自歐美發(fā)達國家六十年代開始采用聚乙烯（PE）管道輸配燃氣，到八十年代中期，技術已相當成熟。我國國家標準聚乙烯燃氣管材（GB15558.1：1995）、管件（GB15558.2：1995）和建設部工程設計行業(yè)規(guī)程（CJJ63：95）基本上體現(xiàn)了這一成熟水平。但值得注意的是進入九十年代后，聚乙烯燃氣管道技術仍在迅速發(fā)展中。本文將就近十年來的一些主要進展做一簡要介紹。
1.管材原料
管材原料方面的主要進展有：
?。?）1989年，比利時SOLVAY公司開發(fā)了第三代聚乙烯管材樹脂，稱為PE100等級。該材料具有雙峰型分子量分布，結構上與第二代（PE80）管材級聚乙烯樹脂顯著不同。PE100較單峰型PE80樹脂性能上的進步主要體現(xiàn)在如幾個方面：優(yōu)異的慢速裂紋增長抵抗能力，卓越的快速裂紋擴展抵抗能力和較好改善了刮痕敏感度，以及具有較高的剛度。PE100在90年代成為聚乙烯管材料發(fā)展的亮點。北歐化工（瑞典和芬蘭）（1993年）、赫斯特（德國）（1996年）、菲納（比利時）（1998年）等廠家陸續(xù)推出自己的PE100產(chǎn)品。PE100的出現(xiàn)有效擴展了聚乙烯燃氣管口徑范圍和壓力區(qū)間。
但應指出的是PE100的出現(xiàn)，并不意味著PE80中密度聚乙烯（MDPE）的終結。PE80MDPE在實踐中表現(xiàn)了優(yōu)異的性能，并由于其良好的可撓性，而便于盤卷和壓扁阻氣。
（2）聚乙烯管材料長期性能的評價形成了科學的方法
聚乙烯管材料等級確認及命名的基礎是對管材料長期耐內(nèi)壓性能的評價。已形成了統(tǒng)一的標準方法ISO/TR9080：1992，可求取材料的最小要求強度（MRS），并據(jù)此確定塑料管材料的ISO等級。目前商品化的聚乙烯管材料共有5個等級：PE100，PE80，PE63，PE40，PE32。ISO4437：1988要求的材料基本上是PE63和PE80。ISO4437：1997要求的材料則為PE80和PE100。GB15558.1：1995對材料的要求基本含義為PE80。ISO4437：1997中的材料等級分類明確以ISO/TR9080為基礎；而GB15558.1：1995對材料等級的要求近似于ISO4437：1988，此二標準中對長期靜液壓強度的獲取方法與ISO/TR9080尚有相當?shù)牟顒e。此外，國內(nèi)目前已開始實際使用PE100材料制造的聚乙烯燃氣管。
ISO的管材料等級分類體系已為除北美部分國家外，世界各國廣泛采納和應用。ISOTR/9080：1992的發(fā)布及產(chǎn)品標準（ISO4437：1997）的要求，使得樹脂制造商依據(jù)ISO/TR9080提供聚乙烯燃氣管材料的等級證明成為必須。歐洲及日本、韓國的樹脂制造商都按照ISO方法，提供其生產(chǎn)的聚乙烯管材混配料的等級和相關證明。
目前ISO/TR9080已進一步規(guī)范和簡化為ISO：DIS9080：1998，更加簡便、統(tǒng)一和實用。我國已據(jù)此制訂完成相應的國家標準GB/T18252—2000“塑料管道系統(tǒng)用外推法對熱塑性塑料管材長期靜液壓強度的測定”。
?。?）綜合考察聚乙烯管材料的性能
材料的發(fā)展及管材應用的實踐表明，僅僅通過最小要求的強度來選擇聚乙烯燃氣管材料是不夠的。建立在MRS基礎上的塑料管ISO等級評價體系雖然考慮到了塑料管的主要力學因素，但不全面。目前比較前面的方法是根據(jù)產(chǎn)品要求的幾種主要力學性能指標，綜合考察最小要求強度（MRS）、快速裂紋擴展（RCP）、慢速裂紋增長（SCG）、耐氣體組分和溫度效應。特別是快速裂紋擴展（RCP）、慢速裂紋增長（SCG）試驗方法的研究相當活躍。比較成熟的幾種聚乙烯管材料SCG研究方法（NPT、PENT、FNCT）和RCP研究方法（FS、S4）均已或正在形成ISO標準，其中，NPT和FS、S4等方法已為ISO4437：1997采用，用于評價聚乙烯燃氣管材料及管材。
2．管道設計承壓能力與經(jīng)濟管徑
