聚乙烯(PE)燃气管道的应用与发展战略13422.docx
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1、聚乙烯(PE)燃气管道的应用与发展一、 燃气气用埋地地聚乙烯烯管道系系统发展展简史 本世纪在管管道领域域发生了了一场革革命性的的进步,即即“以塑代代钢”。随着着高分子子材料科科学技术术的飞跃跃进步,塑塑料管材材开发利利用的深深化,生生产工艺艺的不断断改进,塑塑料管道道淋漓尽尽致地展展示其卓卓越性能能。在今今天,塑塑料管材材已不再再被人们们误认为为是金属属管材的的“廉价代代用品”。在这这场革命命中,聚聚乙烯管管道倍受受青睐,日日益发出出夺目的的光辉,广广泛用于于燃气输输送、给给水、排排污、农农业灌溉溉、矿山山细颗粒粒固体输输送,以以及油田田、化工工和邮电电通讯等等领域,特特别在燃燃气输送送上得到
2、到了普遍遍的应用用。1. 国外外聚乙烯烯燃气管管发展简简史1933年年英国IICI公公司首先先发现了了聚乙烯烯(PEE)。发发展至今今,聚乙乙烯已是是由多种种工艺方方法生产产的、具具有多种种结构和和特性及及多种用用途的系系列品种种树脂,已已占世界界合成树树脂产量量的三分分之一,居居第一位位。第二次世界界大战时时期,由由于铜与与钢材的的短缺,国国外开始始研究在在燃气输输配等领领域使用用塑料管管。燃气气输配用用塑料管管的材料料按应用用的起始始年代分分别为:醋酸-丁酸纤纤维素(119499年美国国),硬硬聚氯乙乙烯(119500年原西西国),耐耐冲击聚聚氯乙烯烯(19952年年美国),环环氧玻璃璃钢
3、(119555年美国国),聚聚乙烯(119566年美国国),涤涤纶(119633年意大大利)和和尼龙(119699年澳大大利亚)。随随着时间间的推移移和对燃燃气工程程运行经经验的不不断总结结,人们们逐渐认认识到在在应用塑塑料管时时应考虑虑以下几几个方面面的因素素:a.经济性性b.接口稳稳定、严严密性c.耐环境境应力开开裂d.耐腐蚀蚀和耐化化学性e.耐老化化性f.韧性g.柔软、可可挠性h.耐久性性i.强度与与温度的的关系j.长期静静液压强强度的大大小经过顺序淘淘汰,到到60年年代后期期,只剩剩下聚氯氯乙烯管管和聚乙乙烯管。聚聚氯乙烯烯管虽然然强度大大,成本本低廉,但但与聚乙乙烯相比比有如下下缺点
4、:a.脆性,易易产生断断裂现象象;b.缺乏可可挠性,不不能盘卷卷等;c.接触溶溶剂的可可靠性差差等。因此,采用用聚氯乙乙烯管的的数量大大幅减少少,而使使用聚乙乙烯管显显著上升升。自119566年铺设设第一条条聚乙烯烯燃气管管道以来来,到770年代代,在欧欧洲和北北美,聚聚乙烯管管道在燃燃气领域域得到迅迅速的推推广应用用。聚乙乙烯管道道在各国国燃气管管道上的的广泛应应用已成成为管道道领域最最为引人人注目的的成就。这这一方面面是由于于聚乙烯烯材料制制作管道道具有非非常独到到的技术术经济优优势,另另一方面面是由于于聚乙烯烯管道的的原料性性能,管管材、管管件制造造工艺,连连接方法法,连接接机具以以及运
5、行行中的维维修手段段等在多多年的实实践中,已已达到完完善的配配套系统统。时至至今日,在在燃气领领域,无无论是对对于新铺铺设或旧旧管道的的修复和和更新,聚聚乙烯管管都是主主要的选选择之一一。欧洲洲的PEE燃气管管道普及及率极高高,如英英国、丹丹麦等国国均超过过90%,法国国19998年新新敷设燃燃气管道道几乎1100%采用聚聚乙烯管管道。早早在19988年年,在慕慕尼黑召召开的国国际煤联联(IGGU)配配气委员员会会议议,委员员们一致致认为采采用聚乙乙烯(PPE)埋埋地燃气气管道质质量可靠靠,运行行安全,维维护简便便,费用用经济。这这种共识识显然是是五十年年来聚乙乙烯管道道与其它它管道反反复比较
6、较、竞争争后达成成的。应应该指出出,这不不仅应归归功于PPE管的的优良的的综合性性能,而而且缘于于PE管管道的原原料性能能,管材材、管件件制造工工艺,连连接方法法,连接接机具以以及运行行中的维维修手段段等在多多年的实实践中,不不断取得得革命性性的进步步。如对对PE管管道性能能影响最最大的因因素之一一的原料料,随着着聚合工工艺的改改进,八八十年代代水平PPE管材材原料与与七十年年代水平平相比较较,即取取得极大大的进步步。 经经过近半半个世纪纪的不断断发展,时时至今日日,聚乙乙烯管道道已成为为最成熟熟的塑料料管道品品种之一一。自六六十年代代初,探探索聚乙乙烯管道道用于燃燃气输送送以来,围围绕聚乙乙
