nèi)徑為主，主要適用于給水和燃?xì)猓珻J/T 181—2003、CJ/T 182—2003 為孔網(wǎng)鋼帶增強(qiáng)聚乙烯管，管徑系列以外徑為主，適用于給水和燃?xì)猓珻J/T 189—2007為鋼絲網(wǎng)骨架增強(qiáng)聚乙烯管，但是管徑以外徑系列為主，CJ/T 189—2007比CJ/T 123—2016、CJ/T 125—2014管道壁厚薄，更容易制造，成本更低，其壓力范圍相差不大。隨著技術(shù)的發(fā)展，超高分子量聚乙烯逐漸應(yīng)用于工程，CJ/T 323—2015 即為鋼絲網(wǎng)增強(qiáng)超高分子量聚乙烯管，由于超高分子量聚乙烯的使用，管道的使用壓力等級(jí)范圍相比較大，適用范圍更廣泛。

整體而言，增強(qiáng)聚乙烯復(fù)合管道（管件）的公稱壓力等級(jí)范圍和許用溫度范圍普遍高于聚乙烯管道。由于各個(gè)行業(yè)的不同特點(diǎn)而衍生出來(lái)了不同行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，在行業(yè)內(nèi)的通用性和實(shí)用性較強(qiáng)，但是在行業(yè)之間仍存在難以協(xié)調(diào)的問(wèn)題，亟待形成國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

2 管道與傳統(tǒng)金屬管道相比的優(yōu)缺點(diǎn)

聚乙烯管道和增強(qiáng)聚乙烯管道在工程應(yīng)用中展現(xiàn)出了一定的優(yōu)勢(shì)，但同時(shí)也存在一定的局限性，其與傳統(tǒng)金屬管道的對(duì)比如表2 所示。通過(guò)表2 可知聚乙烯管道及其增強(qiáng)復(fù)合管道相對(duì)于傳統(tǒng)金屬管道而言具有若干優(yōu)勢(shì)。

表2 聚乙烯管道及其增強(qiáng)復(fù)合管道與傳統(tǒng)金屬管道對(duì)比Tab.2 Comparison between polyethylene pipes and reinforced ones with traditional metal pipes

2.1 質(zhì)量輕、成本低

相對(duì)于金屬管道而言，聚乙烯材料密度小，其成品管道質(zhì)量輕，成本較低，加上其施工更加方便［12?13］，相比于金屬管道更有優(yōu)勢(shì)。隨著技術(shù)的發(fā)展，如今聚乙烯的最小要求強(qiáng)度值更高，管道壁厚更薄，可以更加減輕管道質(zhì)量，降低成本。

2.2 耐化學(xué)腐蝕性能

聚乙烯擁有極好的化學(xué)穩(wěn)定性，擁有較多的應(yīng)用場(chǎng)合，另外聚乙烯管道及其增強(qiáng)復(fù)合管道有雙面防腐的功能，在用于地埋管道時(shí)完全不必另行防腐［14］，比金屬地埋管道施工要便利得多。

2.3 流動(dòng)阻力小、壓降小、能耗少

聚乙烯管道及其增強(qiáng)復(fù)合管道的內(nèi)壁絕對(duì)粗糙度比鋼管小得多，在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，金屬管道因?yàn)楦g等原因，粗糙度或多或少都會(huì)上升，而聚乙烯則能保持表面粗糙度相對(duì)穩(wěn)定；除此之外，由于聚乙烯在輸送粉體物料、液體及氣固混合物料等方面擁有良好的耐磨性，更加符合現(xiàn)代工業(yè)節(jié)能降耗的要求［15］。

2.4 保溫性能優(yōu)良

聚乙烯的傳熱系數(shù)比金屬管道小得多，一般而言不需要采取額外的保溫措施，便于施工，降低成本。

2.5 良好的環(huán)保衛(wèi)生性能

聚乙烯管原材料無(wú)毒性，無(wú)積垢層，不滋生細(xì)菌，是一種健康安全的管道原材料，在給水方面擁有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。另外聚乙烯原材料自身可回收再利用，不會(huì)產(chǎn)生對(duì)大自然有害的物質(zhì)，在環(huán)保方面也更加符合現(xiàn)代資源回收再利用的要求。

