摘要：PE管道較鋼管有許多優點，在城市燃氣輸配系統中被推廣應用。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，較為準確地選擇小區PE管道的規格。

關鍵詞：PE管；鋼管；流通能力；規格

1 前言
　　自1940年以來，PE(聚乙烯)管道在城市燃氣輸配系統中的應用，歷經了摸索期(1940—1970年)、定型期(1970—1988年)。自從1988年在慕尼黑召開的國際煤聯(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，1993年3月建設部召開了我國燃氣用埋地聚乙烯管道推廣應用會。國家技術監督局和建設部也于1995年分別頒發了國家標準和行業標準，從而使我國燃氣界推廣和應用這一新技術有了準則。
　　國內較早使用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敷設了440mPE管進行試供氣。此后，PE管道在北京、深圳、成都、哈爾濱、無錫、四川綿陽地區和重慶地區等地得到推廣。到1998年，國內PE燃氣管道鋪設量約占整個燃氣管道鋪設量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點。
　　目前，PE管在小區燃氣系統中的應用越來越多。在實際工程中，經常涉及到PE管流通能力和壓力降的計算。但由于鋼管的應用歷史較PE管的應用歷史早，在計算上也相應積累了較多的經驗數據和計算圖表。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驗數據和計算圖表。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，對小區內常用規格的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中PE管的規格，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
　　目前在小區燃氣系統中，應用較多的鋼管主要為以下幾種：D57X3．5、D89X4、D108X4，D159X4．5；應用較多的PE管為SDR11系列(≤0．4MPa)，規格主要為以下幾種：DE63、DE90、DE110、DE125、DE160、DE180；以及SDR17．6系列(≤0．2MPa)，規格主要為以下幾種：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。兩者內徑見表1：

表1 小區常用鋼管、PE管規格
鋼管(mm) PE管(SDR11) PE管(DSR17.6)(mm)
規格 內徑 規格 內徑 規格 內徑
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《城鎮燃氣設計規范(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，根據燃氣在管道中3種不同的運動狀態(層流狀態、臨界狀態和湍流狀態)，其單位長度的摩擦阻力損失可按3種公式計算。其中在層流狀態和臨界狀態下的單位長度的摩擦阻力損失只與流量、管內徑、燃氣密度及運動粘度、設計溫度有關，而與管道內壁的當量絕對粗糙度無關(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，在層流狀態和臨界狀態下，對于給定相同條件(管內徑、燃氣密度及運動粘度、設計溫度、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，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—管道內徑，mm；
　　p—燃氣密度，kS／m3；
　　T—設計計算溫度，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)低壓狀態下，鋼管和PE管管長I為1．0m，
　　中壓狀態下，鋼管和PE管管長L為1．0km，
　　(2)介質為天然氣，設計溫度按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低壓狀態下(≤0．005MPa)，兩種管道流通能力的比較
　　由上文可知，在層流狀態和臨界狀態下，對于給定相同條件(管內徑、燃氣密度及運動粘度、設計溫度、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下管道的流通能力。本文將管內徑相近的鋼管和PE管分為三組進行比較。經計算，在不同的壓降(0000P)下，比較結果見表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、湍流狀態下，三組內徑相近的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，在小區燃氣工程中，在相同條件下，我們可用規格為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雜，為穩妥起見，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PE燃氣管道規格的選擇
　　在小區埋地燃氣鋼管中，常用的規格主要有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，可用相應規格的PE管分別代替這四種規格的鋼管。參見表5。

表5 小區常用鋼管、PE管替換表(單位：mm)
鋼管 PE管(SDR11) PE管(SDR17.6)(低壓)
規格 內徑 規格 內徑 規格 內徑
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 結語
　　PE管由于管壁內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，同等內徑的PE管摩阻系數約為鋼管的0．47倍，流通能力約為鋼管流通能力的130～150％。故可用內徑與鋼管內徑接近的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管來代替整個小區系統的鋼管，則整個PE管系統的加權平均管道內徑將較鋼管系統的加權平均管道內徑小，其比值為0．87左右。

參 考 文 獻
[1]劉誠．聚乙烯(PE)燃氣管道的發展與應用[J]1996．
[2]GB20028—93，城鎮燃氣設計規范(1998年版)[S]．
[3]CJJ63—95，聚乙烯燃氣管道技術規程[S]．
  (作者：李旭東 尹光偉 中房集團中國市政工程西南設計研究院，四川 成都610081)