根據(jù)ISO4437：1997，標準規(guī)定最小的總設計（使用）系數(shù)為2，由此PE80聚乙烯燃氣管的最大工作壓力可達到8bar（SDR11系列）；但實際使用時，均采用了比較大的安全系數(shù)，如英國，PE80燃氣管最大工作壓力通常為5.5bar（SDR11系列）。我國GB15558.1：1995規(guī)定聚乙烯燃氣管的最大工作壓力為4bar（SDR11系列）。由于PE100的出現(xiàn)，聚乙烯燃氣管道的最大工作壓力根據(jù)標準可達到10bar（SDR11系列），英國實際使用已達到7bar，于1989年進行區(qū)域現(xiàn)場試驗成功后，到1992年，即已鋪設150km的管子。法國煤氣公司已使用到8bar（PE100，SDR11）。德國等國家聚乙烯燃氣管道已使用到10bar（PE100，SDR11）。
美國煤氣協(xié)會（AGA）也正在做提高聚乙烯燃氣管道最大允許工作壓力的努力，擬從100psi（6.9bar）（SDR11）提高到125psi（8.6bar）（SDR11），相應聚乙烯燃氣管的設計系數(shù)（F）從0.32提高0.40。
ISO4437：1997規(guī)定聚乙烯燃氣管材的最大外徑為630mm，但實際應用的聚乙烯管道均低于此外徑，如英國煤氣公司（BG）使用的聚乙烯管道最大外徑為500mm?？紤]到經(jīng)濟性，聚乙烯燃氣管用量最大的在250mm外徑以下。PE100的設計應力提高，使得其具有競爭力的管材外徑得到提高。我國聚乙烯燃氣管標準規(guī)定的最大外徑為250mm，但目前實際已使用到400mm。
盡管聚乙烯燃氣管道實際使用中，還從來沒有發(fā)生過快速開裂事故，但對聚乙烯燃氣管道快速裂紋擴展的研究在90年代卻得以深入的發(fā)展，突出表現(xiàn)在小尺寸穩(wěn)態(tài)試驗（S4）方法（英國帝國理工大學提出）的建立及基于該方法的大量研究。盡管有關研究還在繼續(xù)，而且根據(jù)目前的研究成果，在聚乙烯燃氣管的實際應用過程中，可能發(fā)生快速裂紋擴展的可能性非常非常低，并已存在一些初步有效的設計控制方法。但ISO4427：1997及有關歐洲標準已明確提出對聚乙烯燃氣管及其材料的抵抗快速裂紋擴展性能（全尺寸實驗方法及S4實驗方法）的要求。
3．熔接技術
聚乙烯燃氣管道在熔接技術方面的主要進展有：
(1）電熔連接的發(fā)展關于電熔連接的第一項專利是在1954年取得的，但直到1975年由瑞士GeorgFisher公司設計的適合于燃氣系統(tǒng)的電熔管件制造線才出現(xiàn)。然而使用電熔管件進行燃氣管道的連接是八十年代在歐洲才全面發(fā)展起來的。進入九十年代中期，電熔連接技術在美國、日本等國家也得到了較快的發(fā)展。九十年代電熔連接技術的發(fā)展主要體現(xiàn)在：
1）管件的材質緊跟管材材質的發(fā)展，國際上已有多家電熔管件制造商開發(fā)生產(chǎn)PE100材料的管件。
2）電熔管件的結構經(jīng)過不斷的發(fā)展，改進，走向成熟。具有寬的熔接區(qū)，較長的插入深度和冷卻區(qū)。GeorgFisher公司1997年推出了它的模塊化設計的電熔鞍形管件和過渡管件系統(tǒng)，實現(xiàn)了由一些基本元件在車間和施工現(xiàn)場組合成所需管件，減少庫存，方便應用。
3）電熔連接設備已進入第三代（多功能），可以現(xiàn)場進行熔接質量控制，并且確保設備和安裝的可追溯性。
4）電熔管件的自動識別系統(tǒng)可使電能按照一定方式自動輸與電熔管件，在九十年代后期，實現(xiàn)了標準化。有三種類型：數(shù)字識別系統(tǒng)，機電識別系統(tǒng)和自調節(jié)系統(tǒng)。
目前大多數(shù)電熔管件采用的是數(shù)字識別系統(tǒng)，熔接參數(shù)以及其它信息以代碼的形式記錄在條形碼、磁卡等數(shù)據(jù)載體上，熔接控制器從上述載體中讀出參數(shù)后自動控制熔接。
最為常用的是條形碼，有兩類標準系統(tǒng)：24位的交叉2/5碼和32位的交叉2/5碼。使用條形碼記錄熔接數(shù)據(jù)為電熔管件制造商和熔接控制器制造商提供了很多便利：管件制造商可在條形碼上記錄它所認為正確的熔接參數(shù)；熔接控制器制造商可自由設計它自己的軟件和機器，可以決定那些數(shù)據(jù)需要顯示，哪些命令需要執(zhí)行以及數(shù)據(jù)的記憶方法等等。
