PVC-U、PE80、PE100三種給水管材在工程應用中的比較

　　公司主要産品有Φ20mm-Φ1200mm PE 給水管、排水管及Φ20mm-Φ630mm PE燃氣管;PE梅花管;40/33,等矽芯管;20mm-630mm PUC-U給水管;200mm-1600mm雙臂波紋管;并有與管材配套的各種管件。

　　摘要: 爲了使PVC-U、PE80、PE100三種給水管材各盡所用，平衡發展。本文通過工程材料費用、水力計算、工程施工等幾方面(miàn)進行比較，使工程選材經綜合考慮達到**優化。

　　關鍵詞： 水力光滑區 耐快速裂紋擴展 抗刮痕能(néng)力 非開挖工程

　　PVC-U、PE80、PE100 三種管材在目前熱塑性塑料給水管材工程應用中所占比例相當大。尤其是PVC-U

　　給水管材經過幾十年的發展，生産技術比較成(chéng)熟，原料基本國内自給，産品價格相對較低，并且經過市場檢驗，性能(néng)達到國家或國際标準，故此在熱塑性塑料管材中極具競争力。PE80、PE100

　　給水管材在國内爲新興産品，主要因爲其原料均依靠進口，且其價格相對較高，所以盡管其比PVC-U管材具有生産和施工中多方面(miàn)的優勢，仍然發展很慢。但是，相信在不久的將(jiāng)來，随著(zhe)我國原材料廠家的共同努力，必將(jiāng)開發出我國自有的原料，PE

　　給水管材也必將(jiāng)取得長足的發展，其多方面(miàn)的優勢也會得到市場的認同。

　　我公司已具有十幾年的PVC-U 給水管材發展曆程，公司引進19條德國先進生産線，質量保證體系完全按照ISO9002 标準執行，産品得到市場的廣泛認同，産銷兩旺。并且本著(zhe)“用戶永遠是正确的”經營方針，熱誠服務于客戶。自2002年我公司開始從事(shì)PE

　　給水管材的生産，但是由于生産規模小，宣傳力度不夠，盡管産品質量可靠，仍無法象PVC-U 給水管材那樣滿負荷生産。我認爲要拓展PE給水管材市場，除擴大生産規模外，對PVC-U、PE80、PE100

　　三種給水管材的推廣應用，應量财、量地、量時、量人的進行宣傳，确保三者均衡發展。現就(jiù)三者進行綜合比較如下(供參考)。

　　首先做工程材料費用比較。假定三種管材的工程外徑爲Ф160，公稱壓力爲1.0Mpa,查閱我公司PVC-U管材企标數據和PE生産采用的國标數據，三種規格分别爲PVC-UФ160×6.2、PE80Ф160×11.8、PE100Ф160×9.5;再據三者近似比重1.44g/mm3、0.95

　　g/mm3、0.95 g/mm3，則三者參考米重分别爲4.647Kg/m、5.583Kg/m、4.581Kg/m

　　。根據國内市場保守價格，PVC-U、PE80、PE100三種給水管材噸價比約爲1:1.22:1.55，對應米價比約爲1:1.4:1.5。因此在施工較簡單、所需管件較少的地區，單就(jiù)工程材料費用方面(miàn)比較PVC-U

　　管材占優勢 。

　　其次做一水力計算比較。熱塑性塑料管管壁****當量粗糙度Δ值很低，一般爲0.0015～0.015mm 之間，PVC - U 、PE 管多采用0.003mm。作爲給水管，在通常的流速條件下，一般處于水力光滑區，因此管壁****當量粗糙度取值的變化在這種情況下，對結果影響非常小(柯列勃洛克-魏特公式：1∕√λ=-21g(Δ∕3.7

　　di+2.51∕Re√λ))或沒有影響(布拉修斯公式：λ=0.3164∕Re0.25,Re 因很小，故Δ∕di

　　值可略)。基于以上理論，對于PVC-U、PE80、PE100 給水管在應用中，其水利坡降可按下式計算(假設水溫爲10℃，則υ=1.3×10-6m2/s)I=0.000915Q1.774/di4.774,根據我廠企标數據(其他同種标準雷同)，三者在相同公稱外徑、公稱壓力下的公稱壁厚PE80>PE100>PVC-U，因此在相同給定流量下，水力坡降值PE80>PE100>PVC-U，亦即管道(dào)沿程水頭損失hf(hf=L×I)爲PE80>PE100>PVC-U。因此要保證流量一緻，三者所需源動力是不同的;若源動力相同，要保證流量相同，必須使PE

　　管内徑和PVC-U 管内徑相同，故PE 管材外徑和壁厚必須同時增加，材料費用也相應增加。此方面(miàn)PVC-U 也占優勢。

　　再次做材料性能(néng)比較。(一)、PE 管道(dào)韌性很好(hǎo)，在實驗溫度30-3℃條件下，測得三種管材動态斷裂韌性KD值與管子尺寸無關，其中PVC-U爲1.8MNm-3/2、PE80爲2.6