7、烯管道道系统的的各个方方面的研研究和开开发工作作就一直直未间断断,且异异常活跃跃。世界界上很多多国家聚聚乙烯树树脂制造造商、管管材制造造商、管管件及管管路附件件制造商商、管材材挤出设设备制造造商、管管道的施施工和使使用单位位(如燃燃气公司司和自来来水公司司)、施施工机具具的制造造商、产产品认证证机构、有有关大学学和科研研机构均均以极大大的热情情投入到到这项工工作中来来。研究究开发的的广度、深深度及速速度,是是其他类类塑料管管道所难难与比拟拟的。聚聚乙烯管管道系统统的高度度成熟突突出表现现在:(1) 聚聚乙烯管管材级原原料不断断发展,八八十年代代末第三三代聚乙乙烯管材材树脂(PPE1000)出出
8、现,使使大口径径管的使使用也具具有了优优势。(2) 严严谨而科科学的管管道设计计理念。对对聚乙烯烯管材料料长期使使用性能能的评价价形成了了系统科科学的标标准评价价方法,从从而在设设计上保保证了长长期使用用性能及及使用的的安全性性。(3)高度度成熟的的制造设设备和挤挤出工艺艺。(4)与管管材同步步发展,多多品种配配套的管管件。(5)管道道连接、施施工和维维护的成成熟技术术与设备备。(6)丰富富的研究究成果、大大量成功功的工程程实践和和系统完完备的标标准体系系。从原原料到工工程施工工,从产产品要求求到质量量的控制制方法,聚聚乙烯管管道系统统均具有有完备的的ISOO标准。标标准的高高水平和和系统化化
9、,标志志了聚乙乙烯管道道发展的的高度成成熟。2. 国内内聚乙烯烯燃气管管发展简简史我国是从880年代代初期开开始聚乙乙烯燃气气管的研研究工作作,最早早使用聚聚乙烯管管输送城城镇燃气气是19982年年在上海海。为使使聚乙烯烯燃气管管研究工工作受到到重视并并顺利进进行,国国家科委委19887年把把“聚乙烯烯燃气管管专用料料研制和和加工应应用技术术开发”列为国国家“七五”科技攻攻关项目目,从专专用原料料管材、管管件加工工工程应应用标准规规范制定定进行系系统研究究,取得得丰硕成成果。119955年,国国家技术术监督局局、建设设部分别别颁发了了PE燃燃气管材材、管件件的国家家标准和和工程技技术的行行业规
10、程程。目前前,PEE燃气管管正在国国内迅速速推广使使用。在在PE燃燃气管推推动下,国国内已基基本掌握握PE工工程管道道的生产产与使用用技术,引引进了相相当数量量的国际际一流生生产线,形形成了相相当规模模的生产产能力。这这对聚乙乙烯燃气气管的发发展奠定定了坚实实有力的的基础。999年国国内聚乙乙烯燃气气管材产产量已近近1万吨吨,并以以20%的年增增长率向向前发展展。二、 聚乙乙烯燃气气管原料料特性及及其发展展聚乙烯管习习惯上按按照密度度分为低低密度及及线型低低密度聚聚乙烯(LLDPEE及LLLDPEE)管(密密度为00.9000-00.9330g/cm33),中中密度聚聚乙烯(MMDPEE)管(
11、密密度为00.9330-00.9440g/cm33)和高高密度聚聚乙烯(HHDPEE)管(密密度为00.9440-00.9665g/cm33)。由由于材料料的不断断进步,根根据发展展阶段和和性能的的不同,产产生了材材料的等等级分化化,密度度不能反反映聚乙乙烯作为为管材的的本质性性能,因因此目前前国际上上根据聚聚乙烯管管的长期期静液压压强度(MMRS)对对管材及及其原料料进行分分类和命命名。长长期静液液压强度度是指连连续施加加在该聚聚乙烯树树脂制管管管壁上上50年年时引起起管材破破坏时所所计算的的在管壁壁上的环环向张应应力,该该值是管管材结构构设计的的基础。聚聚乙烯管管的工程程设计概概念与金金属
12、管不不同,对对于金属属管的设设计,广广泛的使使用环境境温度下下的屈服服强度系系数。而而聚乙烯烯管与金金属管不不同,它它受持续续应力及及温度变变化的影影响,因因此聚乙乙烯管的的设计应应力应根根据长期期强度来来决定,即即通过绘绘制恒温温下应力力与破坏坏时间的的曲线来来确定。根根据聚乙乙烯管的的长期静静液压强强度(MMRS),国国际上将将聚乙烯烯管材料料分为PPE322、PEE40、PPE633、PEE80和和PE1100五五个等级级。目前前国际上上使用量量最大的的管材树树脂的MMRS值值为8.0MPPa(PPE800级),而而MRSS值为110MPPa(PPE1000级)的管材材树脂的的已开发发成
