第二十届国际塑料管道会议论文摘要（二）

2021年9月6-8日，第二十届国际塑料管道会议（PP XX）在荷兰阿姆斯特丹大坂酒店举办。本次会议由由国际塑料管道会议协会（PPCA）以及美国塑料管道协会（PPI）、欧洲塑料管材管件协会（TEPPFA）和欧洲PE100+协会（PE100+）共同主办。

本次会议为期3天，共有来自19个国家49个发言报告。交流内容分为11个专题，涵盖塑料管道行业创新、可持续发展；管道在燃气、供水、排水等系统中的应用；新型塑料管道设计和测试方法；塑料管道产品的标准与规范；塑料管道未来发展趋势等。会议还设有展览展示区，来自世界各地的10余家管材、管件、原料、助剂、设备等生产企业设立了展台。会议重点突出了未来塑料管道行业的发展方向、塑料管道的创新、可持续发展等主题，值得国内塑料管道行业参考借鉴。

为使行业充分了解会议信息，秘书处组织了本次国际塑料管道会议论文摘要的翻译工作，并于专委会官方网站及《中国塑料管道资讯》上分别发布相关摘要内容，供大家参考。秘书处对所有参与摘要翻译工作的单位及个人表示感谢！

4A组-设计

HDPE管道基本安装和工程安装

Amster Howard Civil Engineering Consultant, Lakewood, United states

最新版AWWA M55的亮点是管道埋地更深、回填成本更低且环保、承包商和检查员统一语言、更小管道安装简化以及允许在恶劣土壤条件下施工，这些均使 HDPE 压力管道用户受益。美国自来水厂协会（AWWA）手册于2020年出版，M55 PE管道-设计和安装第二版中的设计和安装建议有重大更新。设计方面的更新，包括更高的土壤反应模量（Ez）、复合 E'值使用、统一土壤等级的使用、土工布的使用和术语。安装方面的更新是关于沟槽宽度、流动性填充、检查和土壤测试以及压实要求的修订信息。

这些更新反映了ASTM D2774热塑性压力管道地下安装标准实践的最新修订。

第二版M55鼓励对埋地压力PE管道使用基本安装和工程安装。基本安装是用于足够坚硬的 HDPE 管道，不需要特殊的垫层和嵌入，用于没有活荷载的浅埋，以及稳定的沟槽壁支撑。在这种情况下，可以将HDPE管铺设在沟槽底部，并用开挖的压实土回填。这涵盖了大多数HDPE压力管道安装。对于其他条件，工程安装意味着选择 HDPE 管和相应的安装细节，以满足挠度、抗压强度和屈曲要求。工程安装方法建议在管道顶部使用未压实的垫层和未压实的填充区。 ID125

大口径埋地管道的安装

Peter Sejersen TEPPFA aisbl, Brussels, Belgium

在九十年代后期，对埋地热塑性塑料管道的行为进行了一项研究。该项目的参与者来自塑料管道行业以及外部组织。作为顾问，六位管道设计领域的领先专家，不一定是塑料管道设计专家，参与了实验项目，研究内容包括一些不太理想的安装环境，以充分了解安全安装的边界线。

该研究发布了一份实验工作总结报告，其中包括对研究期间监测的管道土壤相互作用过程的分析，附有一个简单的设计图，解释了作为管道刚度等级和安装质量函数的短期和长期挠度。结果已在塑料管道会议上公布，并被用于标准化工作，例如制定中的CEN TS 15223地埋热塑性塑料管道系统的验证设计参数：尽管物理规则保持不变，但世界已经改变。大口径下水管道对防水的需求使塑料管道解决方案在欧洲的市场份额显著增加，这得益于EN 13476标准的引入，该标准描述了设计和生产结构壁管的多种不同方法。因此，研究人员决定通过增加对大口径结构壁管道的现场测试和测量来扩展埋地管道研究，以扩大应用范围。