磁卡在具有上述優(yōu)點的同時，還具有如下優(yōu)點：存儲數(shù)據(jù)的空間更大；可以用做熔接操作員的“通行證”。因而被認為更有利于聚乙烯燃氣管道安裝的質量控制。
機電識別系統(tǒng)的主要特點是將設置在電熔管件的識別電阻的測量值轉換為熔接時間。此外，還有管件識別等功能。該系統(tǒng)要求電熔管件的接線柱端頭具有特殊的結構。英國FUSION公司電熔管件即是在通電柱頭上附加識別電阻。
自調節(jié)系統(tǒng)是利用熔接時管材管件界面處電熱絲周圍的聚乙烯材料由固態(tài)轉化為液態(tài)，體積膨脹導致熔接區(qū)域壓力增高的特性來自動切斷電能的供應。這種調節(jié)方式自動地考慮到了管材管件的裝配偏差，環(huán)境溫度，控制器的輸出電壓和管件電熱絲的電阻等因素對熔接的影響。法國燃氣公司和PEI公司共同研制成功的自動調節(jié)電熔管件（RAR），在承口處設校準井，內(nèi)置一個與電熔控制器相連的傳感器。焊接時，熔化聚乙烯材料向外熱膨脹，傳感器將此信號傳遞給熔接控制器，而自動停止焊接。
5）近年電熔管件成型技術最主要的進展是成型的自動化。芬蘭Tooler公司推出了EfimaticL63電熔管件全自動化制造系統(tǒng)，最大生產(chǎn)能力每小時1000件，不僅保證了電熔管件制造的精度，而且極大地提高了生產(chǎn)效率，增加了產(chǎn)品的市場競爭力。當電熔管件直徑增大時，壁厚加大，注塑成型的冷卻時間過長，極大地影響了管件的制造效率。為此，日本東京煤氣公司等開發(fā)了電熔管件的多層成型技術（MLMT）。
(2）熱熔連接的發(fā)展
熱熔對接設備的發(fā)展方向是全自動化，不僅可消除人為因素，并且可實現(xiàn)可追溯性。英國燃氣公司首先進行研制，主要是針對大口徑管子，因為傳統(tǒng)機器用于直徑大于315mm的管子時已出現(xiàn)問題。英國、德國、比利時、法國、美國等均已開發(fā)半自動、全自動設備。
對聚乙烯管道熱熔對接工藝的研究一直在進行。目前一些主要國家（如英國、德國、比利時、芬蘭等）聚乙烯管道熱熔對接的工藝參數(shù)不盡相同，而且由于材料的不斷發(fā)展，對工藝變化的要求也是必然的。
采用比較廣泛的熔接工藝是德國焊接協(xié)會（DVS）發(fā)布的。比利時根特大學對DVS的熔接工藝改變了兩個參數(shù)：溫度由215℃提高到225℃；加熱壓力降低了50%。并認為壓力有進一步降低的可行性。
瑞典排污塑料管質量委員會（KP-Council）根據(jù)實際經(jīng)驗的研究認為，冷卻時間應進一步延長，特別是對厚壁管材。
1993年，英國水研究中心（WRC）提出一種“雙壓”（dualpressure）連接法用于壁厚大于20mm聚乙烯管的連接。該方法與通常的焊接程序的主要差別在熔接階段的冷卻壓力降低。
熱熔對接的非破壞性檢驗也是一個發(fā)展研究的一個重要內(nèi)容。美國McElory公司推出了聚乙烯管熱熔對接接頭的超聲波檢查系統(tǒng)——Ultra-Mc。其原理是當透射超聲波遇到界面時，會全部或部分反射。該系統(tǒng)由微機控制并對檢查結果進行分析判斷。檢查的口徑范圍目前為DN63——315mm。
(3）管道連接新方法的開發(fā)
美國天然氣研究所（GRI）開發(fā)了用于連接和修理聚乙烯天然氣輸配管線的新方法。該方法使用了一個稱為“SmartHeat”的自調、恒溫加熱的新技術。該技術具有能較好地控制溫度，連接件和裝配費用低的優(yōu)點。其產(chǎn)品于1995年在美國開始了商業(yè)銷售。
4.可追溯性與質量保證體系
為保證燃氣輸配系統(tǒng)安全，要求有關各方建立有效的質量保證體系。根據(jù)ISO9000系列標準建立的質量保證體系的一個要素是可追溯性。
可追溯性的最初含義是制造代碼（制造批次的區(qū)分），可確保最終用戶通過供應商追溯所需要的必要信息，直到原材料的批次。但目前歐洲一些采用聚乙烯管道的燃氣公司擴展了對可追溯性的要求，其中包括何時、何地、由誰，什么產(chǎn)品（管材、管件、閥門）被安裝在管網(wǎng)中，及所采用的連接技術。
