煤層氣集輸管道管材的選用

本文格式為Word版，下載可任意編輯——煤層氣集輸管道管材的選用1概述

作為地面開發(fā)投資的重中之重，煤層氣集輸管道管材的選用成為一大課題，合理地選擇管材是確保管道安全，工程設(shè)計經(jīng)濟(jì)合理的重要因素，現(xiàn)階段大部分采用鋼管，鋼管作輸氣管道中的主要材料毋庸置疑，隨著科技的進(jìn)步，一種適應(yīng)煤層氣地面開發(fā)的新型管材逐漸受到青睞—聚乙烯管，俗稱PE管。那么，鋼管和PE管材主要有哪些利弊，這里將做以下較詳細(xì)的分析研究。

2PE管材特點(diǎn)

2.1PE管概念

目前中國的市政管材市場，塑料管道正在穩(wěn)步發(fā)展，PE管、PP-R管、UPVC管都占有一席之地，其中PE管強(qiáng)勁的發(fā)展勢頭最為令人矚目。PE管的使用領(lǐng)域廣泛。其中給水管和燃?xì)夤苁瞧鋬蓚€最大的應(yīng)用市場。

PE樹脂，是由單體乙烯聚合而成，由于在聚合時因壓力、溫度等聚合反應(yīng)條件不同，可得出不同密度的樹脂，因而又有高密度聚乙烯、中密度聚乙烯和低密度聚乙烯之分。在加工不同類型PE管材時，根據(jù)其應(yīng)用條件的不同，選用樹脂牌號的不同，同時對擠出機(jī)和模具的要求也有所不同。

國家在《燃?xì)庥寐竦鼐垡蚁≒E）管道系統(tǒng)》（GB15558-2023）及《聚乙烯燃?xì)夤艿拦こ碳夹g(shù)規(guī)程》（CJJ63-2023）規(guī)定了埋地燃?xì)夤艿赖牟煌墑ePE80和PE100對應(yīng)不同的壓力強(qiáng)度，并且擴(kuò)大了聚乙烯管道公稱直徑，提高了管道最大允許工作壓力。2.2PE管基本特點(diǎn)

一種好的管道，不僅應(yīng)具有良好的經(jīng)濟(jì)性，而且應(yīng)具備接口穩(wěn)定可靠、材料抗沖擊、抗開裂、耐老化、耐腐蝕等一系列優(yōu)點(diǎn)，同傳統(tǒng)鋼管相比，PE管道系統(tǒng)具有以下一系列優(yōu)點(diǎn)：

（1）連接可靠：聚乙烯管道系統(tǒng)之間采用電熱熔方式連接，接頭的強(qiáng)度高于管道本體強(qiáng)度。

（2）低溫抗沖擊性好：聚乙烯的低溫脆化溫度極低，可在一定溫度范圍內(nèi)

安全使用。冬季施工時，因材料抗沖擊性好，不易發(fā)生管子脆裂。

（3）抗應(yīng)力開裂性好：具有低的缺口敏感性、高的剪切強(qiáng)度和優(yōu)異的抗刮痕能力，耐環(huán)境應(yīng)力開裂性能也十分突出。

（4）耐化學(xué)腐蝕性好：可耐多種化學(xué)介質(zhì)的腐蝕，土壤中存在的化學(xué)物質(zhì)不會對管道造成任何降解作用。聚乙烯是電的絕緣體，因此不會發(fā)生腐爛、生銹或電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象；此外它也不會促進(jìn)藻類、細(xì)菌或真菌生長。

（5）可撓性好：其柔性使得它簡單彎曲，工程上可通過改變管道走向的方式繞過障礙物，在大量場合，管道的柔性能夠減少管件用量并降低安裝費(fèi)用。

（6）水流阻力?。壕哂泄饣膬?nèi)表面，其曼寧系數(shù)為0.009。光滑的表現(xiàn)和非粘附特性保證管道具有較傳統(tǒng)管材更高的輸送能力，同時也降低了管路的壓力損失和輸水能耗。

（7）下搬運(yùn)便利：比混凝土管道、鍍鋅管和鋼管更輕，它簡單搬運(yùn)和安裝，更低的人力和設(shè)備需求，意味著工程的安裝費(fèi)用的大大降低。

3PE管與鋼管經(jīng)濟(jì)性對比

合理地選擇管材是使管道工程經(jīng)濟(jì)合理的重要關(guān)鍵，煤層氣單井產(chǎn)氣量小、壓力低，可選用的管材有：無縫鋼管、焊接鋼管、機(jī)械接口鑄鐵管、球墨鑄鐵管、聚乙烯管（PE管）和鋼骨架聚乙烯塑料復(fù)合管等。鋼管在以往的使用中占主導(dǎo)地位，參照近年來城鎮(zhèn)燃?xì)釶E管和燃?xì)庥娩摴羌芫垡蚁┧芰蠌?fù)合管已逐步推廣普及的用管經(jīng)驗，對于煤層氣集輸管型選取，做了以下詳細(xì)的分析研究。3.1性能分析

鋼管、PE管和燃?xì)庥娩摴羌芫垡蚁┧芰蠌?fù)合管的性能對比見表1。

表1管材性能對比表序號管材優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)1.耐腐蝕性差，維修保養(yǎng)費(fèi)用高；2.使用壽命短，約20～301鋼管1.強(qiáng)度高，承壓能力較高，抗外來破壞能力強(qiáng)；2.管件規(guī)格齊全。