2.6 使用溫度、壓力范圍、力學(xué)性能等

增強(qiáng)聚乙烯管道相對(duì)聚乙烯管道擁有更廣泛的使用溫度、壓力范圍、力學(xué)性能等。由于有鋼骨架或纖維增強(qiáng)層的存在，復(fù)合材料的性能優(yōu)于聚乙烯管道，因此擁有更加廣泛的使用溫度和壓力范圍。另外由于增強(qiáng)層的存在，承受環(huán)向負(fù)載能力大大提高，改善了其力學(xué)性能，在管道剛性、耐沖擊性能和尺寸穩(wěn)定性方面更加優(yōu)異，并且復(fù)合管道還兼顧了柔韌性，在運(yùn)輸、安裝等方面比聚乙烯管道更有優(yōu)勢(shì)，綜合性價(jià)比也比聚乙烯管道高。

2.7 鋼骨架增強(qiáng)聚乙烯管道具有自示蹤性能

目前聚乙烯管道及其增強(qiáng)復(fù)合管道仍舊以地埋為主，鋼骨架增強(qiáng)聚乙烯復(fù)合管道由于有金屬成分存在，可以采用磁性金屬探測(cè)器進(jìn)行追蹤，在搶修或其他需要尋管作業(yè)的工作中擁有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。

3 管道在工程實(shí)踐中的問(wèn)題

3.1 材料本身性能所存在的問(wèn)題

3.1.1 膨脹系數(shù)較大

鋼管線性膨脹系數(shù)為0.010 6～0.012 2 mm/（m·℃） ，聚乙烯管道的線性膨脹系數(shù)一般為0.12 mm/（m·℃），而鋼骨架增強(qiáng)聚乙烯復(fù)合管道的線性膨脹系數(shù)約為0.035 mm/（m·℃），孔網(wǎng)鋼骨架聚乙烯復(fù)合管和纏繞成型鋼絲網(wǎng)骨架聚乙烯復(fù)合管的線性膨脹系數(shù)一般需要制造商提供。

由于其線性膨脹系數(shù)大，在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要更多地考慮熱脹冷縮、壓力膨脹、管架和端點(diǎn)位移所造成的問(wèn)題，更多地考慮應(yīng)變、疲勞、過(guò)大的管道推力或者扭矩等。現(xiàn)階段聚乙烯管道及其增強(qiáng)復(fù)合管道在施工過(guò)程中仍舊以地埋為主，在地下溫度相對(duì)恒定，膨脹所帶來(lái)的影響相對(duì)比較小，目前的應(yīng)對(duì)方法是在合適的天氣施工、采用管道伸縮器、采用錨固裝置、在施工過(guò)程中進(jìn)行蜿蜒敷設(shè)等方法來(lái)減少線性膨脹的影響［16］。但是在架空作業(yè)過(guò)程中，受氣候影響較大，管道膨脹更加嚴(yán)重，目前的解決方案主要是考慮管道柔性、采用自然補(bǔ)償（L 型、Z 型、π 型）和補(bǔ)償器補(bǔ)償（設(shè)置柔性接頭或非金屬補(bǔ)償器），采取減震措施，適當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)置剛性支架、導(dǎo)向支架、限位支架等。

除此之外，建議在后期出臺(tái)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，明確孔網(wǎng)鋼骨架聚乙烯復(fù)合管和纏繞成型鋼絲網(wǎng)骨架聚乙烯復(fù)合管的線性膨脹系數(shù)，更加有利于設(shè)計(jì)單位進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3.1.2 使用溫度限制