聚乙烯燃氣管道應用發(fā)展到90年代，產(chǎn)生了一些明顯的變化。如電熔連接多功能控制器的采用，和管網(wǎng)安裝中獨立承包商的介入，責任需要明確界定。顯然首先要求的是可靠的數(shù)據(jù)記錄。采用電子數(shù)據(jù)處理設備的先進熔接控制器可在現(xiàn)場自動記錄所要求的數(shù)據(jù)。使燃氣公司提高統(tǒng)計分析的效率（安裝產(chǎn)品的數(shù)量、采用的連接技術、完成任務的數(shù)量等），同時也有助于評價產(chǎn)品供應商和安裝隊伍的表現(xiàn)。如果破壞發(fā)生，詳細的數(shù)據(jù)在破壞分析中非常有用，并且有助于預防和糾正計劃。
可追溯性延伸了電熔管件數(shù)據(jù)載體的數(shù)據(jù)的范圍，因此要求采用磁卡或32位的條形碼。
5.大口徑盤卷管材
傳統(tǒng)上，對于外徑≤63mm的聚乙烯管材，可以以盤管形式供貨。GB15558.1—1995規(guī)定“可盤管的管材外徑宜不大于110mm”。但近十年的發(fā)展趨勢是可盤管的管材外徑擴大。如法國煤氣公司所用的聚乙烯管材，外徑≤63mm的聚乙烯管材，以盤管形式供貨；63mm<外徑≤160mm的管材，以大線輪形式供貨；外徑≥200mm的管材，以直管的形式供貨。
美國燃氣技術研究所（IGT）也研究開發(fā)了盤卷、運輸、安裝大口徑聚乙烯燃氣管的新方法?，F(xiàn)大口徑盤卷PE管，通常指4英寸（101.6mm）和6英寸（152.4mm）直徑，長度為250英尺（76m）至1000英尺（384m），在美國已廣泛采用，美國燃氣工業(yè)每年因此節(jié)約四千萬美圓。
盤卷管通常需要進行整圓處理，有些盤卷管可能還需要拉直。直徑愈大，溫度愈低，材料的密度愈高，愈有可能需要拉直。實踐經(jīng)驗表明，4英寸SDR11的管材，在溫度60℉（15℃）之上，通常不需要拉直處理。
6.非開挖技術
非開挖施工技術（TrenchlessTechnology）是指利用各種巖土鉆掘的技術手段，在地表不開溝（槽）的條件下鋪設、更換或修復各種地下管線的施工技術。與傳統(tǒng)的挖槽施工法相比，非開挖施工技術具有不影響交通、不破壞環(huán)境、施工周期短、綜合施工成本低且社會效益顯著等優(yōu)點。非開挖施工技術種類較多，可用于鋪設新管線、更新舊管線（原位更換）和修復舊管線。采用非開挖技術施工聚乙烯燃氣管無論是在歐美，還是亞洲的日本、香港等地，均已比較廣泛應用。常用的有水平定向鉆進施工法（HDD）（鋪設新管）、傳統(tǒng)內(nèi)襯法（舊管道的穿插更新，插入的PE管與舊管道之間有一定間隙）、改進內(nèi)襯法（PE管在送入舊管道之前，進行折疊變形處理，或通過熱拔和冷軋進行縮徑，進入舊管后，通過加熱、加壓或自然作用使得PE管與舊管道達到緊密配合）、爆管或脹管法（對舊管道的原位更換）。由于聚乙烯管道具有一體化的管道連接方式（熔接），優(yōu)良的撓性和良好的抵抗刮痕開裂的能力，因而用于非開挖工程，具有更為獨特的技術經(jīng)濟優(yōu)勢。
7.聚乙烯燃氣管道的定位
傳統(tǒng)上聚乙烯燃氣管道采用金屬示蹤線或薄膜型檢測帶來定位。近年來，美國天然氣研究所（GRI）對另外的定位方法進行了研究，包括聲波示蹤系統(tǒng)、電子信標系統(tǒng)和磁性PE管系統(tǒng)。其中，磁性PE管最為引人注目，它是在聚乙烯材料中加入磁性粒子，在擠出管材時，通過旋轉磁化器對管材施加正弦磁力場。探測管子的磁力場可以對埋地的PE管準確定位。研究認為該方法具有費用經(jīng)濟、永久可靠的優(yōu)點。美國PhilipsDriscopipe公司1998年推出了磁性PE燃氣管產(chǎn)品。
自本文所述，可以看到聚乙烯燃氣管道發(fā)展總的目標為：拓展聚乙烯管道的應用范圍；降低運行維護費用；發(fā)展新的安裝方法；提高管線系統(tǒng)的可靠性和安全性。有些技術尚有待于實踐的進一步檢驗。有些技術則由于國情及發(fā)展階段、發(fā)展基礎的不同，在我國目前尚無法得到應用，但應得到關注。本文對我國聚乙烯燃氣管道的發(fā)展提出如下建議：
1.關于我國聚乙烯燃氣管國家標準的修訂
我國聚乙烯燃氣管國家標準目前正在修訂，修訂將充分考慮到技術及標準的發(fā)展，管材原料將明確為PE80和PE100燃氣管用混配料；管材標準中將規(guī)定PE100原料制造的SDR11的聚乙烯燃氣管最大工作壓力為10bar；管材最大公稱外徑將由目前的250mm擴大到630mm。
2.關于城鎮(zhèn)燃氣設計規(guī)范的修訂
