浅谈PE燃气管道中PE球阀的应用

    聚乙烯（polyethylene），简称PE，是人类发明石油化工产品以来应用最广泛的塑料之一，自20世纪80年代以来，因具有良好的物理性能，耐腐蚀性，使用寿命长，价格便宜且安装维护方便等优点而逐渐被人们所关注，随着人们对PE材料的不断研究发展，出现了PE80、PE100等适用于管道输送燃气的PE材料。

    而随着PE管道在各地燃气输送管网中的大量使用，作为其同寿命、同性能，焊接简单、密封性能好、使用方便的聚乙烯（PE）球阀，已作为不可缺少的管道控制元件得到越来越多的使用和重视。

    在世界上，美国思凡络斯措姆公司首先研制生产了PE球阀，并大量应用于PE燃气管路系统，目前生产PE球阀的国家有美国、法国、德国、日本、韩国等。20世纪90年代中期随着PE燃气管道在我国的推广应用，人们逐渐认识到PE球阀在性能/价格方面的优越性，并逐渐开始使用 PE球阀代替金属球阀。90年代末期我国开始研制、生产中国自己的PE球阀，至今已能生产32～315mm的标准阀门和单/双放散阀门，形成了一定的批量并广泛应用于我国PE燃气管网中。

    本文结合山西省运城市经纬燃气有限公司燃气敷设的实际情况，对PE球阀及其使用注意事项做一简要的分析和说明。

    2 PE球阀的基本结构

    PE球阀可以分为无放散型和放散型两类，而放散型又分为单放散型和双放散型，但它们的关键结构是相同的。也可以分为小型聚乙烯阀门（SD63以下）  和大型聚乙烯阀门（SD63以上，含SD63）。小型聚乙烯阀门一般不设放散口，大型聚乙烯阀门可根据需要采用不设，设1个或2个放散口。

    PE球阀从结构形式上分为通径和缩径两种。通径球阀的通孔内径与相应管材的内径大小一致，而缩径球阀通孔内径比相应管材的内径要小（见表1）。因此从输气量上缩径球阀较通径球阀要小，但体积较小，重量轻，价格也相对较低。

表1 两种不同结构的PE球阀的比较

    从结构上看，PE球阀属于浮动球阀，阀球在外力的作用下，会作相对于阀体的位移，对阀座产生压力作用，使阀座上的密封圈产生变形，阀座产生蠕变；而当阀壳体受到轴向拉力或压力作用时，阀球基本上不受影响，而阀壳体带动阀座产生拉伸或收缩变形；阀壳体内部受到细小硬物影响时，有可能划伤阀球表面或损坏密封圈

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    3 PE球阀的性能特点

    PE燃气球阀对管网供气的稳定性、安全性及寿命起着重要的作用，与传统金属球阀相比，在结构上、连接方法上及操作使用方面均有其特殊性，主要表现在以下几个方面：

    （1）无外漏。PE 阀门阀体和端管的连接部位主要采用熔接（热熔连接或电熔连接），因此整个阀门壳体的熔接、宽连接强度高，密封性能优良。与橡胶圈类接头或其他机械接头相比，不存在因接头扭曲造成外部泄露的危险；PE球阀与管道直接焊接形成不可拆卸整体，无漏点，不存在因接头扭曲造成外部泄露的危险。

    （2）耐腐蚀。聚乙烯为惰性材料，除少数强氧化剂外，可耐多种化学介质的侵蚀。耐土壤腐蚀性非常好，无电化学腐蚀，不需要防腐层。

    （3）免维护和修理。PE管壁光滑，不结垢，具有超低摩擦阻力，为环保型产品。

    （4）可直埋。使用专门设计的联接套筒及与之配套的阀筒、井盖结构；标准阀无需建造阀门井，可直埋；放散型阀门只需建浅井。

    （5）施工方便。PE球阀的外壳材料本身就是PE，因此，与PE管道系统连接极其方便，热熔对接或电熔连接均可；PE阀门与金属阀门相比质量轻，便于安装，开闭容易，操作力矩小；阀门为全通径，压力损失小。

    （6）高韧性。聚乙烯是一种高韧性的材料，其断裂伸长率一般超过500%，对管基不均匀沉降的适应能力非常强，也是一种抗震性能优良的管道。

    （7）使用寿命长。聚乙烯材料可使用50年以上，这是国外根据聚乙烯管材环向抗拉强度的长期静水压设计基础值（HDB）确定的，已被国际标准确认。

    4 PE球阀的选择标准及注意事项

    阀门的设置，主要用作管道检修，维护和预留管口，特别是在管道出现故障、事故，需要临时断气的时候，阀门的作用尤为重要。作为管道的控制元件，除了必须具有与PE管道相同的耐压性外，阀门的功能主要体现在密封和扭矩两项：阀门在关闭时，必须有良好的密封性能；而在启闭阀门时，则需要阀门具有相对较小的扭矩，即较小的开启力而便于操作。所以综合以上所述，优良、适当的阀门的选择对于使用中的方便操作及燃气工程的安全运行来说都是至关重要的。因而，在选择PE球阀时，应着重考察以下几点：