相比于傳統(tǒng)金屬管道，聚乙烯管道耐溫性能較差，其使用溫度一般在40 ℃內(nèi)（GB/T 40967—2021規(guī)定為60 ℃），增強(qiáng)復(fù)合管道使用溫度基本限制在70 ℃以下，只有柔性復(fù)合高壓管在特定材質(zhì)情況下才可以達(dá)到110 ℃。

各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)分別規(guī)定了聚乙烯管道或增強(qiáng)聚乙烯管道在不同溫度下的壓力折減系數(shù)，在設(shè)計(jì)選擇過(guò)程中需要根據(jù)不同標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。

我國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定相對(duì)比較保守，例如GB/T 13663.2—2018中說(shuō)明了壓力折減系數(shù)參考ISO 13761—2017，GB/T 13663.2—2018 限 制 了 溫 度 為0～40 ℃，而ISO 13761—2017 中為0～50 ℃，建議在標(biāo)準(zhǔn)制定時(shí)借鑒成熟經(jīng)驗(yàn)，擴(kuò)展管道溫度使用范圍。

3.1.3 使用環(huán)境限制

目前聚乙烯管道及其復(fù)合管道仍舊較多地應(yīng)用在地埋施工作業(yè)中，由于其優(yōu)異的性能，逐步開(kāi)始架空應(yīng)用［17?18］，但仍未大規(guī)模應(yīng)用。其主要原因是架空工程中受氣候影響，線性膨脹嚴(yán)重，設(shè)計(jì)相對(duì)復(fù)雜；另外管道自身剛度比較小，支架間距相當(dāng)密集，也影響了其架空使用；除此之外，在風(fēng)吹日曬下，受紫外線照射、氧氣氧化等不利條件影響［19?20］，疊加管內(nèi)介質(zhì)溫度和特性影響，并附帶應(yīng)力集中、交變載荷等有害因素，雖有較多人進(jìn)行了相關(guān)研究，但是針對(duì)聚乙烯管及其增強(qiáng)復(fù)合管在大自然環(huán)境下實(shí)際使用壽命目前仍無(wú)確切定論［21?25］。

為了拓展其應(yīng)用范圍，目前應(yīng)該從兩方面入手，一是加強(qiáng)耐候性材料的研究和使用以及標(biāo)準(zhǔn)的制定工作；例如耐候性材料PE100?RC，據(jù)報(bào)道，PE100?RC 相比于PE100 材料在耐慢速裂紋增長(zhǎng)性能上有質(zhì)的飛躍，CJ/T 358—2019《非開(kāi)挖工程用聚乙烯管》已經(jīng)開(kāi)始采用PE100?RC管道，該標(biāo)準(zhǔn)在檢驗(yàn)指標(biāo)上也提出了更高的要求，其管道明確可以應(yīng)用于非開(kāi)挖工程或者架空作業(yè)，后期應(yīng)該加速推廣使用以拓展其在架空作業(yè)工程中的應(yīng)用。另一方面，應(yīng)該加強(qiáng)老化機(jī)理的研究，尤其是建立多破壞模式交互研究模型以研究管道的老化行為，制定完善的加速老化標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)管道壽命進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)估，對(duì)于工程實(shí)踐有著極為重要的意義。

3.2 產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)方面所存在的問(wèn)題

3.2.1 產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)種類繁多

由表1可知，給水、燃?xì)狻⒑穗姀S用聚乙烯管道形成了相對(duì)完善的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，其增強(qiáng)復(fù)合管道仍舊以行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為主。產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)面向制造商，規(guī)定了產(chǎn)品的尺寸規(guī)格、公差、加工方法和測(cè)試要求等。產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)歸口部門的繁多導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)通用性不強(qiáng)，相互之間協(xié)調(diào)推進(jìn)機(jī)制不完善，甚至存在互相交叉、互相沖突的問(wèn)題，在產(chǎn)品實(shí)際生產(chǎn)和應(yīng)用中存在諸多不便［26?27］。