我國國家標準GB50028“城鎮(zhèn)燃氣設計規(guī)范”目前正在修訂中，根據(jù)修訂本征求意見稿（2001年8月），我國城鎮(zhèn)燃氣管道按輸送壓力P分為7級（表1）。
表1城鎮(zhèn)燃氣輸送壓力（表壓）分級
名稱
1.管材原料
管材原料方面的主要進展有：
?。?）1989年，比利時SOLVAY公司開發(fā)了第三代聚乙烯管材樹脂，稱為PE100等級。該材料具有雙峰型分子量分布，結構上與第二代（PE80）管材級聚乙烯樹脂顯著不同。PE100較單峰型PE80樹脂性能上的進步主要體現(xiàn)在如幾個方面：優(yōu)異的慢速裂紋增長抵抗能力，卓越的快速裂紋擴展抵抗能力和較好改善了刮痕敏感度，以及具有較高的剛度。PE100在90年代成為聚乙烯管材料發(fā)展的亮點。北歐化工（瑞典和芬蘭）（1993年）、赫斯特（德國）（1996年）、菲納（比利時）（1998年）等廠家陸續(xù)推出自己的PE100產(chǎn)品。PE100的出現(xiàn)有效擴展了聚乙烯燃氣管口徑范圍和壓力區(qū)間。
但應指出的是PE100的出現(xiàn)，并不意味著PE80中密度聚乙烯（MDPE）的終結。PE80MDPE在實踐中表現(xiàn)了優(yōu)異的性能，并由于其良好的可撓性，而便于盤卷和壓扁阻氣。
（2）聚乙烯管材料長期性能的評價形成了科學的方法
聚乙烯管材料等級確認及命名的基礎是對管材料長期耐內(nèi)壓性能的評價。已形成了統(tǒng)一的標準方法ISO/TR9080：1992，可求取材料的最小要求強度（MRS），并據(jù)此確定塑料管材料的ISO等級。目前商品化的聚乙烯管材料共有5個等級：PE100，PE80，PE63，PE40，PE32。ISO4437：1988要求的材料基本上是PE63和PE80。ISO4437：1997要求的材料則為PE80和PE100。GB15558.1：1995對材料的要求基本含義為PE80。ISO4437：1997中的材料等級分類明確以ISO/TR9080為基礎；而GB15558.1：1995對材料等級的要求近似于ISO4437：1988，此二標準中對長期靜液壓強度的獲取方法與ISO/TR9080尚有相當?shù)牟顒e。此外，國內(nèi)目前已開始實際使用PE100材料制造的聚乙烯燃氣管。
ISO的管材料等級分類體系已為除北美部分國家外，世界各國廣泛采納和應用。ISOTR/9080：1992的發(fā)布及產(chǎn)品標準（ISO4437：1997）的要求，使得樹脂制造商依據(jù)ISO/TR9080提供聚乙烯燃氣管材料的等級證明成為必須。歐洲及日本、韓國的樹脂制造商都按照ISO方法，提供其生產(chǎn)的聚乙烯管材混配料的等級和相關證明。
目前ISO/TR9080已進一步規(guī)范和簡化為ISO：DIS9080：1998，更加簡便、統(tǒng)一和實用。我國已據(jù)此制訂完成相應的國家標準GB/T18252—2000“塑料管道系統(tǒng)用外推法對熱塑性塑料管材長期靜液壓強度的測定”。
?。?）綜合考察聚乙烯管材料的性能
材料的發(fā)展及管材應用的實踐表明，僅僅通過最小要求的強度來選擇聚乙烯燃氣管材料是不夠的。建立在MRS基礎上的塑料管ISO等級評價體系雖然考慮到了塑料管的主要力學因素，但不全面。目前比較前面的方法是根據(jù)產(chǎn)品要求的幾種主要力學性能指標，綜合考察最小要求強度（MRS）、快速裂紋擴展（RCP）、慢速裂紋增長（SCG）、耐氣體組分和溫度效應。特別是快速裂紋擴展（RCP）、慢速裂紋增長（SCG）試驗方法的研究相當活躍。比較成熟的幾種聚乙烯管材料SCG研究方法（NPT、PENT、FNCT）和RCP研究方法（FS、S4）均已或正在形成ISO標準，其中，NPT和FS、S4等方法已為ISO4437：1997采用，用于評價聚乙烯燃氣管材料及管材。
2．管道設計承壓能力與經(jīng)濟管徑
根據(jù)ISO4437：1997，標準規(guī)定最小的總設計（使用）系數(shù)為2，由此PE80聚乙烯燃氣管的最大工作壓力可達到8bar（SDR11系列）；但實際使用時，均采用了比較大的安全系數(shù)，如英國，PE80燃氣管最大工作壓力通常為5.5bar（SDR11系列）。我國GB15558.1：1995規(guī)定聚乙烯燃氣管的最大工作壓力為4bar（SDR11系列）。由于PE100的出現(xiàn)，聚乙烯燃氣管道的最大工作壓力根據(jù)標準可達到10bar（SDR11系列），英國實際使用已達到7bar，于1989年進行區(qū)域現(xiàn)場試驗成功后，到1992年，即已鋪設150km的管子。法國煤氣公司已使用到8bar（PE100，SDR11）。德國等國家聚乙烯燃氣管道已使用到10bar（PE100，SDR11）。