13、功,这这种树脂脂采用双双峰分布布、己烯烯共聚技技术,在在提高长长期静液液压强度度的同时时,也提提高了耐耐慢速裂裂纹增长长和耐快快速开裂裂扩展性性能,并并具有良良好的加加工性,为为提高管管网输送送压力、增增大管道道口径、扩扩大管道道应用范范围创造造了条件件。目前前PE1100的的管材使使用量,特特别是在在大口径径管材上上的用量量,正在在迅速上上升。表表1列出出了目前前欧洲PPE1000级聚聚乙烯燃燃气管道道实际使使用压力力。表1. 欧欧洲PEE1000级聚乙乙烯燃气气管道实实际使用用压力国家 英国国 比利利时 法法国 荷荷兰 西西班牙 尺寸比(SSDR) 111 177.6 17.6 111 1
14、11 使用压力(Mpaa) 00.7 0.55 0.4 00.8 0.77 目前,国外外正在尝尝试将SSDR111的聚聚乙烯燃燃气管的的使用压压力提高高到1.0Mppa。三、 聚乙乙烯燃气气管材的的特点聚乙烯燃气气管道具具有许多多卓越的的特性,如如耐低温温,韧性性好,刚刚柔相济济。因而而在一些些特殊用用途中更更是大显显身手,因因为在这这些领域域中,传传统材料料管子,不不是不适适用,就就是费用用大,而而且还不不能保证证管道的的安全使使用。如如钢管、铸铸铁管最最大的问问题是在在使用期期内,普普遍发生生的腐蚀蚀和接头头泄漏。聚聚乙烯管管则具有有明显的的优点,圆圆满地解解决了传传统管道道的腐蚀蚀和接头
15、头泄漏两两大难题题。如作作为室外外线路管管敷设在在腐蚀性性的土壤壤中,地地震地区区、山地地和沼泽泽地区;作为承承插管插插入旧管管道中修修复、更更新旧管管道。由由于与众众不同的的施工特特点,往往往为用用户带来来巨大的的经济效效益。如如美国资资料报导导,聚乙乙烯管安安装费用用低于钢钢管道安安装费用用50%,而穿穿插法又又比聚乙乙烯管直直接埋地地法节约约30-40%。聚乙乙烯管的的主要优优点体现现在:1.耐腐蚀蚀。聚乙乙烯为惰惰性材料料,除少少数强氧氧化剂外外,可耐耐多种化化学介质质的侵蚀蚀。无电电化学腐腐蚀,不不需要防防腐层。2.不泄漏漏。聚乙乙烯管道道主要采采用熔接接连接(热热熔连接接或电熔熔连
16、接),本本质上保保证接口口材质、结结构与管管体本身身的同一一性,实实现了接接头与管管材的一一体化。试试验证实实,其接接口的抗抗拉强度度及爆破破强度均均高于管管材本体体,可有有效地抵抵抗内压压力产生生的环向向应力及及轴向的的拉伸应应力。因因此与橡橡胶圈类类接头或或其他机机械接头头相比,不不存在因因接头扭扭曲造成成泄漏的的危险。3.高韧性性。聚乙乙烯管是是一种高高韧性的的管材,其其断裂伸伸长率一一般超过过5000%,对对管基不不均匀沉沉降的适适应能力力非常强强。也是是一种抗抗震性能能优良的的管道。在在19995年日日本的神神户地震震中,聚聚乙烯燃燃气管和和供水管管是唯一一幸免的的管道系系统。正正因
17、为如如此,日日本震后后大力推推广PEE管在燃燃气领域域的使用用。4.聚乙烯烯管具有有优良的的挠性。聚聚乙烯的的挠性是是一个重重要的性性质,它它极大地地增强了了该材料料对于管管线工程程的价值值。聚乙乙烯的挠挠性使聚聚乙烯管管可以进进行盘卷卷,并以以较长的的长度供供应,不不需要各各种连接接管件。用用于不开开槽施工工,聚乙乙烯管道道的走向向容易依依照施工工方法的的要求进进行改变变;聚乙乙烯材料料的挠性性,使其其可在施施工前改改变管材材的形状状,插入入旧管后后恢复原原来的大大小和尺尺寸。5. 聚乙乙烯管道道具有良良好的抵抵抗刮痕痕能力。采采用不开开槽施工工技术,无无论是铺铺设新管管或旧管管道的修修复或
18、更更新,刮刮痕是无无法避免免的。刮刮痕造成成材料的的应力集集中,引引发管道道的破坏坏。管材材抵抗刮刮痕的能能力,与与管材的的慢速裂裂纹增长长(SCCG)行行为关系系密切,研研究证明明,PEE80等等级的聚聚乙烯管管具有较较好的抵抵抗SCCG的能能力和耐耐刮痕能能力。PPE1000聚乙乙烯管材材料则具具有更加加出色的的抵抗刮刮痕能力力。6. 良好好的快速速裂纹传传递抵抗抗能力。管管道的快快速开裂裂是指在在管道偶偶然发生生开裂时时,裂纹纹以几百百m/秒秒的速度度迅速增增长,瞬瞬间造成成几十mm甚至上上千m管管道破坏坏的大事事故。快快速开裂裂是一种种偶发事事故,但但其后果果是灾难难性的。早早在五十十
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