以聚乙烯管道為例，給水、燃?xì)狻⒑穗姀S用聚乙烯管道的設(shè)計(jì)公式基本完全相同，GB/T 13663.2—2018中規(guī)定總體使用（設(shè)計(jì)）系數(shù)為1.25；GB 15558.1—2015 規(guī)定總體設(shè)計(jì)系數(shù)不小于2；GB/T 40967—2021中的設(shè)計(jì)因子取0.63 或0.5，設(shè)計(jì)因子與設(shè)計(jì)系數(shù)互為倒數(shù)關(guān)系，即對(duì)應(yīng)著總體設(shè)計(jì)系數(shù)為1.6 或2。3 個(gè)規(guī)范完全可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)公式的統(tǒng)一，總體使用系數(shù)、總體設(shè)計(jì)系數(shù)、設(shè)計(jì)因子從根本上來(lái)講是一個(gè)安全系數(shù)，完全可以制定一個(gè)統(tǒng)一的專業(yè)術(shù)語(yǔ)，用于不同場(chǎng)合時(shí)取值不同即可。

除此之外，國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)目前存在公稱內(nèi)徑與公稱外徑共存的情況，不同的管徑系列意味著需要采用不同的生產(chǎn)制造工藝，對(duì)應(yīng)的管道系列、管件系列、模具系列等數(shù)量非常大，這對(duì)任何一家企業(yè)來(lái)講都是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。從工程施工角度來(lái)講，尤其是采用電熔熔接或者承插熔接等依靠外徑焊接的方法來(lái)講，采用公稱外徑是一個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)便而且更加容易統(tǒng)一的方法，后期應(yīng)該以市場(chǎng)為主導(dǎo)，制定相對(duì)統(tǒng)一的管道系列，方便制造及設(shè)計(jì)選用。

建議在制定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)盡可能做到協(xié)調(diào)統(tǒng)一，根據(jù)市場(chǎng)狀況和行業(yè)需求合理地制定標(biāo)準(zhǔn)，這樣不僅能夠?yàn)樯a(chǎn)企業(yè)制造商品提供便利，同時(shí)也方便了下游企業(yè)的應(yīng)用，能夠大大緩解通用性不強(qiáng)等問(wèn)題，能夠更好推廣其實(shí)際工程應(yīng)用。

3.2.2 較多產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)明顯落后于時(shí)代

目前所用的聚乙烯混配料仍舊以PE80 和PE100為主，但是PE125 等材料已經(jīng)出現(xiàn)，PE125 具有更高的力學(xué)強(qiáng)度性能，可以實(shí)現(xiàn)更高的壓力等級(jí)，也可以顯著降低管道壁厚，新材料的推出勢(shì)必需要適當(dāng)?shù)纳a(chǎn)制造工藝、焊接技術(shù)、安裝方法等以促進(jìn)其在工程中的應(yīng)用，而目前這些標(biāo)準(zhǔn)尚未推出，不利于新材料新技術(shù)的應(yīng)用。

此外，國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)主要參考ISO 標(biāo)準(zhǔn)和ASME標(biāo)準(zhǔn)，但是國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)制定年份已經(jīng)明顯滯后于ISO 標(biāo)準(zhǔn)和ASME 標(biāo)準(zhǔn)的更新，多的已經(jīng)相差10 余年，一方面來(lái)講我國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)在國(guó)際上通用性不強(qiáng)；另一方面，一些國(guó)際上最新的研究成果我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)也并未采納，這對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展來(lái)講是非常不利的。我國(guó)應(yīng)該加快標(biāo)準(zhǔn)的更新?lián)Q代，在借鑒國(guó)際先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)，結(jié)合我國(guó)自身實(shí)際情況，及時(shí)吸納新工藝、新技術(shù)，制定適合我國(guó)國(guó)情的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 設(shè)計(jì)施工標(biāo)準(zhǔn)方面所存在的問(wèn)題

3.3.1 設(shè)計(jì)、施工規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)復(fù)雜且有欠缺