美國煤氣協(xié)會（AGA）也正在做提高聚乙烯燃氣管道最大允許工作壓力的努力，擬從100psi（6.9bar）（SDR11）提高到125psi（8.6bar）（SDR11），相應聚乙烯燃氣管的設計系數(shù)（F）從0.32提高0.40。
ISO4437：1997規(guī)定聚乙烯燃氣管材的最大外徑為630mm，但實際應用的聚乙烯管道均低于此外徑，如英國煤氣公司（BG）使用的聚乙烯管道最大外徑為500mm?？紤]到經(jīng)濟性，聚乙烯燃氣管用量最大的在250mm外徑以下。PE100的設計應力提高，使得其具有競爭力的管材外徑得到提高。我國聚乙烯燃氣管標準規(guī)定的最大外徑為250mm，但目前實際已使用到400mm。
盡管聚乙烯燃氣管道實際使用中，還從來沒有發(fā)生過快速開裂事故，但對聚乙烯燃氣管道快速裂紋擴展的研究在90年代卻得以深入的發(fā)展，突出表現(xiàn)在小尺寸穩(wěn)態(tài)試驗（S4）方法（英國帝國理工大學提出）的建立及基于該方法的大量研究。盡管有關研究還在繼續(xù)，而且根據(jù)目前的研究成果，在聚乙烯燃氣管的實際應用過程中，可能發(fā)生快速裂紋擴展的可能性非常非常低，并已存在一些初步有效的設計控制方法。但ISO4427：1997及有關歐洲標準已明確提出對聚乙烯燃氣管及其材料的抵抗快速裂紋擴展性能（全尺寸實驗方法及S4實驗方法）的要求。
3．熔接技術
聚乙烯燃氣管道在熔接技術方面的主要進展有：
(1）電熔連接的發(fā)展關于電熔連接的第一項專利是在1954年取得的，但直到1975年由瑞士GeorgFisher公司設計的適合于燃氣系統(tǒng)的電熔管件制造線才出現(xiàn)。然而使用電熔管件進行燃氣管道的連接是八十年代在歐洲才全面發(fā)展起來的。進入九十年代中期，電熔連接技術在美國、日本等國家也得到了較快的發(fā)展。九十年代電熔連接技術的發(fā)展主要體現(xiàn)在：
1）管件的材質緊跟管材材質的發(fā)展，國際上已有多家電熔管件制造商開發(fā)生產(chǎn)PE100材料的管件。
2）電熔管件的結構經(jīng)過不斷的發(fā)展，改進，走向成熟。具有寬的熔接區(qū)，較長的插入深度和冷卻區(qū)。GeorgFisher公司1997年推出了它的模塊化設計的電熔鞍形管件和過渡管件系統(tǒng)，實現(xiàn)了由一些基本元件在車間和施工現(xiàn)場組合成所需管件，減少庫存，方便應用。
3）電熔連接設備已進入第三代（多功能），可以現(xiàn)場進行熔接質量控制，并且確保設備和安裝的可追溯性。
4）電熔管件的自動識別系統(tǒng)可使電能按照一定方式自動輸與電熔管件，在九十年代后期，實現(xiàn)了標準化。有三種類型：數(shù)字識別系統(tǒng)，機電識別系統(tǒng)和自調節(jié)系統(tǒng)。
目前大多數(shù)電熔管件采用的是數(shù)字識別系統(tǒng)，熔接參數(shù)以及其它信息以代碼的形式記錄在條形碼、磁卡等數(shù)據(jù)載體上，熔接控制器從上述載體中讀出參數(shù)后自動控制熔接。
最為常用的是條形碼，有兩類標準系統(tǒng)：24位的交叉2/5碼和32位的交叉2/5碼。使用條形碼記錄熔接數(shù)據(jù)為電熔管件制造商和熔接控制器制造商提供了很多便利：管件制造商可在條形碼上記錄它所認為正確的熔接參數(shù)；熔接控制器制造商可自由設計它自己的軟件和機器，可以決定那些數(shù)據(jù)需要顯示，哪些命令需要執(zhí)行以及數(shù)據(jù)的記憶方法等等。
磁卡在具有上述優(yōu)點的同時，還具有如下優(yōu)點：存儲數(shù)據(jù)的空間更大；可以用做熔接操作員的“通行證”。因而被認為更有利于聚乙烯燃氣管道安裝的質量控制。
