SHT石油化工非金属管道工程施工技术规程研讨材料.ppt

SHT石油化工非金属管道工程施工技术规程研讨材料 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望中石化胜利油建工程有限公司汤日光说 明uSH/T3613-2013石油化工非金属管道工程施工技术规程石油化工非金属管道工程施工技术规程经中华经中华人民共和国工业和信息化部人民共和国工业和信息化部2013年年10月月17日以第日以第52号公告批准发布，号公告批准发布，2014年年3月月1日实施。日实施。u本规程制定过程中，编制组进行了大量的调查研究，在对非金属管本规程制定过程中，编制组进行了大量的调查研究，在对非金属管道制造、设计、施工、使用维护现状有全面了解与掌握的基础上，认道制造、设计、施工、使用维护现状有全面了解与掌握的基础上，认真总结了近年来我国石油化工建设项目非金属管道工程施工的经验，真总结了近年来我国石油化工建设项目非金属管道工程施工的经验，经过广泛征求意见，通过反复讨论、修改和完善，最后审查定稿。经过广泛征求意见，通过反复讨论、修改和完善，最后审查定稿。u为便于广大设计、施工、科研、学校等单位有关人员在使用本规程为便于广大设计、施工、科研、学校等单位有关人员在使用本规程时能正确理解和执行条文规定，编制组按章、条顺序编制了本规程的时能正确理解和执行条文规定，编制组按章、条顺序编制了本规程的研讨材料，对条文规定的目的、依据以及执行中需注意的有关事项进研讨材料，对条文规定的目的、依据以及执行中需注意的有关事项进行了说明，但不具备与规程正文同等的法律效力，仅供使用者作为理行了说明，但不具备与规程正文同等的法律效力，仅供使用者作为理解和把握规程规定的参考。解和把握规程规定的参考。1 范围本规程规定了石油化工工程中非金属管道的施工程序和技术要求。本规程适用于石油化工新建、扩建与改建工程中塑料管、钢骨架聚乙烯复合管、玻璃钢管、玻璃钢与塑料复合管等非金属管道的施工。（1）按照石化行业设计单位专业分工习惯划分，石油化工非金属管道工程包括配管工程和给水排水管道工程，非金属管道应用在给水排水工程中相对更多一些。（2）根据SH3051-2004石油化工配管工程术语中的定义：l配管（piping）是按工艺流程、安全生产、操作、施工、维修等要求进行的管道组装。（2.1.1）l工艺管道（process piping）是输送原料、中间物料、成品、催化剂、添加剂等工艺介质的管道。（2.2.27）l公用物料管道（utility piping）是工艺管道以外的辅助性管道，包括水、蒸汽、压缩空气、惰性气体等的管道。（2.2.28）（3）根据SH3533石油化工给水排水管道工程施工及验收规范的规定，石油化工给水排水管道工程包括下列管道和管道构筑物：la)管道：l1)生产及生活给水管道；l2)消防管道；l3)循环用水管道；l4)生产及生活污水管道；l5)雨水管道；l6)水质处理及循环冷却设施中的管道。lb)管道构筑物：l1)给水排水井室；l2)取(排)水口；l3)支(挡)墩。（4）与装置运转无直接关系，基于建筑物内部的生活给水排水管道，可采用国标GB50242建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范。（5）石油化工非金属管道包括的种类繁多，本规范仅包括玻璃钢管、塑料管、玻璃钢塑料复合管和钢骨架聚乙烯复合管四大类常用的石油化工非金属管道，这四大类涵盖了大部分工程应用，混凝土管在给水排水管道中应用较多，其施工验收主要执行SH3533石油化工给水排水管道工程施工及验收规范，其他的诸如橡胶、搪瓷、石墨、玻璃等非金属材料在石油化工管道工程中应用极少。（6）根据SH3051-2004石油化工配管工程术语中的定义：l非金属管（non-metallic pipe）用玻璃、陶瓷、石墨、塑料、橡胶、石棉水泥等非金属材料制成的管子。（2.2.71）（7）石油化工管道工程中使用非金属，与金属材料相比，具有以下一些特点：la.化学稳定性好，耐腐蚀，这是它能够代替金属而用在一些强腐蚀介质环境中的最主要原因。对于某些操作介质，用金属材料是不耐腐蚀的，或者用高合金金属材料是不经济的，此时就需要用非金属材料；lb.易加工成型。无论是机械加工还是热加工，都要比金属材料容易得多；lc.密度小，强度高。以工程塑料为例，其密度一般只有金属材料的1/8l/4，但其强度有的可以与普通金属媲美；ld.