目前我國(guó)現(xiàn)行的比較成熟的設(shè)計(jì)、施工規(guī)范主要有：CJJ 63—2018《聚乙烯燃?xì)夤艿拦こ碳夹g(shù)標(biāo)準(zhǔn)》。主要針對(duì)GB 15558.1—2015 和GB 15558.2—2005 系列聚乙烯管道、管件、閥門。其中規(guī)定了聚乙烯燃?xì)夤艿绹?yán)禁明設(shè)。CJJ 101—2016《埋地塑料給水管道工程技術(shù)規(guī)程》，可適用于GB/T 13663.2—2018、GB/T 13663.3—2018、CJ/T 123—2016、CJ/T 124—2016、CJ/T 181—2003、CJ/T 189—2007 系列管道、管件。SY/T6769.2—2018《非金屬管道設(shè)計(jì)、施工及驗(yàn)收規(guī)范 第2 部分：鋼骨架增強(qiáng)聚乙烯復(fù)合管》適用于SY/T 6662.1—2012、HG/T 3691—2022 和HG/T 3707—2012。SY/T 6769.4—2012《非金屬管道設(shè)計(jì)、施工及驗(yàn)收規(guī)范 第4 部分：鋼骨架增強(qiáng)塑料復(fù)合連續(xù)管》適用于SY/T 6795—2010（被SY/T 6662.4—2014 所 替代）。SY/T 6769.5—2016《非金屬管道設(shè)計(jì)、施工及驗(yàn)收規(guī)范 第5 部分：纖維增強(qiáng)熱塑性塑料復(fù)合連續(xù)管》適用于SY/T 6662.2—2020 和SY/T 6662.5—2014。GB/T 50690—2011《石油化工非金屬管道工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》適用于塑料管道和鋼骨架聚乙烯復(fù)合管道。SH/T 3161—2021《石油化工非金屬管道技術(shù)規(guī)范》規(guī)定了非金屬管道的管道布置、器材選用、制造與檢驗(yàn)、標(biāo)志、包裝、運(yùn)輸與貯存、安裝及驗(yàn)收等要求。

上述施工標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定相應(yīng)部分規(guī)范的設(shè)計(jì)、施工及驗(yàn)收等，但是仍有較多規(guī)范未涉及到，例如CJ/T 125—2014、CJ/T 358—2019等規(guī)范。除此之外，設(shè)計(jì)規(guī)范和產(chǎn)品規(guī)范的規(guī)定也存在相互矛盾之處，例如SH/T 3161—2021中規(guī)定纏繞成型鋼絲網(wǎng)骨架聚乙烯復(fù)合管道在40 ℃時(shí)取調(diào)整系數(shù)0.74，而產(chǎn)品規(guī)范中HG/T 4586—2014則規(guī)定40 ℃時(shí)取調(diào)整系數(shù)0.90。

產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)面向產(chǎn)品制造單位；設(shè)計(jì)規(guī)范面向服役工況，供設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)時(shí)使用；施工標(biāo)準(zhǔn)面向現(xiàn)場(chǎng)施工人員，規(guī)定了實(shí)際施工過(guò)程中的操作、驗(yàn)收、實(shí)驗(yàn)等環(huán)節(jié)。目前，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的種類繁多、歸口部門眾多，導(dǎo)致設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、施工標(biāo)準(zhǔn)更加難以協(xié)調(diào)統(tǒng)一，甚至存在施工設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)之間存在相互沖突、矛盾，另有較多產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)并無(wú)實(shí)際的設(shè)計(jì)施工規(guī)范可以使用，上述因素導(dǎo)致在實(shí)際工程實(shí)踐過(guò)程中存在巨大的困難和障礙。

