聚乙烯(PE)燃气管道的应用与发展(doc33)(1)dzht.docx
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1、聚乙烯(PE)燃气管管道的应应用与发发展一、 燃燃气用埋埋地聚乙乙烯管道道系统发发展简史史 本世纪在在管道领领域发生生了一场场革命性性的进步步,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
2、送上得到到了普遍遍的应用用。1. 国国外聚乙乙烯燃气气管发展展简史19333年英国国ICII公司首首先发现现了聚乙乙烯(PPE)。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。第二次世世界大战战时期,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
3、玻璃璃钢(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.经济济性b.接口口稳定、严严密性c.耐环环境应力力开裂d.耐腐腐蚀和耐耐化学性性e.耐老老化性f.韧性性g.柔软软、可挠挠性h.耐久久性i.强度度与温度度的关系系j.长期期静液压压强度的的大小经过顺序序淘汰,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
4、比比有如下下缺点:a.脆性性,易产产生断裂裂现象;b.缺乏乏可挠性性,不能能盘卷等等;c.接触触溶剂的的可靠性性差等。因此,采采用聚氯氯乙烯管管的数量量大幅减减少,而而使用聚聚乙烯管管显著上上升。自自19556年铺铺设第一一条聚乙乙烯燃气气管道以以来,到到70年年代,在在欧洲和和北美,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,
5、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,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
6、它它管道反反复比较较、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
7、以来,围围绕聚乙乙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) 聚乙烯烯管材级级原料不不断发展展,八十十年代末末第三代代聚乙烯烯管材树树脂(P
8、PE1000)出出现,使使大口径径管的使使用也具具有了优优势。(2) 严谨而而科学的的管道设设计理念念。对聚聚乙烯管管材料长长期使用用性能的的评价形形成了系系统科学学的标准准评价方方法,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)高高度成熟熟的制造造设备和和挤出工工艺。(4)与与管材同同步发展展,多品品种配套套的管件件。(5)管管道连接接、施工工和维护护的成熟熟技术与与设备。(6)丰丰富的研研究成果果、大量量成功的的工程实实践和系系统完备备的标准准体系。从从原料到到工程施施工,从从产品要要求到质质量的控控制方法法,聚乙乙烯管道道系统均均具有完完备的IISO标标准。标标准
9、的高高水平和和系统化化,标志志了聚乙乙烯管道道发展的的高度成成熟。2. 国国内聚乙乙烯燃气气管发展展简史我国是从从80年年代初期期开始聚聚乙烯燃燃气管的的研究工工作,最最早使用用聚乙烯烯管输送送城镇燃燃气是119822年在上上海。为为使聚乙乙烯燃气气管研究究工作受受到重视视并顺利利进行,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
10、和工程技技术的行行业规程程。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、 聚聚乙烯燃燃气管原原料特性性及其发发展聚乙烯管管习惯上上按照密密度分为为低密度度及线型型低密度度聚乙烯烯(LDDPE及及LLDDPE)管管(密度度为0.9000-0.9300g/ccm3),中中密度聚聚乙烯
11、(MMDPEE)管(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
12、程设计概概念与金金属管不不同,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
13、材树脂的的已开发发成功,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. 欧洲PPE1000级聚聚乙烯燃燃气管道道实际使使用压力力国家 英英国 比比利时 法国 荷兰 西班牙牙 尺寸比(SDRR) 111 117.66 1
14、77.6 11 11 使用压力力(Mppa) 0.77 0.5 00.4 0.88 0.7 目前,国国外正在在尝试将将SDRR11的的聚乙烯烯燃气管管的使用用压力提提高到11.0MMpa。三、 聚聚乙烯燃燃气管材材的特点点聚乙烯燃燃气管道道具有许许多卓越越的特性性,如耐耐低温,韧韧性好,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
15、管道道的腐蚀蚀和接头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.耐腐腐蚀。聚聚乙烯为为惰性材材料,除除少数强强氧化剂剂外,可可耐多种种化学介介质的侵侵蚀。无无电化学学腐蚀,不不需要防防腐层。2.不泄泄漏。聚聚乙烯管管道主要要采用熔熔接连接接(
16、热熔熔连接或或电熔连连接),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.高韧韧性。聚聚乙烯管管是一种种高韧性性的管材材,其断断裂伸长长率一般般超过5500%,对管管基不均均匀沉降降的适应应能力非非常强。也也是一种种抗震性性能优良良的管道道。在119955年日本本的神户户地震中中,聚乙乙烯燃气气管和供供水管是是唯一幸幸免
17、的管管道系统统。正因因为如此此,日本本震后大大力推广广PE管管在燃气气领域的的使用。4.聚乙乙烯管具具有优良良的挠性性。聚乙乙烯的挠挠性是一一个重要要的性质质,它极极大地增增强了该该材料对对于管线线工程的的价值。聚聚乙烯的的挠性使使聚乙烯烯管可以以进行盘盘卷,并并以较长长的长度度供应,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. 聚聚乙烯管管道具有有良好的的抵抗刮刮痕能力力。采用用不开槽槽施工技技术,无无论是铺铺设新管
18、管或旧管管道的修修复或更更新,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. 良良好的快快速裂纹纹传递抵抵抗能力力。管道道的快速速开裂是是指在管管道偶然然发生开开裂时,裂裂纹以几几百m/秒的速速度迅速速增长,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
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