内壁光滑，且不随使用时间变化，压力损失比钢管约小30%，可选用比钢管小的口径；不会积垢、不易阻塞；le.良好的电绝缘性和极小的介电损耗；lf.良好的弹性、耐磨性和耐寒性等。但是，多数非金属材料的强度和刚度都比金属材料低，且其耐热性较差，热胀系数较大，工程塑料还有冷流、老化等问题。因此，非金属材料常常仅用于金属材料无法抗腐蚀或选用高级金属材料抗腐蚀投资太高的场合。（8）由于非金属材料的不足，SH/T 3161-2011石油化工非金属管道技术规范中规定，非金属管道不得用于有剧烈振动和剧烈循环的场合；非金属管道不得用于输送可燃、毒性危害程度为极度或高度危害的介质；非金属管道不宜在火灾爆炸危险区内的地上敷设；硬聚氯乙烯管道（PVC-U）不得用于输送气体介质。a.根据SH3051-2004石油化工配管工程术语中的定义：l剧烈循环条件（severe cyclic condition）指管道计算的最大位移应力范围超过0.8倍许用的位移应力范围和当量循环数大于 7 000或由设计确定的产生相等效果的条件。（2.1.6）b.根据GB 50160石油化工企业设计防火规范中对可燃气体的火灾危险性分类：类别可燃气体与空气混合物的爆炸下限甲0.1 MPa的烃类液体及其他类似的液体B可燃液体甲A类以外，闪点45至120l常见液化烃、可燃液体的火灾危险性分类举例：类别名称甲A液化甲烷，液化天然气，液化氯甲烷，液化顺式2一丁烯，液化乙烯，液化乙烷，液化反式2一丁烯，液化环丙烷，液化丙烯，液化丙烷，液化环丁烷，液化新戊烷，液化丁烯，液化丁烷，液化氯乙烯，液化环氧乙烷，液化丁二烯，液化异丁烷，液化石油气，二甲胺B异戊二烯，异戊烷，汽油，戊烷，二硫化碳，异己烷，己烷，石油醚，异庚烷，环己烷，辛烷，异辛烷，苯，庚烷，石脑油，原油，甲苯，乙苯，邻二甲苯，间、对二甲苯，异丁醇，乙醚，乙醛，环氧丙烷，甲酸甲醋，乙胺，二乙胺，丙酮，丁醛，二氯甲烷，三乙胺，醋酸乙烯，甲乙酮，丙烯睛，醋酸乙醋，醋酸异丙醋，二氯乙烯，甲醇，异丙醇，乙醇，醋酸丙醋，丙醇，醋酸异丁醋，甲酸丁醋，砒啶，二氯乙烷，醋酸丁醋，醋酸异戊醋，甲酸戊醋，丙烯酸甲醋乙A丙苯，环氧氯丙烷，苯乙烯，喷气燃料，煤油，丁醇，氯苯，乙二胺，戊醇，环己酮，冰醋酸，异戊醇B-35号轻柴油，环戊烷，硅酸乙醋，氯乙醇，氯丙醇，二甲基甲酰胺丙A轻柴油，重柴油，苯胺，锭子油，酚，甲酚，糠醛，20号重油，苯甲醛，环己醇，甲基丙烯酸，甲酸，乙二醇丁醚，甲醛，糠醇，辛醇，乙醇胺，丙二醇，乙二醇，二甲基乙酰胺B蜡油，100号重油，渣油，变压器油，润滑油，二乙二醇醚，三乙二醇醚，邻苯二甲酸二丁醋，甘油，联苯-联苯醚混合物d.火灾危险环境是指存在火灾危险物质以致有火灾危险的区域。火灾危险环境中能引起火灾危险的可燃物质有：l1)可燃液体：如柴油、润滑油、变压器油等。l2)可燃粉尘：如铝粉、焦炭粉、煤粉、面粉、合成树脂粉等。l3)固体状可燃物质：如煤、焦炭、木等。l4)可燃纤维：如棉花纤维、麻纤维、丝纤维、毛纤维、木质纤维、合成纤维等。e.爆炸危险区域是指爆炸性混合物出现的或预期可能出现的数量达到足以要求对电气设备的结构、安装和使用采取预防措施的区域。f.介质毒性程度的分级应当符合GB5044职业性接触毒物危害程度分级的规定，以急性毒性、急性中毒发病状况、慢性中毒患病状况、慢性中毒后果、致癌性和最高容许浓度等六项指标为基础的定级标准；按GB5044职业性接触毒物危害程度分级规定，毒物分为极度危害、高度危害、中毒危害和轻度危害四个等级：指 标分级（极度危害）（高度危害）（中度危害）(轻度危害)急性毒性吸入LC50,mg/m3经皮LD50,mg/kg经口LD50,mg/kg20010025200200010050025500200020000500250050050002000025005000急性中毒发病状况生产中易发生中毒,后果严重生产中可发生中毒,预后良好偶可发生中毒迄今未见急性中毒，但有急性影响慢性中毒患病状况患病率高(5)患病率较高(5)或症状发生率高(20)偶有中毒病例发生或症状发生率较高(10)无慢性中毒而有慢性影响慢性中毒后果脱离接触后,继续进展或不能治愈脱离接触后,可基本治愈脱离接触后,可恢复,不致严重后果脱离接触后，自行恢复，无不良后果致癌性人体致癌物可疑人体致癌物实验动物致癌物无致癌性最高容许浓度mg/m30.10.11.01.01010l常见职业性接触毒物危害程度分级：级 别毒物名称极度危害汞及其化合物，砷及其无机化合物，氯乙烯，铬酸盐，重铬酸盐，黄磷，铍及其化合物，对硫磷，默基镍，八氟异丁烯，氯甲醚，锰及其无机化合物，氰化物，苯高度危害三硝基甲苯，铅及其化合物，二硫化碳，氯，丙烯睛，四氯化碳，硫化氢，甲醛，苯胺，氟化氢，五氯酚及其钠盐，镉及其化合物，敌百虫，氯丙烯，钒及其化合物，嗅甲烷，硫酸二甲醋，金属镍，甲苯二异氰酸醋，环氧氯丙烷，砷化氢，敌敌畏，光气，氯丁二烯，一氧化碳，硝基苯中度危害苯乙烯，甲醇，硝酸，硫酸，盐酸，甲苯，二甲苯，三氯乙烯，二甲基甲酞胺，六氟丙烯，苯酚，氮氧化物 轻度危害溶剂汽油，丙酮，氢氧化钠，四氟乙烯，氨 注：非致癌的无机砷化合物除外。