目前設(shè)計(jì)施工規(guī)范仍舊以行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為主，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)尚不完善，我國(guó)應(yīng)建立統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)歸口管理機(jī)構(gòu)，在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，逐步完善制定設(shè)計(jì)施工國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。此外，我國(guó)在制定產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，應(yīng)該同步協(xié)調(diào)制定相應(yīng)的設(shè)計(jì)、施工規(guī)范，做到制造、設(shè)計(jì)、施工的有機(jī)統(tǒng)一，打通產(chǎn)品生產(chǎn)使用所有環(huán)節(jié)，構(gòu)建一整套標(biāo)準(zhǔn)體系。

3.3.2 壓力管道應(yīng)用方面存在諸多困難

根據(jù)壓力管道的定義，實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，較多管道均屬于壓力管道范疇。TSG D 2002—2006《燃?xì)庥镁垡蚁┕艿篮附蛹夹g(shù)規(guī)則》中規(guī)定了燃?xì)庥煤推渌黧w輸送用聚乙烯管道焊接技術(shù)工作，并且該標(biāo)準(zhǔn)只針對(duì)GB 15558.1—2015 及GB 15558.2—2005 的管道和管件。而對(duì)于復(fù)合管道則沒(méi)有相應(yīng)的規(guī)范，這就限制了目前涉及聚乙烯管道及其增強(qiáng)復(fù)合管道在壓力管道方面的應(yīng)用。

在實(shí)際的工程實(shí)踐過(guò)程中，設(shè)計(jì)單位和安裝單位也因?yàn)橄鄳?yīng)標(biāo)準(zhǔn)的混亂和缺失，取得相應(yīng)設(shè)計(jì)資質(zhì)和施工資質(zhì)的單位較少，限制了聚乙烯管道及其增強(qiáng)復(fù)合管道在壓力管道方面的應(yīng)用，較多的設(shè)計(jì)單位在設(shè)計(jì)時(shí)更傾向于采用鋼襯聚乙烯管道作為壓力管道，一方面對(duì)建設(shè)單位來(lái)講成本較高；另一方面鋼襯聚乙烯管道采用法蘭連接，公稱壓力不大于2.5 MPa，在使用過(guò)程中出現(xiàn)跑冒滴漏的可能性更大，并且在使用壓力范圍上也不如增強(qiáng)聚乙烯管道。

針對(duì)壓力管道，施工質(zhì)量的檢驗(yàn)是一個(gè)極為重要的工作，在傳統(tǒng)金屬管道施工過(guò)程中，無(wú)損檢測(cè)應(yīng)用極為廣泛，各種無(wú)損檢測(cè)技術(shù)可以有效地檢測(cè)出焊接質(zhì)量缺陷，對(duì)壓力管道長(zhǎng)期安全運(yùn)行提供了保障。而在非金屬管道施工過(guò)程中，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)近年來(lái)雖得到了長(zhǎng)足發(fā)展，超聲檢測(cè)技術(shù)、微波檢測(cè)技術(shù)、X 射線檢測(cè)技術(shù)、紅外熱成像技術(shù)已經(jīng)得到了一定研究［28?38］，也有一部分標(biāo)準(zhǔn)被制定出來(lái)，但是無(wú)損檢測(cè)適用性仍舊還不強(qiáng)，還未有一種方法能夠系統(tǒng)地針對(duì)接頭中的各類缺陷進(jìn)行有效檢測(cè)［39］，目前施工規(guī)范中檢驗(yàn)仍舊以強(qiáng)度試驗(yàn)、嚴(yán)密性試驗(yàn)為主，施工質(zhì)量受人為影響較大，很難高質(zhì)量、系統(tǒng)性地評(píng)價(jià)壓力管道質(zhì)量。

此外，壓力管道定期檢驗(yàn)?zāi)軌蚣皶r(shí)發(fā)現(xiàn)在役管道的缺陷，同時(shí)也可以在定期檢驗(yàn)過(guò)程中及時(shí)檢測(cè)壓力管道的狀態(tài)，預(yù)估其使用壽命，但是我國(guó)在非金屬壓力管道中尚未建立起此類標(biāo)準(zhǔn)。