　　MNm-3/2、PE100爲3.5 MNm-3/2，KD值高表明材料耐快速裂紋擴展(RCP)能(néng)力高，因此PE

　　比PVC-U 管材耐突發性開裂能(néng)力強。(二)、PE 耐沖擊強度比PVC-U管道(dào)高8 倍左右，低溫時PVC-U 耐沖擊性較PE 更弱，故PVC-U

　　管道(dào)在寒冷地帶和冬季搬運及施工時應特别注意，嚴禁受到沖擊或強行彎曲。(三)、PE 管道(dào)具有優異的抗刮痕能(néng)力，使其在施工、搬運過程中不易破壞管材外表面(miàn)，在通水使用過程中，其優良的耐摩性使沙子等不易破壞其内表面(miàn)。PVC-U材質卻存在“刻痕效應”(在試片上劃一刻痕，經沖擊實驗，會發現試片必定在刻痕處斷裂)，要求在運輸和施工中避免受到硬物刻劃，尤其是承口突出部位。在埋地時管道(dào)四周不得直接與石頭、磚頭等堅硬物體接觸，否則經輪壓施壓後，壓力會集中于石頭之接觸點，易導緻管破裂。另外PVC-U

　　管道(dào)在使用中，其70度傾角磨損質量和體積約爲PE 的8～9倍。(四)、冬季施工時，PE 較低的脆化溫度(-70℃)，使管子不會發生脆裂。PE 工作溫度是-40℃～40℃，而PVC-U管材工作溫度是0℃～45℃。(五)、PVC-U

　　和PE 管道(dào)作爲熱塑性塑料，其承載能(néng)力與工作溫度有關，随溫度升高，其耐内壓能(néng)力下降。見下表：

　　表一

　　PVC-U 管使用溫度/℃ 20 25 30 35 40

　　比率/% 100 100 87 76 70

　　表二

　　PE 管使用溫度/℃ 20 25 30 35 40

　　PE 管使用壓力比率/% 100 93 87 80 74

　　由上二表可看出，PE 管材和PVC-U 管材在不同溫度下使用壓力比率變化是不同的。但在SDR 值相同時，PVC-U 管材的公稱壓力值比同公稱外徑的PE管材高一倍，即兩者所使用壓力的基數是不相同的，所以不能(néng)通過使用溫度比較同外徑同SDR

　　值的兩種管材。再者，PVC-U 管材在長期使用過程中，特别是在溫度多變的運行環境下，將(jiāng)産生應力松弛現象，使管材直徑逐漸變小，容易造成(chéng)管道(dào)接口處滲漏，因而暗敷管道(dào)應盡量避

　　免絲扣連接，建議使用金屬内襯的管件進行連接，此種情況對熔接連接的一體化的PE 管道(dào)不會存在。(六)、線膨脹系數PE 爲0.00018/℃左右，PVC-U

　　爲0.00006/℃～0.00008/℃。盡管PE值較大，但其抗彎曲強度比PVC-U 小，膨脹靠自身完全能(néng)解決，而PVC-U 剛性連接不易做到，另外PVC-U

　　管道(dào)柔性連接如插入長度控制不好(hǎo)，或回填時間掌握不當，極易引起(qǐ)漏水或頂管事(shì)故。(七)、對PE80 和PE100 而言，雙峰分子量分布的PE100管材，其綜合性能(néng)要比PE80好(hǎo)，(無論單峰還是雙峰均如此，如HOSTALEN

　　CRP100和單峰的HOSTALEN MPE 80以及改進型的雙峰分子量分布的HOSTALEN GM 5010T3比較)，尤其是PE100的20℃、50年的蠕變抵抗能(néng)力提高，同時又保持了較好(hǎo)的耐環境應力開裂性能(néng)(ESCR)。但PE80

　　比PE100 的熔流速率MFR值高，其相對PE100易加工，也易焊接，其無論是材料費用還是施工費用均較PE100 低，所以對使用條件要求不很高的場合PE80

　　比PE100更适用。(八)、在防震性方面(miàn)，PVC-U 管采用膠粘連接抗震性能(néng)較差，明顯不如采用熔接連接的PE 管材，PE 管對地基沉降的适應能(néng)力很高。