接触多种毒物时，以产生危害程度最大的毒物的级别为准。（9）塑料是以高聚物为主要成分，并在加工为成品的某阶段可流动成型的材料。按照受热呈现的基本行为，塑料可分为热固性塑料和热塑性塑料两大类。热塑性塑料加热时变软以至熔融流动、冷却时凝固变硬，这种过程是可逆的，可以反复进行；热固性塑料在通过加热或其他方法固化后，变成不溶、不熔产物，再加热不再具有塑性。绝大多数的塑料管道都是热塑性塑料管道，热固性塑料管的主要品种是玻璃钢管。本规范为表述方便，结合通常说法，在不至引起歧义的前提下，将热塑性塑料管道以塑料管道表述（因此，本规范中的塑料管道不包括热固性塑料管），将玻璃纤维增强塑料管道以通俗的玻璃钢管道表述，并在条文中将石油化工常用非金属管道种类列出。本规范如此表述，也与设计规范SH/T 3161-2011石油化工非金属管道技术规范相一致。a.根据GB/T 2035一2008/ISO 472:1999塑料术语及其定义中的定义：l塑料（plastic）以高聚物为主要成分，并在加工为成品的某阶段可流动成型的材料。（2.689）l注：弹性材料也可流动成型，但不认为是塑料。l热塑性塑料（thermoplastic）具有热塑性的塑料。（2.1058）l热塑性的（thcrmoplastlc）在塑料整个特征温度范围内，能反复加热软化和反复冷却硬化，且在软化状态采用模塑、挤塑或二次成型通过流动能反复模塑为制品的。（2.1057）l热固性塑料（thermosetting plastic）具有热固性的塑料。（2.1064）l热固性（thermosetting）通过加热或其他方法，如辐射、催化等固化时，能变成基本不溶、不熔产物的性能。（2.1063）b.玻璃钢管玻璃钢即玻璃纤维增强塑料（FRP），是用玻璃纤维作为增强材料，不饱和树脂、环氧树脂作为基体复合而成的材料。因为它的增强纤维是玻璃，而强度又可同钢相比，1958年在国内推广应用后，受到普遍重视，当时建材工业部部长赖际发提议将它定名为“玻璃钢”。根据GB/T 3961-2009纤维增强塑料术语中的定义：l玻璃纤维增强塑料（glass fibre reinforced plastics，GFRP）以玻璃纤维为增强体，以聚合物为基体的复合材料。（3.1.1）l复合材料（composites）由粘结材料(基体)和纤维状、粒状或其他形状材料，通过物理或化学的方法复合而成的一种多相固体材料。（3.1.11）l不饱和聚醋树脂（unsaturated polyester resin）分子链上含有碳一碳不饱和双键的，能与不饱和单体或预聚体发生交联的一类聚酪树脂。（3.3.1）l环氧树脂（epoxy resin）分子链上含有两个或多个能够交联的环氧基团的一类树脂。（3.3.8）l玻璃纤维（glass fibre）一般指硅酸盐熔体制成的玻璃态纤维或丝状物。（3.2.2）玻璃纤维不燃烧，不吸水，化学性质稳定，机械强度高（抗拉强度可达8003000MPa，超过合金钢），完全弹性，伸长率较低(为3%左右)，是人工生产最早、产量最多的无机纤维，是现代纤维增强塑料中最常用的增强材料，也是当前及以后一段时间内用量最多的增强材料。20世纪30年代玻璃纤维就已经投入工业化生产，并迅速应用到塑料行业。第二次世界大战期间，玻璃纤维增强的模塑制品或层压制品首先被用于军事目的，战后其研究成果及加工技术迅速转移到民用领域并获突飞猛进的发展。至今，玻纤增强塑料已成为经久不衰的重要塑料品种，主要是因为玻纤增强塑料具有以下优点：l质轻强度高。玻璃钢的比强度（强度与密度之比值）是钢材的4倍。l抗疲劳性能好。疲劳破坏是材料在交替负荷作用下，由于微观裂缝的形成和扩展而造成的低应力破坏。金属材料的疲劳破坏是由里向外突然发作，事先无征兆。玻纤增强塑料的疲劳破坏总是从材料的薄弱环节开始、逐步扩展、破坏前有明显征兆。l减振性能好。玻纤与基体树脂之间的界面具有吸振能力，振动阻尼高，破坏安全性好。