聚乙烯管道的管材、管件与阀门
管材
管网建设过程中，管材、管件、阀门等管道元件的使用是必不可少的，每一个元件的质量都决定着管网的整体安全水平。只有了解管道元件的技术性能以及验收要求，才能选取到与设计管网要求相匹配的产品，并完成管网的安装、维护和抢修工作。此外，管道元件的制造工艺、设计结构等相关知识，与管道元件的性能息息相关，了解这些知识，对保证管网建设的质量同样具有重要意义。
聚乙烯管道元件主要包括管材、管件、阀门、钢塑转换接头等，管道元件是使用聚乙烯材料经过挤出、注塑、机械加工等工艺制造完成的。在选用时，必须根据用户所在行业、地区的具体技术标准要求选取。我国聚乙烯燃气管道相关标准见表3-1,分别规定了不同种类聚乙烯产品的术语、定义、材料、要求、试验方法、检验规则、标志和包装、运输、储存，是生产企业和用户对产品验收的依据，也是保证产品质量的基础。
1.聚乙烯管材的生产
聚乙烯管材采用挤出成型工艺生产，将聚乙烯混配料烘干后，通过挤出机的料斗送人到加热的机头中，在一定温度下熔融塑化，通过螺杆的推进作用，沿机筒向前经过模口挤出，形成管坯。同时，挤出生产线末端设置有牵引机，通过引管将管坯牵引至定型和冷却装置，而后根据需要的长度进行切断，即得到所需要的管材制品。
聚乙烯管材的挤出生产具有过程连续、效率高、规格种类多的特点，管材长度可按需要而定，经过更换相应的配件就能加工不同规格的产品。图3-1所示为聚乙烯管材的挤出生产线。
聚乙烯管材的挤出生产有着严格的生产流程，特别是燃气、自来水等重要管材的生产，都必须根据挤出设备、原材料情况设置相应的生产步骤和工艺参数(干燥时间、挤出温度、挤出速度、冷却水温等),并严格按照工艺进行生产。例如，在聚乙烯燃气管材的挤出过程中，如果随意缩短原材料的干燥时间甚至省去原料准备工序中的干燥操作，或者大幅度提高挤出速度和冷却速度，都会降低产品性能，增加聚乙烯燃气输配系统的安全隐患，所以生产企业必须按照挤出工艺每一道工序的操作规范进行生产。
2.管道类型
聚乙烯管材按照结构划分，可分为单层实壁管材、具有防护层的实壁管材(以下简称包覆管)和多层管道。单层实壁管材是一次性挤出成型的管材，是传统的聚乙烯管材类型，管壁直接承受管道内部压力及环境应力。而包覆管则是近年来国内新开发的一种产品，是在传统单层实壁管材挤出完成后，使用专用挤出机在管道外部挤出一层保护层，包覆管外观及结构如图3-2所示。内部的工作管道用于承受工作压力，保护层用于抵抗在运输、存储、拖拉等过程中可能受到的略伤、划伤等外力破坏。包覆管的保护层通常为硬度更高的聚丙烯(PP)材料，具有一定厚度要求，除了防止划伤外，还具有隔离紫外线氧化破坏和阻碍白蚁啃咬的作用。多层聚乙烯管主要用于一些特殊的工业环境，我国市政行业尚未使用。
根据包装形式划分，聚乙烯管材包括直管、盘卷管和工厂预制折叠管。其中，盘卷管多用于外径在110mm以下规格的管材，可以实现单根最长200m包装，与直管相比可以减少接口、降低管件消耗，铺设速度更快也更安全。但是盘管盘卷时，弯曲产生的应力容易使管道截面变为椭圆形，如果盘卷的弯曲半径过小，甚至会造成管道损伤。为此，在生产盘管时，通常要求每盘的最小内径不能小于18倍的管道外径。此外，在盘管打开包装时，可能出现快速弹开的情况，需要特别注意安全防护。工厂预制折叠管主要用于非开挖铺设，生产时将直管在一定温度下使用压缩工具压制成U形或C形。图3-3所示工厂预制成型折叠管是使用盘卷器制成的。工厂预制折叠管可将管道的外径缩小到90%以下，可以减小非开挖穿越施工的摩擦力，轻松地从旧管道或钻孔中穿过。穿越完成后，使用具有一定压力的热蒸汽，使管道复圆并贴合在旧管道上，完成老旧管道的修复。
此外，聚乙烯管道根据原材料等级还可以分为PE80管、PE100管、PE100-RC管，并且随着原材料的开发，新管材不断推陈出新，其承压能力、抵抗环境应力能力不断提高，低等级管材也逐渐被更新淘汰。
3.外观及标识
聚乙烯管材用于燃气时，颜色通常使用醒目的黄色或黑色加黄条(表示管材使用PE80级原材料生产)、橙色或黑色加橙条(表示管材使用PE100级原材料生产),也可使用黑色(PE80或者PE100)。燃气管道的色条是区分管材内流体的重要标识，色条在管材生产的同时沿着管材方向共同挤出，且要求数量至少三条，均匀分布在管道上，这样可以确保使用者能够从任何角度清楚地看到。