機電識別系統(tǒng)的主要特點是將設置在電熔管件的識別電阻的測量值轉換為熔接時間。此外，還有管件識別等功能。該系統(tǒng)要求電熔管件的接線柱端頭具有特殊的結構。英國FUSION公司電熔管件即是在通電柱頭上附加識別電阻。
自調節(jié)系統(tǒng)是利用熔接時管材管件界面處電熱絲周圍的聚乙烯材料由固態(tài)轉化為液態(tài)，體積膨脹導致熔接區(qū)域壓力增高的特性來自動切斷電能的供應。這種調節(jié)方式自動地考慮到了管材管件的裝配偏差，環(huán)境溫度，控制器的輸出電壓和管件電熱絲的電阻等因素對熔接的影響。法國燃氣公司和PEI公司共同研制成功的自動調節(jié)電熔管件（RAR），在承口處設校準井，內(nèi)置一個與電熔控制器相連的傳感器。焊接時，熔化聚乙烯材料向外熱膨脹，傳感器將此信號傳遞給熔接控制器，而自動停止焊接。
5）近年電熔管件成型技術最主要的進展是成型的自動化。芬蘭Tooler公司推出了EfimaticL63電熔管件全自動化制造系統(tǒng)，最大生產(chǎn)能力每小時1000件，不僅保證了電熔管件制造的精度，而且極大地提高了生產(chǎn)效率，增加了產(chǎn)品的市場競爭力。當電熔管件直徑增大時，壁厚加大，注塑成型的冷卻時間過長，極大地影響了管件的制造效率。為此，日本東京煤氣公司等開發(fā)了電熔管件的多層成型技術（MLMT）。
(2）熱熔連接的發(fā)展
熱熔對接設備的發(fā)展方向是全自動化，不僅可消除人為因素，并且可實現(xiàn)可追溯性。英國燃氣公司首先進行研制，主要是針對大口徑管子，因為傳統(tǒng)機器用于直徑大于315mm的管子時已出現(xiàn)問題。英國、德國、比利時、法國、美國等均已開發(fā)半自動、全自動設備。
對聚乙烯管道熱熔對接工藝的研究一直在進行。目前一些主要國家（如英國、德國、比利時、芬蘭等）聚乙烯管道熱熔對接的工藝參數(shù)不盡相同，而且由于材料的不斷發(fā)展，對工藝變化的要求也是必然的。
采用比較廣泛的熔接工藝是德國焊接協(xié)會（DVS）發(fā)布的。比利時根特大學對DVS的熔接工藝改變了兩個參數(shù)：溫度由215℃提高到225℃；加熱壓力降低了50%。并認為壓力有進一步降低的可行性。
瑞典排污塑料管質量委員會（KP-Council）根據(jù)實際經(jīng)驗的研究認為，冷卻時間應進一步延長，特別是對厚壁管材。
1993年，英國水研究中心（WRC）提出一種“雙壓”（dualpressure）連接法用于壁厚大于20mm聚乙烯管的連接。該方法與通常的焊接程序的主要差別在熔接階段的冷卻壓力降低。
熱熔對接的非破壞性檢驗也是一個發(fā)展研究的一個重要內(nèi)容。美國McElory公司推出了聚乙烯管熱熔對接接頭的超聲波檢查系統(tǒng)——Ultra-Mc。其原理是當透射超聲波遇到界面時，會全部或部分反射。該系統(tǒng)由微機控制并對檢查結果進行分析判斷。檢查的口徑范圍目前為DN63——315mm。
(3）管道連接新方法的開發(fā)
美國天然氣研究所（GRI）開發(fā)了用于連接和修理聚乙烯天然氣輸配管線的新方法。該方法使用了一個稱為“SmartHeat”的自調、恒溫加熱的新技術。該技術具有能較好地控制溫度，連接件和裝配費用低的優(yōu)點。其產(chǎn)品于1995年在美國開始了商業(yè)銷售。
4.可追溯性與質量保證體系
為保證燃氣輸配系統(tǒng)安全，要求有關各方建立有效的質量保證體系。根據(jù)ISO9000系列標準建立的質量保證體系的一個要素是可追溯性。
可追溯性的最初含義是制造代碼（制造批次的區(qū)分），可確保最終用戶通過供應商追溯所需要的必要信息，直到原材料的批次。但目前歐洲一些采用聚乙烯管道的燃氣公司擴展了對可追溯性的要求，其中包括何時、何地、由誰，什么產(chǎn)品（管材、管件、閥門）被安裝在管網(wǎng)中，及所采用的連接技術。
聚乙烯燃氣管道應用發(fā)展到90年代，產(chǎn)生了一些明顯的變化。如電熔連接多功能控制器的采用，和管網(wǎng)安裝中獨立承包商的介入，責任需要明確界定。顯然首先要求的是可靠的數(shù)據(jù)記錄。采用電子數(shù)據(jù)處理設備的先進熔接控制器可在現(xiàn)場自動記錄所要求的數(shù)據(jù)。使燃氣公司提高統(tǒng)計分析的效率（安裝產(chǎn)品的數(shù)量、采用的連接技術、完成任務的數(shù)量等），同時也有助于評價產(chǎn)品供應商和安裝隊伍的表現(xiàn)。如果破壞發(fā)生，詳細的數(shù)據(jù)在破壞分析中非常有用，并且有助于預防和糾正計劃。