　　**後做工程施工比較。(一)、PVC-U 管材撓性不如PE 好(hǎo)，故在施工中PVC-U 管材彎曲敷設半徑要比PE 大，這在地形複雜的地區，顯然不如PE

　　便于施工，其所需管件數量也多，整體費用也會大幅提高。(二)、在冬季和高寒地區施工，PE 焊接隻需保證焊接環境穩定和操作參數适宜，即可達到要求的強度;而PVC-U

　　粘接連接不宜在以下5℃施工，膠圈連接不宜在-10℃以下施工。(三)、PE 管道(dào)**主要的連接方式是熔接連接，包括電熔連接和熱熔連接，其因材質相同，接頭強度高于本體強度。但PE管道(dào)的焊接必須由經過專門培訓的焊工進行操作，才能(néng)确保合适工作參數下其強度要求。另外在大風的工作環境下，可能(néng)因冷卻加熱闆，并導緻不均勻溫度分布，故可能(néng)會對熔接質量有緻命的影響，當塵土污染加熱闆和管端也將(jiāng)會導緻接頭壽命大爲減少。同時不同管材料的熔接要考慮MFR值差異，其值越接近，管道(dào)熔接質量越好(hǎo)。盡管如此，PE

　　焊接仍比PVC- U 焊接操作既簡單又保險(不足之處是熔接需要電力)。因爲就(jiù)PVC-U 管的焊接而言，PVC-U管的熱熔對接焊的焊接質量穩定，但焊接過程比電熔焊複雜，其材質因原料變化使配方變化較大，故需要控制的參數不易掌握，設備投資也較高;而電熔焊接時，必須使用專門的電熔接頭，焊接成(chéng)本高，且大直徑管電熔焊接質量不穩定。所以PVC-U

　　給水管幾乎不使用焊接。不過PVC-U管在使用壓力不高，發生洩露情況時，可用PVC-U 焊條進行緊急停水焊接修補。(四)、PVC-U管在有水情況下可進行膠圈連接，這在雨季或多

　　雨地區以及管溝有水情況時施工是**理想的，但PE 管卻不宜帶電焊接施工。(五)、就(jiù)施工方法而言，PE 管道(dào)特别适用于非開挖工程，因其具有一些獨特的關鍵性質：一體化的管道(dào)連接方式，優良的撓性和良好(hǎo)的抗刮痕能(néng)力(尤其PE100

　　具有更加出色的抗刮痕能(néng)力)。優良撓性使得PE 管道(dào)走向(xiàng)容易依照施工方法的要求進行改變。如PE采用定向(xiàng)鑽進技術，施工速度快，且鋪管方向(xiàng)控制準确，管徑300～1500mm，管線****長度可達到 1500m，能(néng)适應各種地層主要用于穿越河流、湖泊、建築物等障礙物;采用導向(xiàng)鑽進技術，管徑可達50～350mm，管線長度一般可達300～400m，深度通常在10m

　　以内。在舊管線更換施工中，由于PE 管道(dào)的抗刮痕能(néng)力，接頭強度高，不易損壞而漏水，或將(jiāng)其損壞，所以其比PVC-U 管道(dào)更适合于爆管法施工，尤其是較長管道(dào)，而PVC-U

　　僅适于短管施工。在管線修複施工中，采用傳統内襯法PE 給水管道(dào)很适宜，而PVC-U給水管道(dào)則不可用。PVC-U 管材現施工已有頂管施工的事(shì)例，這在一定程度上擴大了其用途，而PE

　　管材目前沒有此方面(miàn)應用的統計資料。另外在地形平坦的地區施工，材料和施工費用要比PE少。(六)對于大口徑管材，因PE 熔接時間較長，且熔接技術要求較高，較難保證管道(dào)焊接質量;而PVC-U

　　管道(dào)可采用柔性承插連接，隻需手動葫蘆即可，人工素質要求不高，施工速度快，且安裝質量穩定。但PVC-U大口徑管件除風焊外，還需用玻璃鋼複合，工序複雜;而PE

　　大口徑管件隻需切割後熔接即可工序簡單。Φ50 以下的PE管材的可彎曲性能(néng)使其可以連續生産收盤、發運;而PVC-U 管材無論何種口徑，其三倍于PE的彈性模量，使之在一般生産和運輸條件下，是不可能(néng)實現收盤、發運的。作爲*********給水管，如果是暗敷，中間****不要有接頭，PVC-U

　　管材是不能(néng)做到，而PE管材是可以做到中間沒接頭，按定尺(Φ50以下的PE 管材每卷長度可達40～120米)要求來生産，施工方便。從經濟的角度來講，少接頭應體現經濟性。(七)、就(jiù)試壓和使用方面(miàn)說，PE

　　管材因施工經驗還不足，緊急搶修方法遠不如PVC-U 那樣多。

　　綜上所述，爲了使我廠三種給水管材能(néng)得到****發展，必須爲客戶進行多方面(miàn)考慮，通過性價比等做出**優化選擇，再有堅強的技術和管理後盾，這樣才能(néng)保證我們産品****的市場。

　　注：公式中參數含義如下

　　λ-- 水力摩阻系數;

　　Δ-- 管壁****當量粗糙度;

　　g-- 重力加速度，m/s2;

　　di-- 管内徑，m;

　　Re-- 雷諾準數;

　　υ-- 平均流速;m/s

　　I-- 水利坡降，m/m;

　　Q-- 計算流量，m3/s