l耐化学腐蚀性好。耐酸、碱、盐和有机溶剂。广泛应用于化工领域。l电绝缘性好、热导率低。在高频下仍能保持良好的介电性能。热膨胀系数小、耐高温，有的玻璃钢（酚醛树脂基体）可耐瞬时高温3800。l成型工艺简单，易操作。可根据产品结构使用性能及生产数量，灵活选择原辅材料和成型工艺。l玻璃钢具有较高的强度，良好的耐热性、耐蚀性和电绝缘性。最常用的玻璃钢管子料为不饱和聚脂玻璃钢，根据HG/T 21633玻璃钢管和管件的规定，其设计压力和设计温度分别为：设计压力低压接触成型管子0.6MPa长丝缠绕成型管子1.6MPa管件1.6MPa设计温度80l根据SH/T 3161-2011石油化工非金属管道技术规范的规定，玻璃钢管（FRP）的最低使用温度为-29。l根据HG/T 21633玻璃钢管和管件的规定，对于低压接触成型的玻璃钢制品的机械性能应不低于下表的规定：厚度（）拉伸强度MPa(kgf/cm2)弯曲强度MPa(kgf/cm2)弯曲弹性模量MPa(kgf/cm2)3.05.061.8（630）107.9（1100）0.48（4.9）1045.16.582.4（840）127.5（1300）0.55（5.6）1046.61093.2（950）137.3（1400）0.62（6.3）10410107.9（1100）147（1500）0.69（7.0）104l对于长丝缠绕玻璃钢制品的物理机械性能应不低于下表的规定：环向拉伸强度，MPa(kgf/cm2)294（3000）环向弹性模量，MPa(kgf/cm2)24517（250000）轴向拉伸强度，MPa(kgf/cm2)147（1500）轴向弹性模量，MPa(kgf/cm2)122500（125000）抗压强度，MPa(kgf/cm2)235（2400）制品结构：1）内衬层为树脂含量在6595之间的富树脂层，厚度在1.52.5mm。内衬层可以用玻璃纤维毡、合成纤维或其它合适的材料进行增强。内衬层的重叠宽度不得小于50mm。2）中间层的树脂含量：低压接触成型：505，缠绕成型：405。低压接触成型时，其层间的搭接缝必须错开，搭接宽度不应小于25mm。3）外表层一般为耐候层，用树脂制成，厚度为0.51.0mm。4）截面/端部必须用树脂封边，纤维不得外露，孔洞必须用树脂填塞。c.本规范中的塑料管仅指热塑性塑料管，主要包括硬聚氯乙烯（PVC-U）管、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）管、增强聚丙烯（FRPP）管、聚乙烯（PE）管和聚丙烯（PP）管等。1）硬聚氯乙烯（PVC-U）管聚氯乙烯(简称PVC)树脂是由氯乙烯单体聚合而成的一种热塑性高分子化合物。氯乙烯单体分子式为CH2=CHCl，聚氯乙烯分子式为 PVC是开发最早的一种热塑性塑料，目前在世界合成树脂中PVC产量居第二位，我国于1958年开始工业化生产。PVC树脂所用原料一半来自氯气，一半来自乙烯或乙炔。生产PVC树脂不仅消耗石油资源少，而且氯气资源丰富，能解决氯与碱的平衡利用问题，节约社会能源，保护自然生态环境,具有显著经济效益和社会效益。PVC塑料是一种多组分材料，以PVC树脂为基础，根据不同的用途加入不同的助剂,如稳定剂、着色剂、改性剂及填充剂等，经混合、塑化、成型加工而成。因此，随着树脂及添加剂的种类、数量不同,可以制造出物理力学性能完全不同的硬质及软质、透明或不透明、卫生级或非卫生级PVC制品。由于容易改性和提高性能，PVC已由通用型材料向工程材料、功能材料和弹性材料渗透，为PVC工业注入了新的活力。从美国、欧洲、日本等经济发达国家的PVC消费结构来看，硬制品消耗的树脂已经超过其总量的60%。因加入增塑剂的不同，习惯上将PVC塑料分为硬质和软质两类。通常将加入大量增塑剂的PVC塑料称为软质PVC，不加增塑剂的称为未增塑PVC（unplasticized po1yvinyl chloride，简称PVC-U)，习惯上将PVC-U称为硬质PVC。因PVC-U制品优良的力学性能，常被用作结构材料，广泛用于建筑、机械、化工等行业。PVC作为最早被发现（1872年）和最早工业化生产（1936年）的塑料管道材料，至今仍被广泛使用。在过去的半个多世纪里，PVC对世界经济的发展作出了积极的贡献。根据GB/T 4219.1工业用硬聚氯乙烯（PVC-U）管道系统 第1部分：管子的规定，工业用硬聚氯乙烯（PVC-U）压力管子应以聚氯乙烯(PVC)树脂为主要原料、经挤出成型。