丹麦试验场在“良好”、“中等”和“差”条件下安装了符合EN 13476的SN2和SN4 PE管道。使用的土壤是允许管道简易安装的磨碎的沙子和淤泥混合物，覆盖层深度为1m。在组装后回填之前、回填至顶部后、完成后以及3周、3个月和18个月后测量了挠度。芬兰和瑞典的其他测试项目中，安装受到流量负载的严重影响。

研究结果验证了该方法在大口径管道（直径高达3000mm）上的有效性。此外，还推出了一种新的计算工具。当安装参数超出既定参数范围时，可以使用该工具。

ID143

用于穿越地震断层的HDPE输水管道的分布式应变监测

系统的设计

Peter Hubbard

Department of Civil and Environmental Engineering, University of California, Berkeley, CA, United States

Linqing Luo, Ph.D Lawrence Berkeley National Laboratory, Berkeley, CA, United States

Andrew Yeskoo, RE.

Department of Civil and Environmental Engineering, University of California, Berkeley, CA, United States

Kenichi Soga, FREng

Department of Civil and Environmental Engineering, University of California, Berkeley, CA, United States

Gus Cicala, Krista Moita Araica, Marshall McLeod, P.E

East Bay Municipal Utility District, Oakland, United States

地震活动断层对地下输水管道构成风险，其量化可能非常复杂。管道和土的相互作用应把包含故障类型、滑移率、管道几何形变和土壤条件等所有因素。对于跨越断层的关键管道，HDPE已成为一种有吸引力的选择材料，因为它可以适应大的变形。使用HDPE可提高这些管道的稳健性，但它无法告知公用事业单位有关管道的实际变形状况。

当断层位移足以使管道破裂时，可以简单地视未来会出现大的破裂。在HDPE管道安装分布式监控系统，该解决方案既提高了供水系统的稳定性，又提供了可用于在未来做出资产管理决策的信息源，例如在因断层滑移而严重变形的管道中减少压力积聚的干预措施。

我们设计了一个分布式监控系统来监控两条穿过加利福尼亚州奥克兰海沃德断层的 HDPE 输水管道。该系统基于光纤分布式应变传感 (DSS)。本文介绍了监测系统的设计过程，以及实验室测试和经验教训。 ID311

4B组-可持续发展

PVC管道回收的成本效益分析

Alessandro Marangoni Althesys Strategic Consultants, Milano, Italy

基础设施的质量是关键驱动因素，可以最大限度发挥公用事业管网的性能， 也可以最大限度降低管网运营对相关环境的影响。给水和排污管道是为市民提供满意服务的关键要素。它们的报废管理是可持续发展的重要驱动力。

根据循环经济的原则，管道拆除后的回收利用是减少整体环境影响的重要手段。PVC管道能够多次机械回收，而不会对其长期性能产生任何影响，在回收和回收利用时会带来许多好处。

本研究的目的是使用成本效益分析方法以货币形式估计PVC管道回收的效益。财务分析考虑了德国、法国和意大利公用事业公司在供水和排污管网中使用的PVC管道。一方面，该分析考虑了每个国家在PVC管道使用寿命结束时的回收、分离和处理成本。另一方面，该研究考虑了管道废物处理节省、回收管道材料的价值、碳排放节省、回收业务对经济和就业的积极影响。最初的结果对成本平衡产生了积极的影响；回收带来的好处超过了它的成本。更多调查结果将突出不同国家的具体特征。

几十年来，PVC行业已实现了回收目标。本研究通过使PVC管道回收的货币价值可见，鼓励公用事业公司及其承包商进一步加强其拆除管道的回收。

这项工作的重点是PVC管材的回收利用以及它给整个环境和经济系统带来的净效益。 ID154

欧洲塑料管道行业的回收承诺

Ludo Debever; Peter Sejersen TEPPFA aisbL Brussels, Belgium

欧洲塑料战略是欧盟的优先事项。加大塑料回收(PCRs) 至关重要，这也是循环塑料联盟成立的原因。该联盟将聚集塑料价值链中的公共和私人利益相关者，以促进更多回收塑料的自愿行动和承诺，并确保到2025年欧洲有1000万吨回收塑料用于新产品。