目前聚乙烯管道及其增強(qiáng)復(fù)合管道在壓力管道范疇內(nèi)應(yīng)用最多的依然是燃?xì)夤艿溃灿辛藥资甑倪\(yùn)維經(jīng)驗(yàn)，我國(guó)應(yīng)該以此為基礎(chǔ)，總結(jié)出一套切實(shí)可行的設(shè)計(jì)施工規(guī)范、無(wú)損檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)、定期檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)等標(biāo)準(zhǔn)，能夠在壓力管道全生命周期內(nèi)對(duì)管道進(jìn)行監(jiān)管，這可以大大推廣聚乙烯及其增強(qiáng)復(fù)合管道在壓力管道方面的應(yīng)用，有效降低使用單位實(shí)際生產(chǎn)成本。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）目前聚乙烯管道已經(jīng)形成較為完善的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)體系，主要用于燃?xì)狻⒔o水；而增強(qiáng)聚乙烯復(fù)合管道仍舊以行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為主，且歸口部門眾多，相互之間存在難以協(xié)調(diào)、相互沖突之處，亟須形成相對(duì)完善的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；聚乙烯及其增強(qiáng)復(fù)合管道性能優(yōu)異，尤其是耐腐蝕性能，在實(shí)際工程實(shí)踐中有較多領(lǐng)域可以應(yīng)用，以塑代鋼是近年來(lái)管道發(fā)展的潮流；

（2）因?yàn)椴牧媳旧淼奶匦裕渚€性膨脹系數(shù)比較大、使用溫度范圍較小、承壓范圍也比較低；目前主要是通過(guò)設(shè)計(jì)和施工來(lái)解決其膨脹問(wèn)題，后期應(yīng)該建立標(biāo)準(zhǔn)來(lái)統(tǒng)一線性膨脹系數(shù)，方便設(shè)計(jì)施工；在使用溫度方面應(yīng)及時(shí)借鑒國(guó)際先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，擴(kuò)展溫度使用范圍；聚乙烯及其增強(qiáng)復(fù)合管道仍舊以地埋為主，但是更多的工程實(shí)踐需要其架空施工；應(yīng)該加速耐候性材料（如PE100?RC）的研究和使用以及標(biāo)準(zhǔn)的制定工作，同時(shí)應(yīng)該加強(qiáng)老化機(jī)理的研究，對(duì)其使用壽命進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)估；

（3）聚乙烯及其增強(qiáng)復(fù)合管道產(chǎn)品執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)繁多且明顯落后于時(shí)代，我國(guó)應(yīng)該統(tǒng)一歸口管理產(chǎn)品執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)并應(yīng)該加快更新?lián)Q代，在借鑒國(guó)際先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)，結(jié)合我國(guó)市場(chǎng)狀況和行業(yè)需求，及時(shí)吸納新工藝、新技術(shù)，形成相對(duì)統(tǒng)一且緊跟時(shí)代的產(chǎn)品執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)；聚乙烯及其增強(qiáng)復(fù)合管道設(shè)計(jì)施工規(guī)范目前難以協(xié)調(diào)統(tǒng)一，設(shè)計(jì)施工標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)之間存在相互沖突、矛盾，較多產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)并無(wú)實(shí)際的設(shè)計(jì)施工規(guī)范可以使用；我國(guó)在制定產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，應(yīng)該同步協(xié)調(diào)制定相應(yīng)的設(shè)計(jì)、施工規(guī)范，做到制造、設(shè)計(jì)、施工的有機(jī)統(tǒng)一；針對(duì)聚乙烯及其增強(qiáng)復(fù)合管道在壓力管道方面的應(yīng)用，我國(guó)應(yīng)該總結(jié)出一套切實(shí)可行的設(shè)計(jì)施工規(guī)范、無(wú)損檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)、定期檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)等標(biāo)準(zhǔn)，能夠在壓力管道全生命周期內(nèi)對(duì)其進(jìn)行監(jiān)管。