原料制成管子，按GB/T 18252规定进行试验，最小要求强度(MRS)不小于5 MPa。l工业用硬聚氯乙烯（PVC-U）管子的物理性能应符合下表规定：l管子的力学性能应符合下表的规定：l 根据GB/T 4219.1工业用硬聚氯乙烯（PVC-U）管道系统 第1部分：管子的规定，工业用硬聚氯乙烯管道系统适用于承压给排水输送以及污水处理、水处理、石油、化工、电力电子、冶金、电镀、造纸、食品饮料、医药、中央空调、建筑等领域的粉体、液体的输送。当用于输送易燃易爆介质时，应符合防火、防爆的有关规定；当用于输送饮用水、食品饮料、医药时，其卫生性能应符合有关规定。l设计时应考虑输送介质随温度变化对管子的影响，应考虑管子的低温脆性和高温蠕变，建议使用温度范围为-545。l硬聚氯乙烯管道（PVC-U）耐磨性差，不宜用于输送气固两相流体；由于具有脆性，不得用于输送气体介质。l硬聚氯乙烯管低温时性脆，受热则易软化，因此搬运时应小心轻放，堆放时要放平整，并防止靠近热源，日晒或冰冻；槽口反应灵敏，表面擦伤就可造成管道破坏，因此在运输和安装过程中应防止擦伤。2）丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）管 1929年美国最先研发ABS工程塑料，1946年美国BorrWarner公司新工艺出现，使ABS塑料达到一个新的技术高峰。随后该专利技术迅速传播至英、德、日等国，在世界范围得以发展壮大。我国兰州化学工业公司于20世纪70年代用自己技术建成2000t/a ABS树脂工业实验装置，20世纪80年代兰化公司、上海高桥石化公司从日本引进万吨级ABS树脂生产装置。丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物（ABS）分子式结构为：ABS兼具：丙烯腈（Acrylonitrile）的耐热好、抗老化、耐腐蚀；丁二烯（Butadiene）的高韧性、抗冲击、耐低温；苯乙烯（Styrene）的易加工等众多优点。使ABS塑料独有高强度、高硬度、高韧性、耐冲击、耐热、耐低温、耐腐蚀、无毒等特点。因此，被广泛应用于各种水、化学流体、气体与粉体的输送。如：承压给水、排水，污水处理、水处理，海水输送；化工、药厂的各种化学流体的输送；冶金、造纸工厂的酸、碱化学流体的输送；电力、电子工厂的水与化学流体的输送；食品、饮料、中央空调也广泛应用；但不适用于汽油及有机溶剂、酯、酮、醇类等输送。l根据GB/T 20207.1丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）压力管道系统 第1部分：管子的规定，丙烯睛一丁二烯一苯乙烯管子物理性能应符合下表的规定：l管子的力学性能应符合下表规定：l丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）管一般在-2070范围内使用。lABS管的一个较大缺陷是耐候性差，长期使用易起层。ABS材料在紫外线作用下，丁二烯分子中所含的双键结构易氧化降解，产生变硬、发脆等老化现象。为克服此缺陷，可采用添加复配抗氧剂、ZnS和紫外线吸收剂的方法，以及合金化技术、单体共聚改性等。3）聚乙烯（PE）管 聚乙烯（polyethylene，简称PE）是由多种工艺方法生产、具有多种结构和特性、用途广泛的系列树脂品种，产量已占世界合成树脂的三分之一，居首位。聚乙烯是一种热塑性高度结晶型的非极性的聚合物。聚乙烯管的应用始于20世纪40年代，我国于1958年开始生产聚乙烯树脂。目前聚乙烯管子已成为在PVC-U之后，世界上消费量第二大的塑料管道品种，具有寿命长、重量轻、易焊接、耐腐蚀、卫生性、可盘卷、经济性等诸多优良特性，广泛应用于燃气输送、给水、排污、农业灌溉、油田、矿山、化工（液体、气体以及流动固体物质的输送）、邮电通信等领域。聚乙烯是由乙烯（Ethylene）（C2H4）单体或/和少量共聚单体（如-共聚单体，如1-丁烯、1-己烯)经过聚合反应的聚合物，在不涉及分子中存在支链及侧基端梢上的其他不饱和基团的情况下，它的分子结构式为（CH2CH2）n，n为每个分子链节数的平均值。表征聚乙烯结构性能的主要参数有相对分子质量及其分布以及结晶度。合成工艺新技术（共聚技术及双峰技术）使聚乙烯树脂性能有了很大的改善和提高，从而提高聚乙烯的承压能力使其应用范围大大拓宽。热塑性管子料虽然需要对常规性能指标进行评价，但密度等常规指标不能反映热塑性管子料的本质性能。