    （1）产品执行质量是否符合标准。产品标准是识别产品是否合格的唯一依据，ISO10933是国际标准，EN1555－4是欧洲标准。我国标准GB15558.3－2008《燃气用埋地聚乙烯（PE）管道系统－第3部分：阀门》，制定原则是依据国际标准ISO10933和欧洲标准EN1555－ 4为基础，依照符合中国实际情况而修改完成。主要是通过一系列严格的检测要求，而设定了诸多的针对性的条件来检验球阀的密封性和启闭扭矩是否达到标准要求，而这些都是强制性的要求。

    （2）产品使用的主要原材料是否合格。聚乙烯是一种热塑性的工程材料，具有一定的强度、刚度、韧性、抗冲击性、耐腐蚀性和耐磨性。通过控制聚合工艺和在聚合时加入一定量的共聚单性，可以调整或改善聚乙烯材料的性能。因此，聚合工艺的先进与否直接导致材料性能的差异。为了管网系统长期安全运行，燃气管材、管件及阀门必须使用根据材料类型分级的管材专用料（PE80、PE100）和混配料，不能使用色母。

    （3）生产过程中以及对最终产品的检测能力是否具备。

    （4）企业的资信情况、国家规定的生产资质是否具备，企业的生产技术水平和质保体系是否通过ISO9001：2000版认证及企业的销售服务承诺是否切实实施等。

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    5 PE球阀的检验

    按照国标GB15558.3－2008的要求，每只PE球阀都要求进行三个项目的出厂检验，即外观检验、扭矩检验、密封性能检验，合格后才能出厂。

    由于PE球阀检验的特殊性，除外观检验外，扭矩检验和密封性能检验项目一般燃气用户不具备检验条件，特别是带压密封性能检验，决不能用夹紧金属阀门，更不能用千斤顶来顶紧PE阀门，这样会使阀体产生应力变形而损害，燃气企业通常可凭产品的合格证作为产品是否合格的依据。

    6 PE球阀的安装及使用要点

    （1）阀门安装前应在现场阴凉处放置一段时间，使阀门温度与管材温度基本一致。阀门与管材应避免在阳光下暴晒，尽量使安装与使用时的温度相差不大，以减少温差应力对阀门的影响。

    （2）阀门拆除包装时，应保持焊接区域的干净，管线应吹扫干净。在完全开启阀门的情况下与管线焊接。在安装时必须保证PE球阀的接管与PE管道的同轴性，阀杆应处于垂直状态，以保证PE球阀的关闭开启的正常操作。

    （3）由于PE阀门的安装焊接完全等同于PE管道的焊接，所以阀门的所有焊接方法和质量检验均应符合国家聚乙烯燃气管道工程技术规范。

    （4）回填土的密实度符合要求，避免出现不均匀沉降。

    （5）不应参与吹扫，更不能作为吹扫末端，以免吹扫时的杂物在阀芯处积聚，破坏其密封性能。

    （6）放散装置是PE管道实施燃气与其他气体进行置换与取样用的，不应作为管道吹扫的出气口或强度试验、严密性试验的进气口。

    （7）对已安装的PE球阀，无论该PE球阀是否在线运行，应在间隔～ 3个月进行数次开启与关闭操作，使PE球阀处于平滑正常的良好状态。

    （8）关闭、开启操作时，操作杆应处于垂直状态，平稳用力，操作到位。

    7 PE球阀的应用

    高、中压PE管道主管上应设置分段PE阀门，并应在阀门两侧设置放散管。高、中压PE燃气管支管起点处也应设置PE阀门，可单侧放置放散管。

    PE 球阀主要为埋地中密度PE管线配套，输送及截断各种燃气介质流。该阀可直埋于地下，只需安装很简单的护套、启闭座配件，就可使用专用扳手在地面上执行启闭操作，PE球阀适用的介质为符合国家标准的净化天然气、液化石油气和人工煤气等。

    本公司由于早期使用的是金属球阀，随着时间的推移，连接处生锈，有部分管道发生堵塞，部分管道发生泄漏，造成了很大的损失。针对此，公司将金属球阀换成了PE球阀。更换后，这些管道都运行良好，气损及泄漏得到了有效的控制，所以说PE球阀在PE管中的应用是值得推广普及的。

    8 结语

    PE球阀具有优良的性能，随着聚乙烯材料的进一步研究与发展，PE阀门会有更好的应用。