欧洲塑料管道和管件行业已签署了循环塑料联盟宣言，正在启动和实施活动以履行承诺。本文描述了支持再生材料在管道应用中增长的背景和举措，并概述了迄今为止取得的一些成就和摆在我们面前的挑战。挑战是如何使来自许多不同废品的回收材料保持产品性能和耐用性。业界认为，回收目标不应以牺牲产品的适用性或预期寿命为代价，这一点至关重要。

目前，大多数欧洲产品标准都限制使用回收材料，因此需要对这些标准进行修改，同时需要研究以证明耐用性。因此，标准中材料条款的更改是优先事项之一。其他重要的活动是在行业合作伙伴的支持下，以CEN/TC155 WG28为首，开发新的、更快的测试方法，以及作为CEN/TC155 WG25的工作的第一步，正在进行的术语协调工作。此外，还需继续开放在允许使用再生材料方面过于严格的国家产品标准。最后，但并非最不重要的一点是，强调再生成分第三方认证的市场重要性。本文还将介绍一些认证计划（例如 VinylPlus® 产品标签）。

本文将描述挑战和采取的行动以及取得的成果。 ID193

PVC可持续稳定剂系统-30年钙基稳定剂

Stefan Fokken BaerlocherGmbH, R&D, Unterschleissheim, Germany

30多年前，来自欧盟非政府组织压力以及PVC制品报废处理引发了关于PVC及其添加剂可持续使用的激烈讨论。基于铅和镉基稳定剂的PVC稳定剂生产商和下游用户已开发出最终实现完全替代的解决方案。

30年后，欧洲已在所有PVC（包括几乎专门使用铅的管道和配件）稳定剂使用中完全消除了铅的使用。这种替代技术（称为钙/锌或有机钙）主要基于有机化学及钙和锌的羧酸盐。在过去十年左右的时间里，已经以非常高的接受率扩展到世界几乎所有角落，而且不需要强制监管或立法。谁选择了哪个系统，为什么选择？本文将介绍当前现状。

目前选择PVC稳定剂的主要驱动因素（除非产品性能不符合产品标准）仍然是其总成本，考虑到在允许使用化学物质的区域性化学法规框架内的所有运营成本和材料成本（如欧盟REACH）。

此外，配方设计师还考虑了整个系统的可持续性，包括未来的物质监管风险、成品寿命周期结束后的再回收性以及负责任和可持续的原料采购。

展望未来，新的产品管理框架正在开发，以改善PVC添加剂的可持续性，正如Vinyl及其“添加剂可持续性足迹”所推动的，为配方设计师带来了新的挑战和机遇。

欧洲有机锡稳定剂生殖毒性分类的变化，以及其他地区的审查，正在促使下游用户寻找类似的解决方案来替代锡稳定剂的使用。

本文将介绍PVC管材和管件用稳定剂的现状和未来发展趋势。 ID289

5A组——设计注意事项

HDPE再生料在排水管道中的应用

John M. Kurdziel

Advanced Drainage Systems, Inc., Chief Engineer, Fort Wayne, United States

应用于雨水、高速公路涵洞和通用排水领域时，HDPE波纹管道使用再生料已被市政当局和交通机构广泛接受。这使曾经被认为是一次性塑料产品的HDPE波纹管道转变为长期可持续应用的基础设施成为可能。或许，再生塑料在基础设施中的最后一次工程应用很可能是在下水道领域。由于填充深度、较高的流出物温度和流出物的化学成分，因此对安装具有更高的要求。要在工程结构设计和长期抗应力开裂性需求之间保持平衡，这就产生了一个必须仔细评估的新问题。本文讨论了这些矛盾，并提供了充分解决这些问题的方法。本文还讨论了在因内部（流体）压力增大导致设计要求超出了（此类）管道的应用条件时此管道回收料的极限范围。尽管适当的设计要求可以适应短期冲击压力，但持续的压力可能最终导致设施故障。对于任何低水头或压力管道应用，这种情况尤其严重。

