聚乙烯管材标准发展现状分析

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2021.03.016

中国塑料 ›› 2021, Vol. 35 ›› Issue (3): 112-123.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2021.03.016

聚乙烯管材标准发展现状分析

施建峰¹^,², 胡安琪¹, 郑津洋¹^,²()

^1.浙江大学能源工程学院，杭州 310027
^2.高压过程装备与安全教育部工程研究中心，杭州 310027

收稿日期:2020-08-12 出版日期:2021-03-26 发布日期:2021-03-22
基金资助:
国家自然科学基金项目(51575480)

Development Status of Technical Standards in Polyethylene Piping

SHI Jianfeng¹^,², HU Anqi¹, ZHENG Jinyang¹^,²()

^1.College of Energy Engineering，Zhejiang University，Hangzhou 310027，China
^2.High?pressure Process Equipment and Safety Engineering Research Center Ministry of Education，Hangzhou 310017，China

Received:2020-08-12 Online:2021-03-26 Published:2021-03-22
Contact: ZHENG Jinyang E-mail:jyzh@zju.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

对比了聚乙烯管道和金属管道设计方法的差异，分析了标准中对于管材最小壁厚的计算公式差异的原因。综述了聚乙烯管道标准两个体系的区别和联系，其中一个是国际公认的国际标准化组织（ISO）编制的标准体系，另一个是美国机械工程师学会（ASME）、美国材料实验协会（ASTM）、美国塑料管道协会（PPI）编制的标准体系，两个标准体系对聚乙烯材料分级的依据和测试方法不同，壁厚计算中的设计系数取值方式也不同。分析了国内外现行标准中存在的问题，建议中国以当前聚乙烯管道在燃气、给水与核电等领域快速发展为基础，研制出既能满足这些领域应用发展需求，又适应中国现有聚乙烯管道行业发展现状的技术标准体系。

关键词: 聚乙烯管, 标准体系, 材料分级, 设计系数

Abstract:

The differences in the design methods of polyethylene （PE） pipes and metal pipes were compared， and the differences and connections between the two systems of PE pipe standards were reviewed. One of them is an internationally recognized standard system made by the International Organization for Standardization （ISO）， and the other belongs to the standard system compiled by the American Society of Mechanical Engineers （ASME）， the American Society for Testing and Materials （ASTM）， and the American Plastic Piping Association （PPI）. The basis and test methods for the classification of PE materials in these two standard systems are different， and the design coefficient values in the wall thickness calculation are also different. The problems in the current domestic and foreign standards were proposed and analyzed. On the basis of the application of PE pipes in the fields of natural gas， water supply， and nuclear power plant in China， some suggestions were proposed for the Chinese government to establish a set of technical standards that can meet the requirement of various applications and are also suitable for the industrial status of PE pipes.

Key words: polyethylene pipe, standard system, material classification, design factor

中图分类号:

T651

施建峰, 胡安琪, 郑津洋. 聚乙烯管材标准发展现状分析[J]. 中国塑料, 2021, 35(3): 112-123.

SHI Jianfeng, HU Anqi, ZHENG Jinyang. Development Status of Technical Standards in Polyethylene Piping[J]. China Plastics, 2021, 35(3): 112-123.

图/表 14

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项目	金属管材	PE?HD管材
腐蚀裕量	√	×
焊缝系数	√	×
形状系数	√	×
强度下降	高温时需要考虑	√

项目	金属管材	PE?HD管材
腐蚀裕量	√	×
焊缝系数	√	×
形状系数	√	×
强度下降	高温时需要考虑	√

国别	长期强度	管材类型	产品标准		设计规范
中国	GB18252	给水	产品	GB/T 13663.2	—
		给水	施工	CJJ 101	—
		燃气	产品	GB 15558.1	—
		燃气	施工	CJJ 63	—
欧洲	ISO 9080	给水	ISO 4427?2		—
欧洲	ISO 9080	燃气	ISO 4437?2		—
美国	ASTM D2837	给水	ASTM D3035、ASTM F714		市政	SME NM.1 ASME NM.3
美国	ASTM D2837	燃气	ASTM F2619		核电	Code Case N?755 ASME BPVC.III.A?XXVI

国别	长期强度	管材类型	产品标准		设计规范
中国	GB18252	给水	产品	GB/T 13663.2	—
		给水	施工	CJJ 101	—
		燃气	产品	GB 15558.1	—
		燃气	施工	CJJ 63	—
欧洲	ISO 9080	给水	ISO 4427?2		—
欧洲	ISO 9080	燃气	ISO 4437?2		—
美国	ASTM D2837	给水	ASTM D3035、ASTM F714		市政	SME NM.1 ASME NM.3
美国	ASTM D2837	燃气	ASTM F2619		核电	Code Case N?755 ASME BPVC.III.A?XXVI

