详谈超高分子量聚乙烯管道外压问题与国内外技术分析

由于超高分子量聚乙烯管道复合管每层紧密结合无滑移，通过“partion”命令将管道分为四层(内层、外层及两复合层)。由于管道受均匀对称外压，属平面应变问题，同时为了和理论做比较，取管道长度20mm。有限元模型中内层外层和基体层单元类型为C3D8I，该单元很适用于严重扭曲现象，位移计算结果较为精确并且计算成本较小。螺旋线钢丝使用ts单元，单元类型T3D2H，采用“Embedde．mand”命令将钢丝线嵌入基体层内以保证钢丝无滑移。用耦合约束命令将模型左端面与定义的参考点耦合；同时在右端面施加对称边界约束，以实现外压作用下的正确边界条件。对于径厚比较小的复合管道，在外压作用下往往会发生椭圆形失稳变形，因此在管道一端的上下两点约束其水平位移，左右两点约束其竖向位移，以保证管道产生纯椭圆变形。模型中的材料性能与理论相同。 超高分子量聚乙烯管道PSP内外层为高密度聚乙烯，加强层为以一定角度正反错绕成型的钢丝网状骨架与由热塑性材料构成的基体紧密结合构成的复合结构。由于材质原因，PSP管在外压作用下更容易出现屈曲失稳问题。朱彦聪等?依据Donnell的扁壳理论求解PSP管在外压下的弹性屈曲荷载。Adomandi等对管中管结构在静水压力作用下的弹性屈曲进行了理论和有限元研究，在有限元模型中设定层与层的接触为 粘结无滑移，而对于有滑移的非粘结层通过两点约束来实现。他们又通过大量的有限元计算来分析复合管外压的承载能力，并在此基础上提出了适合于复合管在外压作用下的简化公式。BaiYong等基于二维环理论，并考虑剪切变形的影响，研究纤维增强管道管道初始椭圆化对外压失稳的影响。龚顺风等基于非线性环理论，研究了深水管道在外压作用下的失稳屈曲理论。 基于BaiYong等的二维壳模型，考虑超高分子量聚乙烯管道受外压时的剪切变形，并结合Halpin—Tsai模型对加强层进行简化，对管道进行外压力学性能分析，采用ABA建立有限元模型，将计算结果与理论进行分析对比。 通过试验得到压力峰值，并与理论，有限元对比，发现三者吻合良好。

如何解决超高分子量聚乙烯管在燃气工程中的加

超高分子量聚乙烯管道与在役管道连接时应选用钢塑转换接头或钢塑法兰，管道连接前应经过不少于24h的应力松弛。但是该规程没有对各分段管道的连接以及管道与在役管道连接的强度提出特殊要求。由上述分析结果可知，温度变化使管道热胀冷缩导致管道伸缩变化，且反复的热胀冷缩过程可能造成管道连接处损伤，从而出现断裂漏气现象。同时，连接处由于韧性下降，在管道受外力挤压或拉伸影响时，会导致连接处受损，可能出现断裂漏气。 为解决上述问题，保证非开挖工艺超高分子量聚乙烯管道整体工程的施工质量，减少管道运行后的安全隐患，对超高分子量聚乙烯管道穿管后各连接处必须采取强制加固措施，以减少管道连接处的受损影响。为此，课题组查阅国内外相关资料，比较多种加固方式后，认为采取安装限位装置的方式来固定管道连接处是一种可靠有效的施工方，对穿管改造工艺中的两端进行固定，以减少不利因素对连接处的影响。管道连接处加固的施工工艺主要相关内容如下： ①热熔焊接时，两相邻管端部的连接部位应在同一轴线上，两端面保持平行平整，不得强行施加外力进行纠正。热熔对接的间隙均匀，且接缝间隙不大于0．5mm。 ②热熔焊接结束后应使连接部位充分冷却至环境温度，在冷却期间应防止接口承受外力和移动。 ③在超高分子量聚乙烯管道的段与段之间连接处以及管道与原金属管道连接处安装限位装置——柔性限位器。柔性限位器是一种限制插入管发生轴向位移变化的限位装置，它是一种电熔管件，与管道的连接为电熔焊接。