塑料管子料有自己科学而系统的分类方法，使用最为广泛的是近年来由ISO/TC 138开发的确定管子料等级的ISO体系。除北美部分国家外，ISO管子料等级体系已为世界各国广泛采纳和应用。欧洲所有著名的树脂制造商都按照ISO方法，提供其生产的塑料管子树脂的等级和相关证明。另外一个历史较早，影响较大的塑料管子料分类方法是美国方法。我国塑料管标准化的基础和方向是ISO标准。l热塑性管子料的ISO等级的确定是利用挤出成型的塑料管子，做塑料管子的长期耐内压蠕变试验（水为介质）,按照ISO9080的方法来获取在20、5O年时间的预测下限（LPL），LPL在较早的时候也称做长期静液压强度的97.5%置信下限LCL。根据LPL或LCL确定材料的最小要求的静液压强度（MRS）。MRS以MPa为单位，将其乘以10则可得到材料的等级数。l最小要求的静液压强度（MRS）：LCL或LPL值低于10MPa时，将其圆整至优先数（Renard）系R10系列中一较小值；LCL或LPL值高于10MPa时,将其圆整至R20系列中一较小值。下表说明了LCL与MRS及材料分级数之间的关系（ISO 12162）。LCL范围（MPa）MRS（MPa）材料分级数1.001.241.0101.251.591.2512.51.601.991.6162.002.492.0202.503.142.5253.153.993.1531.54.004.994.0405.006.295.0506.307.996.3638.009.998.08010.0011.1910.010011.2012.4911.211212.5013.9912.512514.0015.9914.014016.0017.9916.016018.0019.9918.018020.0022.3920.020022.4024.9922.422425.0027.9925.025028.0031.4928.0280略略略 根据GB/T 19278-2003热塑性塑料管材、管件及阀门通用术语及其定义的定义：l预测静液压强度置信下限（lower confidence limit of the predicted hydrostatic strength，LPL）置信度为97.5%时，对应于温度T和时间t的静液压强度预测值的下限，LPL=(T,t,O.975)，与应力有相同的量纲。（5.9）l20、50年置信下限（lower confidence limit at 20 for 50 years，LCL）一个用于评价材料性能的应力值，指该材料制造的管材在20、50年的内水压下，置信度为97.5%时，预测的长期强度的置信下限，单位为MPa。（5.10）l长期静液压强度（long-term hydrostatic strength，LTHS）一个与应力有相同量纲的量。它表示在温度T和时间t预测的平均强度。（5.11）注：平均强度是指置信度为50%时材料强度的置信下限。l20、50年长期强度（long-term strength at 20 for 50 years,LTHS）管材在20承受水压50年的平均强度或预测平均强度，单位为MPa。显然，它是长期静液压强度(5.11)的一个特值。（5.12）l最小要求强度（minimum required strength，MRS）将20、50年置信下限（5.10）LCL的值按R10或R20系列向下圆整到最接近的一个优先数得到的应力值，单位为MPa。当LCL小于10 MPa时，按R10系列圆整，当LCL大于等于10 MPa时按R20系列圆整。（5.13）l根据ISO 15494Plastics pipeline systems for industrial applicationsPolybutene(PB),polyethylene(PE)and polypropylene(PP)Specifications for components and the systemMetric series中的定义：lminimum required strength（MRS）value of LCL at 20 and 50 years,rounded down to the next lower value in the R 10 series when LCL is lessthan 10 MPa,or to the next lower value in the R 2Q series when LCL is greater than or equal to 10 MPa.