序號管材優(yōu)點(diǎn)年；缺點(diǎn)3.運(yùn)輸成本高；4.施工難度大。1.不易腐蝕，使用壽命長，可達(dá)50年以上；2.管道內(nèi)壁平滑，摩擦系數(shù)低，可降低摩擦阻力損失，相對鋼管可減小管徑，降低投資；3.管道柔韌性好，小管徑可盤卷，施工中接頭少，可提高施工速度；2PE管4.施工簡便，可大大降低勞動強(qiáng)度，提高工作效率，與鋼管相比可大大縮短工期；5.管道重量輕，僅是鋼管的1/8，運(yùn)輸、施工便利；6.獨(dú)特的電熱熔、熱熔焊接技術(shù)使管道密封可靠，維修簡便。1.很好的解決了金屬管道耐壓不耐腐，非金屬管道耐腐不耐壓，鋼塑管易脫層的缺點(diǎn)；燃?xì)庥娩?骨架聚乙烯塑料復(fù)合管2.剛度和柔度好，抗蠕變性強(qiáng)，耐磨，內(nèi)壁光滑且不結(jié)垢，節(jié)能節(jié)材效果好；3.具有良好的抗拉伸、抗沖擊特性；4.無毒性；5.使用壽命長達(dá)50年；6.安裝維修便利。1.工程造價偏高；2.通氣后開孔連接困難。1.強(qiáng)度低，抗外力破壞能力差。鋼管、PE管和鋼骨架聚乙烯塑料復(fù)合管各有優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合管線所在地區(qū)狀況，綜合考慮安全可靠性、經(jīng)濟(jì)合理性及施工難易程度等因素，鋼骨架聚乙烯塑料復(fù)合管雖性能較好，但成本較高，不考慮該種管材。

根據(jù)《燃?xì)庥寐竦鼐垡蚁?PE)管道系統(tǒng)第1部分：管材》（GB15558.1-2023），燃?xì)庥肞E包含以下四個等級：PE100SDR17.6、PE100SDR11、PE80SDR17.6及PE80SDR11。

根據(jù)目前市場價格，有以下結(jié)論：

a）承壓能力：PE100SDR11>PE100SDR17.6>PE80SDR11>PE80SDR17.6（允許工作壓力PE100SDR11≤1.0MPa，PE100SDR17.6≤0.6MPa,PE80SDR11≤0.4MPa，PE80SDR17.6≤0.2MPa）

b）價格：PE100SDR11>PE80SDR11>PE100SDR17.6>PE80SDR17.6因此，①根據(jù)煤層氣應(yīng)用工況的介質(zhì)、壓力及溫度等特點(diǎn)，由于PE80SDR17.6承壓過低(0.2MPa)，因此不推薦PE80SDR17.6在煤層氣應(yīng)用；②PE100SDR11承壓較高，滿足煤層氣應(yīng)用要求，但價格偏高，從經(jīng)濟(jì)角度考慮，PE100SDR11不作為首選。

以上可見，煤層氣用PE管宜從PE100SDR17.6及PE80SDR11中選取?？紤]到PE100SDR17.6的承壓高于PE80SDR11，而價格前者比后者低，因此，可選用PE100SDR17.6的PE管。3.2PE管與鋼管經(jīng)濟(jì)分析

（1）對比原則

①PE管與鋼管對比是內(nèi)徑一致或相近的原則；②選用管材生產(chǎn)商報價中間報價；

③比選主材費(fèi)用含平均所需管件費(fèi)用，以km為單位；④管材的使用壽命均以20年計；

⑤鋼管采用用聚乙烯膠帶防腐層，PE管不需防腐。

根據(jù)目前管材、防腐等價格，對煤層氣集氣干管選用PE100SDR17.6與鋼管的經(jīng)濟(jì)比較詳見表2。

表2管材經(jīng)濟(jì)綜合性能對比表管材規(guī)格內(nèi)徑材料合價（mm）（萬元）安裝費(fèi)(萬元/km)防腐105元/m2施工取費(fèi)(萬元/km)臨賠（萬元）總價（萬元）PE100SDR17.6管90×5.4110×6.679.296.83.8445.4312.022.327.57.514.7816.87

160×9.5225×12.8315×18.7355×20.2400×22.8450×25.6141199.4277.6314.6354.4398.811.23922.26544.0556.23471.21587.0662.923.665.787.039.1511.27鋼管7.57.57.57.57.57.523.7035.9961.3875.6897.02117.11D89×3.5D114×4.0D168×5.2D219.1×5.2D273.1×5.2D323.9×5.6D355.6×6.4D406.4×6.482106157.6208.7262.7312.7342.8393.65.987.75512.52616.45720.61226.37433.0137.8784.834.95.25.936.567.467.77.98.1110.5015.8520.7226.4130.3930.9739.5522.6025.2031.4538.50746.08852.76554.06863.2489.009.009.009.009.009.009.009.0037.5841.9652.9863.9675.7088.1496.08110.13（2）綜合結(jié)論

從表中可以看出，內(nèi)徑不大于D350的管線，單位公里綜合造價，PE管低于鋼管；內(nèi)徑大于D400的管線，單位公里綜合造價，PE管高于鋼管。

根據(jù)上述技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較，結(jié)合工程項目實(shí)際狀況：內(nèi)徑在D300及其以下管線，采用聚乙烯塑料管，推薦選用PE100SDR17.6，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)GB15558.1－2023；內(nèi)徑在D300以上管線，推薦選用鋼管，采用鋼管，可執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)GB9711.1。3.3PE管強(qiáng)度計算

1）PE管壁厚計算公式

根