除颜色要求外，燃气管材上还必须打印明显的其他标识，其颜色要区别于管材的颜色便于识别。其他标识的内容包括生产商、原材料等，要能够显示管材质量和使用的相关信息，表3-2中是燃气用聚乙烯管材标识必须打印的内容。这些信息对管材的质量追溯起着关键作用。
标识打印间距应不超过1m,且不能对管材质量造成影响。在正常储存、气候老化、加工及合理安装、使用后，标志应仍然清晰，并一直保持到管材的整个寿命结束。
包覆管在打印标识时，工作管及保护层表面除了要具有以上标识内容外，还要在保护层上注明管道为包覆管道，并提示“焊接前请剥离外层”,如图3-4所示。
4.几何尺寸
聚乙烯管材的几何尺寸标识由外径、壁厚、不圆度三部分组成。管道规格包括管材公称外径和壁厚，管材公称外径和公称壁厚分别用d和e₁表示，单位为毫米。常用的管材规格见表3-3。平均外径dem为管材的实际测量值，dcm,min为管材外径的最小值，dem,max为管材外径的最大值，emin为管材的最小壁厚(等于管材的公称壁厚en)。管材在同一横截面处测量的最大外径与最小外径的差值叫作不圆度，单位为mm,用来表示管材允许发生的最大椭圆情况。由于聚乙烯管材在存放、运输、使用过程中受到温度、压力的影响，都不可避免地发生变形，所以直管的不圆度需要在管材生产完成后立即测量，其后的测量值仅可作为产品使用时的参考，不作为验收依据。而盘管在盘卷过程中会发生显著的椭圆，需要由生产和使用双方通过协商的方法确定不圆度的要求值。
表3-3中列出了常用的管材规格，也是我国燃气用聚乙烯管材公称外径允许使用的范围，即16～630mm。目前国内在用的最大口径聚乙烯燃气管道是公称外径为560mm用于输送焦炉煤气的管材。近年来，在给水排水等行业的应用中，更大口径的聚乙烯管材也已经得到了应用，最大口径可达到1200mm以上。
5.SDR值
SDR(StandardDimensionRatio)是指管材的标准尺寸比，代表管材外径与壁厚的比值，即
SDR是管道设计时常用的一个重要参数，数值越大表示管材的壁厚相对越小，其承压能力也越低。
GB15558.1—2015标准中推荐的标准尺寸比系列主要有：SDR11、SDR17、SDR21、SDR26,其中SDR11、SDR17为常规系列，多用于开挖直埋及非开挖穿越施工，SDR21和SDR26的管材则用于非开挖管道修复工程等特殊项目。该标准发布前所使用的SDR17.6,不再作为常规标准尺寸比，在进行管道维护时，操作者应予以确认，避免造成不必要的麻烦。
6.管材的性能
管材在使用前以及使用过程中，必须按照标准进行相关的物理性能和力学性能检验，包括定型检验、出厂检验和型式检验。定型检验是新研制出来的产品或技术在开始使用前或原材料发生变动的时候，必须对产品进行的全面检验，以此来确定其是否达到使用要求，包括外观和颜色、几何尺寸、力学性能和物理性能等。产品投产后，每个批次产品在出厂前必须按照标准规定的项目，对一些生产过程中可能发生变化的性能进行检验，保证产品性能在控制范围内，才可以投放市场，即出厂检验。型式检验是在产品生产一定时期后，从每个尺寸范围内选取任一规格进行全面检验，评定产品质量是否稳定，保证一些非出厂检验的性能指标仍然符合要求，其时间一般为每两年进行一次。
GB15558.1—2015中对聚乙烯管材各项性能和检验方法进行了细致规定，是判断管材和生产企业质量控制情况的主要依据，管材的力学性能要符合表3-4的要求，管材的物理性能要符合表3-5的要求。
管材在进行出厂检验时，需要检测的项目包括外观和颜色、几何尺寸、静液压强度(80℃/165h)、断裂伸长率、氧化诱导时间(热稳定性)和熔体质量流动速率。
7.PE100RC管材的性能要求
PE100RC管材即使用高耐慢速裂纹增长性能PE100混配料(PE100RC料)生产的管材，这种管材可以用于一些特殊敷设环境或者非开挖施工领域，回填时不使用沙床，可降低施工成本，同时可以在有一定划伤的情况下使用100年。
对于PE100RC管材，除了满足GB15558.1的要求外，还要满足额外的力学性能要求，其性能试验类型、要求及试验参数见表3-6。
8.包覆管性能额外要求
包覆管保护层在焊接过程中需要进行剥离，为了保证保护效果和操作方便，在储存和安装前，保护层不能与内部的工作管材分开，而在准备热熔对接和电熔连接时，使用简单的工具手动即可轻松去除保护层。