摘要：PE管道較鋼管有許多優(yōu)點，在城市燃氣輸配系統(tǒng)中被推廣應(yīng)用。本文在相同條件下，對PE管與鋼管的流通能力進行比較計算。并以此為依據(jù)，較為準確地選擇小區(qū)PE管道的規(guī)格。

關(guān)鍵詞：PE管；鋼管；流通能力；規(guī)格

1 前言
　　自1940年以來，PE(聚乙烯)管道在城市燃氣輸配系統(tǒng)中的應(yīng)用，歷經(jīng)了摸索期(1940—1970年)、定型期(1970—1988年)。自從1988年在慕尼黑召開的國際煤聯(lián)(IGU)配氣委員會會議上，聚乙烯(PE)作為埋地管道的原料得到肯定之后，PE管在世界各國得到廣泛推廣。在國內(nèi)，1993年3月建設(shè)部召開了我國燃氣用埋地聚乙烯管道推廣應(yīng)用會。國家技術(shù)監(jiān)督局和建設(shè)部也于1995年分別頒發(fā)了國家標準和行業(yè)標準，從而使我國燃氣界推廣和應(yīng)用這一新技術(shù)有了準則。
　　國內(nèi)較早使用PE管的單位為上海煤氣公司。1982年，該公司在上海曹陽三村等小區(qū)敷設(shè)了440mPE管進行試供氣。此后，PE管道在北京、深圳、成都、哈爾濱、無錫、四川綿陽地區(qū)和重慶地區(qū)等地得到推廣。到1998年，國內(nèi)PE燃氣管道鋪設(shè)量約占整個燃氣管道鋪設(shè)量20％左右。
　　PE燃氣管道作為一種新型的燃氣管道，就性能而言，較鋼管有許多無可比擬的優(yōu)點。
　　目前，PE管在小區(qū)燃氣系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越多。在實際工程中，經(jīng)常涉及到PE管流通能力和壓力降的計算。但由于鋼管的應(yīng)用歷史較PE管的應(yīng)用歷史早，在計算上也相應(yīng)積累了較多的經(jīng)驗數(shù)據(jù)和計算圖表。因此，在工程實踐中，當進行PE管的水力計算時，人們較多地沿用鋼管的經(jīng)驗數(shù)據(jù)和計算圖表。這顯然不夠準確。本文將通過計算，分別在中、低壓兩種情況下，對小區(qū)內(nèi)常用規(guī)格的PE管和鋼管的流通能力進行比較，以便較為方便準確地確定小區(qū)中PE管的規(guī)格，使其能更好地滿足工程運行。

2 相同條件下，PE管和鋼管流通能力的比較
　　目前在小區(qū)燃氣系統(tǒng)中，應(yīng)用較多的鋼管主要為以下幾種：D57X3．5、D89X4、D108X4，D159X4．5；應(yīng)用較多的PE管為SDR11系列(≤0．4MPa)，規(guī)格主要為以下幾種：DE63、DE90、DE110、DE125、DE160、DE180；以及SDR17．6系列(≤0．2MPa)，規(guī)格主要為以下幾種：DE63、DE90、DE110。本文將分別在中、低壓兩種情況下，對其流通能力進行計算比較。兩者內(nèi)徑見表1：

表1 小區(qū)常用鋼管、PE管規(guī)格
鋼管(mm) PE管(SDR11) PE管(DSR17.6)(mm)
規(guī)格 內(nèi)徑 規(guī)格 內(nèi)徑 規(guī)格 內(nèi)徑
D57X3.5 50 DE63 51.4 DE63 55.8
D89X4 81 DE90 73.6 DE90 79.6
D108X4 100 DE110 90 DE110 97.4
D159X4.5 150 DE125 102.2    
    DE160 130.8    
    DE180 147.2    

2．1公式的選用
　　計算公式選用《城鎮(zhèn)燃氣設(shè)計規(guī)范(1998年版)》GB50028—93中的管道計算公式。
　　(1)低壓燃氣管道單位長度摩擦阻力損失計算公式
　　對于低壓燃氣管道，根據(jù)燃氣在管道中3種不同的運動狀態(tài)(層流狀態(tài)、臨界狀態(tài)和湍流狀態(tài))，其單位長度的摩擦阻力損失可按3種公式計算。其中在層流狀態(tài)和臨界狀態(tài)下的單位長度的摩擦阻力損失只與流量、管內(nèi)徑、燃氣密度及運動粘度、設(shè)計溫度有關(guān)，而與管道內(nèi)壁的當量絕對粗糙度無關(guān)(這恰恰是PE管和鋼管在流通能力計算方面最大的不同)。可見，在層流狀態(tài)和臨界狀態(tài)下，對于給定相同條件(管內(nèi)徑、燃氣密度及運動粘度、設(shè)計溫度、長度相等、壓降相等)下的PE管和鋼管，其流通能力一致。
　　對于湍流狀態(tài)，其單位長度的摩擦阻力損失計算公式如下：
　　
　
   (2)中壓燃氣管道單位長度摩擦阻力損失計算公式如下：
　　