ID142

挑战HDPE海洋管道10%壁厚规则

llija Radeljic Pipelife Norway, Export, Oslo, Norway

Ebbe Smith PLMTechnology, Oslo, Norway

自1960年以来，HDPE实璧管已在欧洲应用于船舶领域。多年来，船用PE实璧管的尺寸一直在稳步增大，如今最大尺寸达到OD 3500mm。HDPE管，尤其是海洋管道，在现场操作过程中相对容易划伤。例如在运输、船舶操纵、混凝土压载块的安装或检查井组装期间。

用S弯法安装有划痕的船用管道存在风险，可能不被客户接受。因此，通常的程序是对表面进行平滑处理，并通过手动挤压填充材料。由于手工挤压不能保证足够强度，因此要以适当方式对管道表面进行修复，以避免在管道浸没过程中产生应力集中导致裂纹扩展或潜在故障。

目前，还没有定义修复程序标准，特别是海上管道的形状、挠度和其他几何特性。唯一的行业准则是基于陆上压力应用和最小尺寸的规范，规定了最大划痕深度为壁厚的10%。

大型海洋管道将承受弯曲力而不是内部压力，为了安全起见，就海洋应用中存在的细节问题，应重新审视行业标准。

我们调查了超出行业建议（>10%）的不同管壁深度的划痕（缺口、凿痕）的影响。该分析是用有限元分析软件完成的，材料模型是在以前管道弯曲实验室测试的帮助下校准的。研究了具有不同几何形状的管壁表面修复方案选项，以检测最佳和最实用的修复方法。

分析结果得出以下结论和建议：

- 表面损伤超过壁厚的10%，海洋管道修复时可被淹没。

- 确定表面损坏是否存在潜在风险。

- 按照论文中的指导准备维修程序。

- 更好地了解维修后管道的残留强度。

- 如有需要则修改管道浸没程序。

ID152

地震对HDPE支管的影响

Michael O'Rourke

Rensselaer Polytechnic Institute, Troy, New York, United States

本文研究了地震对HDPE (PE4710)管道支管的影响。地震对埋地管道及其支管的两个主要危害是地震波传播及其导致的地面永久变形。地震波从震中向周边断层传播，会在地表或地表附近拉伸或弯曲管道基础设施，被称为波传播 (WP) 危害。如果地震等级很高，它可能导致地面永久偏移或移动，被称为永久地面变形 (PGD)。对于横向扩展形成的脊状，PGD的特征在于地面应变a和PGD区域的长度L。另一种常见模式是块状模式，其中长度为L的土壤均匀地向坡下移动。这种形式的PGD在远离自由面时通常称为横向扩展，或者在位于或靠近自由面时称为滑坡。最后，存在由断层引起的PGD，其中断层一侧的地表相对于另一侧存在突然偏移。就修复率（每公里管道的修复次数）衡量的损坏强度而言，PGD危害比WP危害严重得多。

此处考虑了三种 PGD 危害：均匀地面应变、突发纵向移动和突发横向移动。名义上平行于部件纵轴的均匀地面应变在部件中产生最大应变。支管的轴向应变是PGD区长度和土壤对支管轴向运动的约束函数。然而，管道横向轴向应变的上限是地表应变值本身。不同的学者提供了不同的地面应变估值，O'Rourke 等人2015年提出了13个PGD地面应变数据点，范围从0.05%到5%。请注意，由PE4710材料构成的横向弹性应变极限约为2%，屈服应变约为11%，极限应变约为200%。