标准体系	牌号	韧性	脆性
ISO	PE80	20 ℃外推的50年置信度97.5 %的管材环向强度≥ 8 MPa	d_n110 mm、SDR11的管材在80 ℃、0.8 MPa水压下保持500 h 无破坏无渗漏
ISO	PE100	20 ℃外推的50年置信度97.5 %的管材环向强度 ≥10 MPa	d_n 110 mm、SDR11的管材在80 ℃、1.0 MPa水压下保持500 h 无破坏无渗漏
美国	PE3608	23 ℃外推10 0000（11.4年）的平均环向强度与D_F之积≥ 800 psi（5.5 MPa）	材料在80 ℃、2.4 MPa拉应力下进行PENT试验断裂时间 >100 h
美国	PE4710	23 ℃外推10 0000（11.4年）的平均环向强度与D_F之积≥ 1 000 psi（6.9 MPa）	材料在80 ℃、2.4 MPa拉应力下进行PENT试验断裂时间 >500 h

聚乙烯管材标准发展现状分析

Development Status of Technical Standards in Polyethylene Piping

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ISO 9080:2012	ASTM D2837?2013
对数?对数线性回归模型，一般为4参数模型，也可为2或3参数模型	对数?对数线性回归模型，一般为2参数模型，也可为3或4参数模型
多温度模型	每个温度独立评估
最长的静液压试验至少持续9 000 h	最长的静液压试验至少持续10 000 h
长期静水强度是统计极限（97.5%）破坏应力的置信下限(σ_LPL)	长期静水强度是给定温度下的平均预计破坏应力
长期静水强度是基于20 ℃回归曲线的50年截距值	长期静水强度是基于23 ℃或其他测试温度回归曲线100 000 h(11.4年)的截距值
MRS	HDB

置信下限范围σ_LPL/MPa	MRS/MPa	MRS/psi	牌号
6.3<σ_LPL<8	6.3	914	PE63
8<σ_LPL<10	8	1160	PE80
10<σ_LPL<11.2	10	1450	PE100
11.2<σ_LPL<12.5	11.2	1625	PE112
12.5<σ_LPL<14	12.5	1813	PE125

计算LTHS值的范围	HDB
760~<960 psi（5.24 ~<6.62 MPa）	800 psi(5.52 MPa)
960~<1 200 psi（6.62~<8.274 MPa）	1 000 psi(6.89 MPa)
1 200~<1 530 psi（8.27~<10.55 MPa）	1 250 psi(8.62 MPa)
1 530~<1 920 psi（10.55~<13.24 MPa）	1 600 psi(11.03 MPa)
1 920~<2 400 psi（13.24~<16.55 MPa）	2 000 psi(13.79 MPa)
2 400~<3 020 psi（16.55~<20.82 MPa）	2 500 psi(17.24 MPa)

使用场合	标准	MRS/MPa	C	HDB/psi	D_F	设计压力/MPa
市政给水	ISO 4427?2	10	1.25	-	-	1.6
	GB/T 13663.2	10	1.25	-	-	1.6
	CJJ 101	10	1.88	-	-	1.06
	ASTM D3035	-	-	1 600（11.03 MPa）	0.63	1.38
核电给水	ASME.III.A?XXVI	-	-	1 600（11.03 MPa）	0.5	1.1
市政燃气	ISO 4437?2	10	2	-	-	1.0
	GB 15558.1	10	2	-	-	1.0
	CJJ 63	10	2.5	-	-	0.8
	ASTM D2513	-	-	1 600（11.03 MPa）	0.63	1.38

使用场合	标准	公称直径/mm	外径/mm	径厚比	最小壁厚/mm
市政给水	ISO 4427?2	110	110.0	SDR26	4.2
	GB/T 13663.2	110	110.0	SDR26	4.2
	CJJ 101	110	110.0	SDR17	6.6
	ASTM D3035	101.6（4 in）	114.3	DR17	6.73
核电给水	ASME.III.A?XXVI	101.6（4 in）	114.3	DR15.5	7.37
市政燃气	ISO 4437?2	110	110.0	SDR13.6	8.1
	GB 15558.1	110	110.0	SDR11	10.0
	CJJ 63	110	110.0	SDR11	10.0
	ASTM D2513	101.6（4 in）	114.3	DR19	6.02

类别	现行国家标准	参考标准	现行ISO标准	备注
长期强度	GB/T 18252?2008	ISO 9080:2003	ISO 9080:2012	滞后9年
给水总则	GB/T 13663.1?2017	ISO 4427?1:2007	ISO 4427?1:2019	滞后12年
给水管材	GB/T 13663.2?2018	ISO 4427?2:2007	ISO 4427?2:2019	滞后12年
给水管件	GB/T 13663.3?2018	ISO 4427?3:2007	ISO 4427?3:2019	滞后12年
给水系统适用性	GB/T 13663.5?2018	ISO 4427?5:2007	ISO 4427?5:2019	滞后12年
燃气管材	GB 15558.1?2015	ISO 4437?1:2014	ISO 4437?1:2014	—
燃气管材	GB 15558.1?2015	ISO 4437?2:2014	ISO 4437?2:2014	—
燃气管件	GB 15558.2?2005	ISO 8085?2:2001 ISO 8085?3:2001	ISO 4437?3:2014	滞后13年
燃气阀门	GB 15558.3?2008	ISO 10933:1997	ISO 4437?4:2014	滞后17年

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