(3.3.2)lNOTE：The R10 and R20 series are the Renard number series as defined in ISO 3 and ISO 497llower confidence limit（LCL）quantity with the dimensions of stress,expressed in megapascals,which can be considered as a property of the material and represents the 97.5%lower confidence limit of the predicted long-term hydrostatic strength at a given temperature,T,and time,t,determined by pressurizing internally with water.（3.3.1）l材料的等级数依据了优先数的原则。热塑性管子料等级命名的热塑性管子料等级命名的方法是：材料类型+材料分级数。具体类型的管子料的ISO等级命名体现在相应的管子标准中。对于聚乙烯（PE）管，其等级命名如下：管子料等级命名标准命名MRS（MPa）聚乙烯（PE）PE 323.2ISO 4427PE 404.0PE 636.3PE 808.0PE 10010.0PE 类型MRS值（MPa）PE 636.3PE 808.0PE 10010.0lISO 15494Plastics pipeline systems for industrial applicationsPolybutene(PB),polyethylene(PE)and polypropylene(PP)Specifications for components and the systemMetric series中规定的聚乙烯（PE）管包括PE63，PE80和PE100三种，其最小要求强度MRS值分别为：lPE管原料的主要性能要求如下：项目指标密度930 kg/m3（基础树脂）热稳定性（200）OIT（氧化诱导时间）20 min熔体质量流动速率（MFR）（190，5kg）（0.2MFR1.7）g/10min炭黑含量注：炭黑含量仅适用于黑色管子2.0%2.5%（质量分数）炭黑及颜料分散注：适用于黑色或非黑色材料3级耐快速裂纹扩展性能（临界压力pc）（e15）pc1.5MOP，其中pc=3.6pc，s4+2.6注：全尺寸试验/s4的相关系数是3.6，规定如下：（pc，全尺寸+1）=3.6（pc，s4+1）该系数可能随着标准的修订而作相应的修改。如果不能满足要求或不能满足s4试验条件，应按ISO13478进行全尺寸试验，这时pc，全尺寸可以看成pcl由于聚乙烯(PE)是一种高分子材料，它的强度概念和人们熟悉的钢管的强度有着本质的区别。当我们论及钢管的强度时，一般不存在时间概念；当我们论及聚乙烯（PE）管的强度时，一般是指应用到给水管道系统、2O、50年时的预测强度。这是因为聚乙烯（PE）管在应用中，随着时间的流逝，材料会在应力、介质和温度等的作用下发生老化，材料的强度会随时间的推移逐渐下降。这样，我们在设计聚乙烯（PE）管道时就应采用当材料应用到设计年限时的强度（时间相关性）。这是聚乙烯（PE）管子与金属管子的最大区别之一。长期静液压强度、耐快速裂纹扩展和耐慢速裂纹增长是聚乙烯材料最关键的三项力学性能指标。这三项指标又恰恰是金属管子所没有的。这三个指标的优劣直接决定聚乙烯输配系统的安全性及寿命。耐应力开裂性能包括耐快速裂纹扩展和耐慢速裂纹增长两种性能。根据GB/T 19278-2003热塑性塑料管材、管件及阀门通用术语及其定义的定义：l慢速裂纹增长（slow crack growth，SCG）在低于破坏应力的条件下，塑料材料于应力集中部位产生裂纹并逐渐扩展的现象。例如，管材在较高的点载荷作用下会在内壁逐渐形成裂纹，并缓慢发生扩展。（5.19）注：一般认为，裂纹尖端的扩展是由于分子链的解缠运动造成的。慢速裂纹增长造成的破坏常表现为脆性破坏（6.3）特征。常用测试方法有锥体试验、切口试验等。l脆性破坏（brittle failure）破裂区域没有明显塑性变形的破坏。（6.3）l快速裂纹扩展（rapid crack propagation，RCP）由于外力冲击或应力等原因造成裂纹，使承受内压的管材突然开裂、裂纹快速扩展的现象。