式中：
　　P1—燃氣管道起點壓力，KPa．A；
　　P2—燃氣管道終點壓力，kPa．A；
　　△P—燃氣管道摩擦阻力損失，Pa；
　　L—燃氣管道計算長度，km
　　I—燃氣管道計算長度，m；
　　Q—燃氣管道計算流量，m3／h；
　　d—管道內(nèi)徑，mm；
　　p—燃氣密度，kS／m3；
　　T—設(shè)計計算溫度，K；
　　T0—273K；
　　V—0℃和101325kPa時燃氣的運動粘度m2／s；
　　K—管壁內(nèi)表面的當量絕對粗糙度mm。
2．2比較條件的確定
　　為了便于比較計算，對比較條件確定如下：
　　(1)低壓狀態(tài)下，鋼管和PE管管長I為1．0m，
　　中壓狀態(tài)下，鋼管和PE管管長L為1．0km，
　　(2)介質(zhì)為天然氣，設(shè)計溫度按T=293K計；
　　(3)T0=273K；
　　(4)ρ取0．7kS／m3，
　　(5)v取14．5X10-6m2／s；
　　(6)管道內(nèi)表面當量絕對粗糙度，鋼管取0．2mm，PE管取0．01mm：
　　(7)本文只比較直管段的流量，不考慮兩者的局部阻力損失。
2．3低壓狀態(tài)下(≤0．005MPa)，兩種管道流通能力的比較
　　由上文可知，在層流狀態(tài)和臨界狀態(tài)下，對于給定相同條件(管內(nèi)徑、燃氣密度及運動粘度、設(shè)計溫度、長度相等、壓降相等)下的PE管和鋼管，其流通能力一致。
　　下面僅比較湍流狀態(tài)下管道的流通能力。本文將管內(nèi)徑相近的鋼管和PE管分為三組進行比較。經(jīng)計算，在不同的壓降(0000P)下，比較結(jié)果見表2。

表2 PE(SDR17．6)管和鋼管流通能力比較(低壓)
 
　
    由表2可知，在低壓、湍流狀態(tài)下，三組內(nèi)徑相近的PE管和鋼管(DE63&D57x3．5、DE90&D89x4、DE110&D108x4)在相同條件下，PE管的流通能力為鋼管的125％—187％；由圖1可知，在小區(qū)燃氣工程中，在相同條件下，我們可用規(guī)格為DE63、DE90、DE110的SDR17．6系列的PE管來分別代替D57x3．5、D89x4和D108x4的低壓鋼管。

圖1 低壓管道流通能力圖
表3 PE(SD11)管和鋼管流通能力比較(中壓)
 2．4中壓狀態(tài)下(≤0．4MPa)，兩種管道流通能力的比較
　　在給定相同條件(燃氣密度及運動粘度、設(shè)計溫度、長度相等、壓降相等)下，本文將D89x4的鋼管分別與DE90和DE110的PE管進行比較；將D108x4的鋼管分別與DE110和DE125的PE管進行比較；將D159x4．5的鋼管分別與DE160和DE180的PE管進行比較。比較結(jié)果見表3、4。

表4 PE(S0R11)管和鋼管流通能力比較(中壓)
圖2 中壓管道流通能力圖
　
　由表3和表4可知：
　　(1)在相同條件下，D89x4的鋼管與DE110的PE管比較，PE管的流通能力較鋼管大57％—85％，如用DE110的PE管代替D89x4的鋼管則浪費投資；而DE90的PE管的流通能力與D89x4的鋼管流通能力則比較接近(比值8．2％—8．0％)，故用DE90的PE管代替D89x4的鋼管較合適；
　　(2)D108x4的鋼管與DE110的PE管比較，壓力降較小時，PE管的流通能力較鋼管小，壓力降較大時，PE管的流通能力較鋼管大；而DE125的PE管的流通能力則比D108x4的鋼管流通能力大23．0％—44．1％，由于實際運行情況較復(fù)雜，為穩(wěn)妥起見，建議用DE125的PE管代替D108x4的鋼管；
　　(3)D159x4．5的鋼管與DE160的PE管比較，PE管的流通能力小于鋼管流通能力；而DE180的PE管的流通能力則比D159x4．5的鋼管流通能力大12．6％～31．0％，故用DE180的PE管代替D159x4．5的鋼管較合適。

3 小區(qū)PE燃氣管道規(guī)格的選擇
　　在小區(qū)埋地燃氣鋼管中，常用的規(guī)格主要有D57x3．5、D89x4、D108x4、D159x4．5四種。通過上文的比較計算，在低壓和中壓兩種情況下，可用相應(yīng)規(guī)格的PE管分別代替這四種規(guī)格的鋼管。參見表5。

表5 小區(qū)常用鋼管、PE管替換表(單位：mm)
鋼管 PE管(SDR11) PE管(SDR17.6)(低壓)
規(guī)格 內(nèi)徑 規(guī)格 內(nèi)徑 規(guī)格 內(nèi)徑
D57X3.5 50 DE63 51.4 DE63 55.8
D89X4 81 DE90 73.6 DE90 79.6
D108X4 100 DE125 102.2 DE110 97.4
D159X4.5 150 DE180 147.2    

4 結(jié)語
　　PE管由于管壁內(nèi)表面的當量絕對粗糙度僅為鋼管的5％，所以摩擦阻力也較鋼管小許多。與鋼管相比，同等內(nèi)徑的PE管摩阻系數(shù)約為鋼管的0．47倍，流通能力約為鋼管流通能力的130～150％。故可用內(nèi)徑與鋼管內(nèi)徑接近的PE管來代替鋼管。本文討論的是用PE管來代替一段獨立的鋼管，倘若用PE管來代替整個小區(qū)系統(tǒng)的鋼管，則整個PE管系統(tǒng)的加權(quán)平均管道內(nèi)徑將較鋼管系統(tǒng)的加權(quán)平均管道內(nèi)徑小，其比值為0．87左右。

參 考 文 獻
[1]劉誠．聚乙烯(PE)燃氣管道的發(fā)展與應(yīng)用[J]1996．
[2]GB20028—93，城鎮(zhèn)燃氣設(shè)計規(guī)范(1998年版)[S]．
[3]CJJ63—95，聚乙烯燃氣管道技術(shù)規(guī)程[S]．
  (作者：李旭東 尹光偉 中房集團中國市政工程西南設(shè)計研究院，四川 成都610081)