可追溯性延伸了電熔管件數(shù)據(jù)載體的數(shù)據(jù)的范圍，因此要求采用磁卡或32位的條形碼。
5.大口徑盤卷管材
傳統(tǒng)上，對于外徑≤63mm的聚乙烯管材，可以以盤管形式供貨。GB15558.1—1995規(guī)定“可盤管的管材外徑宜不大于110mm”。但近十年的發(fā)展趨勢是可盤管的管材外徑擴大。如法國煤氣公司所用的聚乙烯管材，外徑≤63mm的聚乙烯管材，以盤管形式供貨；63mm<外徑≤160mm的管材，以大線輪形式供貨；外徑≥200mm的管材，以直管的形式供貨。
美國燃氣技術研究所（IGT）也研究開發(fā)了盤卷、運輸、安裝大口徑聚乙烯燃氣管的新方法?，F(xiàn)大口徑盤卷PE管，通常指4英寸（101.6mm）和6英寸（152.4mm）直徑，長度為250英尺（76m）至1000英尺（384m），在美國已廣泛采用，美國燃氣工業(yè)每年因此節(jié)約四千萬美圓。
盤卷管通常需要進行整圓處理，有些盤卷管可能還需要拉直。直徑愈大，溫度愈低，材料的密度愈高，愈有可能需要拉直。實踐經(jīng)驗表明，4英寸SDR11的管材，在溫度60℉（15℃）之上，通常不需要拉直處理。
6.非開挖技術
非開挖施工技術（TrenchlessTechnology）是指利用各種巖土鉆掘的技術手段，在地表不開溝（槽）的條件下鋪設、更換或修復各種地下管線的施工技術。與傳統(tǒng)的挖槽施工法相比，非開挖施工技術具有不影響交通、不破壞環(huán)境、施工周期短、綜合施工成本低且社會效益顯著等優(yōu)點。非開挖施工技術種類較多，可用于鋪設新管線、更新舊管線（原位更換）和修復舊管線。采用非開挖技術施工聚乙烯燃氣管無論是在歐美，還是亞洲的日本、香港等地，均已比較廣泛應用。常用的有水平定向鉆進施工法（HDD）（鋪設新管）、傳統(tǒng)內(nèi)襯法（舊管道的穿插更新，插入的PE管與舊管道之間有一定間隙）、改進內(nèi)襯法（PE管在送入舊管道之前，進行折疊變形處理，或通過熱拔和冷軋進行縮徑，進入舊管后，通過加熱、加壓或自然作用使得PE管與舊管道達到緊密配合）、爆管或脹管法（對舊管道的原位更換）。由于聚乙烯管道具有一體化的管道連接方式（熔接），優(yōu)良的撓性和良好的抵抗刮痕開裂的能力，因而用于非開挖工程，具有更為獨特的技術經(jīng)濟優(yōu)勢。
7.聚乙烯燃氣管道的定位
傳統(tǒng)上聚乙烯燃氣管道采用金屬示蹤線或薄膜型檢測帶來定位。近年來，美國天然氣研究所（GRI）對另外的定位方法進行了研究，包括聲波示蹤系統(tǒng)、電子信標系統(tǒng)和磁性PE管系統(tǒng)。其中，磁性PE管最為引人注目，它是在聚乙烯材料中加入磁性粒子，在擠出管材時，通過旋轉磁化器對管材施加正弦磁力場。探測管子的磁力場可以對埋地的PE管準確定位。研究認為該方法具有費用經(jīng)濟、永久可靠的優(yōu)點。美國PhilipsDriscopipe公司1998年推出了磁性PE燃氣管產(chǎn)品。
自本文所述，可以看到聚乙烯燃氣管道發(fā)展總的目標為：拓展聚乙烯管道的應用范圍；降低運行維護費用；發(fā)展新的安裝方法；提高管線系統(tǒng)的可靠性和安全性。有些技術尚有待于實踐的進一步檢驗。有些技術則由于國情及發(fā)展階段、發(fā)展基礎的不同，在我國目前尚無法得到應用，但應得到關注。本文對我國聚乙烯燃氣管道的發(fā)展提出如下建議：
1.關于我國聚乙烯燃氣管國家標準的修訂
我國聚乙烯燃氣管國家標準目前正在修訂，修訂將充分考慮到技術及標準的發(fā)展，管材原料將明確為PE80和PE100燃氣管用混配料；管材標準中將規(guī)定PE100原料制造的SDR11的聚乙烯燃氣管最大工作壓力為10bar；管材最大公稱外徑將由目前的250mm擴大到630mm。
2.關于城鎮(zhèn)燃氣設計規(guī)范的修訂
我國國家標準GB50028“城鎮(zhèn)燃氣設計規(guī)范”目前正在修訂中，根據(jù)修訂本征求意見稿（2001年8月），我國城鎮(zhèn)燃氣管道按輸送壓力P分為7級（表1）。
表1城鎮(zhèn)燃氣輸送壓力（表壓）分級
名稱