因此，PE4710支管可允许约5%的预期最大均匀地面应变，并适度偏移到远低于材料极限应变的非弹性范围内。本文介绍了由于在纵向和横向上的突发移动而在支管中引起PGD应变的关系。不同控制参数值的管道总应变数据表明，突发的纵向运动是两种危害中更严重的一种。此外，它表明，对于最严重的一组参数的HDPE支管的总应变名义上是材料屈服应变，约为HDPE材料极限应变的二十分之一。

ID313

5B组——替代方法

用更广泛研究中模拟点载荷测试(PLT)的应力/应变的有限元方法(FEM)以支持未来的ISO测试标准

Susanne Nestelberger

Borealis Polyolefine GmbH, Modelling & Simulation, Linz Austria

Joy Cheng

Borealis Polyolefine GmbH, PDO, Linz Austria

点载荷测试(PLT)旨在模拟如岩石压在聚合物管壁上-该情况可能发生在更换安装技术施工中，例如管道无砂嵌入或水平定向钻孔(HDD)等-必须遵循非常详细的测试执行程序。当今的PE材料由于其高抗慢速裂纹扩展性(SCG)而能够经受很长的测试时间，远超过一年。因此，在增强型去污剂和更高温度的支持下，引入了加速“PLT+”测试方法。较高的测试温度一方面增加了去污剂的侵蚀性，另一方面改变了聚合物的E模量，因此影响了整体SCG行为。出乎意料的是，PLT+方法中32mm与110mmPE管的失效模式之间存在差异。本研究通过实测实验室工作和应用有限元方法(FEM)调查了差异的可能根本原因。

调查的重点是不同材料模型（弹性、弹塑性），不同几何形状管道在不同载荷和支撑条件下的影响。考虑到有限元模拟中的这些影响，为详细分析管道断裂相关区域的应力/应变提供了独特的可能性。不同的管道尺寸和SDR比率清楚地显示了不同点载荷位置的变形状态。变形以压缩或横向弯曲为主。计算的变形状态以及计算的应力集中位置与实验室测试中观察到的裂纹起始区位置非常吻合。

所呈现的研究结果可以支持开发更稳健的PLT+测试方法，也有助于在未来的测试条件中定义更精确的要求。

ID179

用于测试含有不同比例回收材料的管道性能的快速和

创新的工厂程序

Dominique Gueugnaut

Research & Innovation Center for Energy-GRlgaz, Piping Systems, Villeneuve-la-Garenne, France

对环境和可持续发展的担忧重新引起了人们对从已达到使用寿命的制造物中再加工和再利用聚合物材料的兴趣。在此框架内，在塑料原材料生产商和产品制造商的支持下，欧洲制定了正式的行业协定。

除了注定要混合的聚合物的物理化学相容性问题（该问题需在制造管材和管件之前精确表征聚合物）之外，同样重要的是能够精确地确定混合物中各种成分的数量，以确保所需的性能。一项研究旨在开发一种快速和创新的程序，用于测试含有不同比例回收聚合物的PE管道。

因此，人们采用了为数不多的补充工艺，并考虑了PE管道和/或配件制造商以连续和常规方式使用它们的要求。该研究的主要目的是关联应用于受控条件下生产的一组标准聚合物混合体的各种技术响应。聚合物混合体是基于PE10级材料且含有不同比例的回用PE-PP混合物。

所采用的技术之一是众所周知的逐步等温分离技术，该技术以前已成功用于聚乙烯的准确表征，经过特别调整，以便能涵盖足够广泛的混合物，包括那些已经可用的以及将来可能开发的。

该技术与同样适用于所研究混合物范围的粘度分析相结合，可以确定各种混合物的物理化学特征。在进行此分析的同时，由不同混合物制成的管道在两种匹配相应用途的应力水平下进行了液压测试。管道在压力下的性能与混合物的物理化学参数完全相关，例如结晶焓比和高负荷熔体流动指数。这种相关性允许固定回用PE-PP材料的比例（不得超过此比例），使得混合物在预期应用方面保持所需的性能。