（5.20）聚乙烯管子实际的断裂伸长率一般超过500%，自然弯曲半径可以小到管直径的25倍，较好的满足了管道安装中依靠自然弯曲、避开障碍物的需要。良好的柔韧性也使聚乙烯管具各了优良的抗刮痕力能力。聚乙烯是无极性的饱和脂肪烃长链聚合物，这就决定了它具有优良的介电性、对水和各种化学试剂的耐化学腐蚀性等。聚乙烯管用做压力管优势明显。聚乙烯给水管公称压力在1.6MPa以下，聚乙烯燃气管公称压力在1.0MPa以下，用于燃气输送管道时一般只作埋地管使用。聚乙烯管道在世界各国燃气管道上的广泛应用，已成为管道领域“以塑代钢”最为引人注目的成就。如英国煤气公司每年新铺设的干管中，聚乙烯管占95%，支管中聚乙烯管占90%。1988年，在慕尼黑召开的国际煤联（IGU）配气委员会会议，一致认为，采用聚乙烯（PE）为原料的埋地燃气管道质量可靠，运行安全，维护简便，费用经济。4）聚丙烯（PP）管聚丙烯（PP）是由丙烯聚合而成的一种热塑性塑料，分子结构式为 1954年Giulio Natta教授首次合成了聚丙烯树脂，1957年实现了工业化生产，自此聚丙烯获得了迅速而稳定的发展，成为用途十分广泛的五大通用塑料之一。工业上也把丙烯和少量乙烯或者-烯烃共聚得到的共聚物包括在聚丙烯材料内，1984年德国工业标准DIN8078将聚丙烯又分为I型聚丙烯，即全同立构均聚聚丙烯（PP-H）、型聚丙烯，即嵌段共聚聚丙烯（PP-B）和型，即无规共聚聚丙烯（PP-R）。1997年，DIN8077标准根据ISO12162，把聚丙烯的名称改成了PP-H100，PP-B80和PP-R80，其等级命名如下：管子料等级命名标准命名MRS（MPa）聚丙烯（PE）PP-H 10010.0DIN8077PP-B 808.0PP-R 808.0ISO 15494Plastics pipeline systems for industrial applicationsPolybutene(PB),polyethylene(PE)and polypropylene(PP)Specifications for components and the systemMetric series中规定的聚丙烯（PP）管包括PP-H，PP-B和PP-R三种，其最小要求强度MRS值见右表。PP 类型MRS值（MPa）PP-H10.0PP-B8.0PP-R8.0 根据晶体结构不同，聚丙烯又可以分为-PP和-PP，后者因为晶体结构更为致密，从而具有更好的耐化学腐蚀性，能承受的温度也较高。目前商业化应用的-PP主要是-PP-H和-PP-R。最初做管子的聚丙烯是均聚聚丙烯（PP-H），具有密度小，力学均衡性好，耐化学腐蚀性强，易成型加工，热变形温度高及价廉等突出优点，但其主要缺点是低温易脆断，具有较大的“冷脆性”。后来采用共混改性技术解决“冷脆性”问题。共混改性，即合金化技术，具有投资少、见效快、性能设计自由度大等特点，对于小批量、特殊用途管道是比较有效的。目前，随着聚丙烯管道应用的增长，更多采用共聚改性方法，进行大规模工业化生产。用于做管子的PP树脂的共聚改性，最初采用的是丙烯和乙烯的嵌段共聚方法，生产嵌段共聚聚丙烯（PP-B）；后来又出现了丙烯和乙烯的无规共聚方法，生产无规共聚聚丙烯（PP-R）。PP-H、PP-B、PP-R管子的刚度依次递减，而抗冲击强度则依次增加。聚丙烯管子具有如下特点：易成型加工；热熔承插连接，一体化接头性能可靠；原料可回收性好；耐热性较好。PP-R管的突出优点在于，既改善了PP-H的低温脆性，又在较高温度下（如60）具有很好的长期耐内水压能力，PP-R在做热水管使用时，长期强度较PP-H、PP-B要高。全同立构均聚聚丙烯（PP-H）弹性模量较大、刚性较好，而且耐内压性能较高，因此常用于压力化学流体的输送；无规共聚聚丙烯PP-R柔性稍好，主要应用于生活冷热水领域；嵌段共聚聚丙烯PP-B低温抗冲击性能较好，主要应用于排污管路系统。PP-H适用的温度范围为080，-PP-H适用的温度范围为-1095，同时应确保输送温度为-10的流体时，该流体不应结冻。PP管原料的主要性能要求如下：项目指标颜料分散性3级简支梁冲击强度（23，带缺口）PP-H7kJ/m2PP-B25kJ/m2PP-R25kJ/m2熔体质量流动速率（MFR）（230，2.16kg）（0.18MFR0.4）g/10min110静液压状态下的热稳定性能（8760h）注：只进行定型检验材料静液压（环）应力（MPa）试验过程中不破坏PP-HPP-BPP-