ID184

改进缺口平面拉伸应变试验以评估大口径PE管道

Thomas R. Kratochvilla, Patrick Griinbeck, Christoph Bruckner, Raimund Eremiasch

TGM - Federal Institute of technology, Plastics Technology and Environmental Engineering, Vienna, Austria

Mario Vukelja

AGRU Kunststofftechnik GmbH, Technical department, Bad Hall, Austria

在过去的几十年中，PE管道的尺寸达到了新的数量级。实际上，PE管道用作压力管道时，外径可达DN/OD3500mm，如海水抽进/排放、排水、污水和工业管道系统（一些现场示例和应用将在论文中展示）。

为了测试PE管道的长期性能，内压测试在过去几十年中已成功使用。为了评估大口径 PE管的长期性能，在过去几年中，人们开发了一种与内部压力测试相关的替代测试方法。2012年，人们开始根据ISO 23228评估改进的缺口平面拉伸应变试验（PSGT试验）。使用修改后的PSGT测试20℃和 80℃不同管径的数据，并与内部压力测试结果进行比较。建立了与材料的相关性，并生成了用于评估大口径管道的第一个参考点。

拉伸蠕变试验的测试装置采用从大口径管道中取出的试样并遵循PSGT测试标准 ISO 23228，从而可以对小试样形式的大口径管道进行相对简单的评估。有了为PSGT测试生成的参考点，将来就有可能对小样本进行批量放行测试(BRT)和过程验证测试(PVT)，这可以在相对适中的时间和成本框架内完成，以评估每批大口径PE管道样本。该测试方法未来可考虑用于产品标准的修订，以确认大口径PE管的长期性能。目前，不同实验室之间的系列比对测试正在准备以验证测试方法的可重复性。

ID270

液态烃对未增塑PA-12压力管长期蠕变断裂性能影响的

实验测定

James F. Mason Mason Materials Development LLC, Wyomissing PA, United States

Akshay Ponda Evonik Corporation, Lafayette, IN, United States

Hermann van Laak Evonik Resource Efficiency GmbH, Marl, Germany

Buc Slay Alpine Polytech, Fort Worth TXZ United States

在设计用于石油和天然气行业的压力管道时，液态烃对管道级热塑性树脂的长期强度的影响是一个重要的考虑因素。几十年前，有大量工作描述了管道级聚乙烯的这些影响，所有相关的压力管道设计标准都规定了0.5的流体服务系数，以降低液态烃输送中的强度损失。多年以来，人们应用这些设计标准安全可靠地使用聚乙烯压力管道。

由于PA12压力管已获准用于天然气分配管道，因此，在超出聚乙烯管道正常压力和温度使用范围之外的情况下，人们对运用PA12管道输送石油和天然气收集的液态碳氢化合物的兴趣在增加。这就包括在40℃至80℃之间压力高达350psig的情况下还可以使用直径达10英寸的PA12管道。管道设计采用与聚乙烯管道相同的公式，因此需要 PA 12管道的流体服务系数来完成设计和计算壁厚。使用液态碳氢化合物进行高温、长期静液压强度测试的实际操作非常复杂。

人们开发了一种方法和装置来确定高温下任何液体输送环境对拉伸样条长期蠕变性能的影响。注塑阳台在水中和液态烃中调节至饱和，然后经受长期拉伸载荷至破裂。ASTMD2837的应力回归分析方法用于分析在60℃的两种环境中外推到超过 6000h的数据。比较每种环境中的长期强度可计算出水环境相对于碳氢化合物环境下的衰减因子。本文介绍了PA12在液态烃输送中的实验设备、测试方案、应力回归分析方法以及实验得出的衰减因子。

ID296