聚乙烯(PE)燃气管道的应用与发展战略2513982423.docx
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1、Evaluation Warning: The document was created with Spire.Doc for .NET.聚乙烯(PPE)燃气气管道的应应用与发展展一、 燃气气用埋地聚聚乙烯管道道系统发展展简史 本世纪在管管道领域发发生了一场场革命性的的进步,即即“以塑代钢钢”。随着高高分子材料料科学技术术的飞跃进进步,塑料料管材开发发利用的深深化,生产产工艺的不不断改进,塑塑料管道淋淋漓尽致地地展示其卓卓越性能。在在今天,塑塑料管材已已不再被人人们误认为为是金属管管材的“廉价代用用品”。在这场场革命中,聚聚乙烯管道道倍受青睐睐,日益发发出夺目的的光辉,广广泛用于燃燃气输送、给
2、给水、排污污、农业灌灌溉、矿山山细颗粒固固体输送,以以及油田、化化工和邮电电通讯等领领域,特别别在燃气输输送上得到到了普遍的的应用。1. 国外外聚乙烯燃燃气管发展展简史1933年年英国ICCI公司首首先发现了了聚乙烯(PE)。发发展至今,聚聚乙烯已是是由多种工工艺方法生生产的、具具有多种结结构和特性性及多种用用途的系列列品种树脂脂,已占世世界合成树树脂产量的的三分之一一,居第一一位。第二次世界界大战时期期,由于铜铜与钢材的的短缺,国国外开始研研究在燃气气输配等领领域使用塑塑料管。燃燃气输配用用塑料管的的材料按应应用的起始始年代分别别为:醋酸酸-丁酸纤纤维素(11949年年美国),硬硬聚氯乙烯烯
3、(19550年原西西国),耐耐冲击聚氯氯乙烯(11952年年美国),环环氧玻璃钢钢(19555年美国国),聚乙乙烯(19956年美美国),涤涤纶(19963年意意大利)和和尼龙(11969年年澳大利亚亚)。随着着时间的推推移和对燃燃气工程运运行经验的的不断总结结,人们逐逐渐认识到到在应用塑塑料管时应应考虑以下下几个方面面的因素:a.经济性性b.接口稳稳定、严密密性c.耐环境境应力开裂裂d.耐腐蚀蚀和耐化学学性e.耐老化化性f.韧性g.柔软、可可挠性h.耐久性性i.强度与与温度的关关系j.长期静静液压强度度的大小经过顺序淘淘汰,到660年代后后期,只剩剩下聚氯乙乙烯管和聚聚乙烯管。聚聚氯乙烯管管
4、虽然强度度大,成本本低廉,但但与聚乙烯烯相比有如如下缺点:a.脆性,易易产生断裂裂现象;b.缺乏可可挠性,不不能盘卷等等;c.接触溶溶剂的可靠靠性差等。因此,采用用聚氯乙烯烯管的数量量大幅减少少,而使用用聚乙烯管管显著上升升。自19956年铺铺设第一条条聚乙烯燃燃气管道以以来,到770年代,在在欧洲和北北美,聚乙乙烯管道在在燃气领域域得到迅速速的推广应应用。聚乙乙烯管道在在各国燃气气管道上的的广泛应用用已成为管管道领域最最为引人注注目的成就就。这一方方面是由于于聚乙烯材材料制作管管道具有非非常独到的的技术经济济优势,另另一方面是是由于聚乙乙烯管道的的原料性能能,管材、管管件制造工工艺,连接接方
5、法,连连接机具以以及运行中中的维修手手段等在多多年的实践践中,已达达到完善的的配套系统统。时至今今日,在燃燃气领域,无无论是对于于新铺设或或旧管道的的修复和更更新,聚乙乙烯管都是是主要的选选择之一。欧欧洲的PEE燃气管道道普及率极极高,如英英国、丹麦麦等国均超超过90%,法国11998年年新敷设燃燃气管道几几乎1000%采用聚聚乙烯管道道。早在11988年年,在慕尼尼黑召开的的国际煤联联(IGUU)配气委委员会会议议,委员们们一致认为为采用聚乙乙烯(PEE)埋地燃燃气管道质质量可靠,运运行安全,维维护简便,费费用经济。这这种共识显显然是五十十年来聚乙乙烯管道与与其它管道道反复比较较、竞争后后达
6、成的。应应该指出,这这不仅应归归功于PEE管的优良良的综合性性能,而且且缘于PEE管道的原原料性能,管管材、管件件制造工艺艺,连接方方法,连接接机具以及及运行中的的维修手段段等在多年年的实践中中,不断取取得革命性性的进步。如如对PE管管道性能影影响最大的的因素之一一的原料,随随着聚合工工艺的改进进,八十年年代水平PPE管材原原料与七十十年代水平平相比较,即即取得极大大的进步。 经过近半半个世纪的的不断发展展,时至今今日,聚乙乙烯管道已已成为最成成熟的塑料料管道品种种之一。自自六十年代代初,探索索聚乙烯管管道用于燃燃气输送以以来,围绕绕聚乙烯管管道系统的的各个方面面的研究和和开发工作作就一直未未
7、间断,且且异常活跃跃。世界上上很多国家家聚乙烯树树脂制造商商、管材制制造商、管管件及管路路附件制造造商、管材材挤出设备备制造商、管管道的施工工和使用单单位(如燃燃气公司和和自来水公公司)、施施工机具的的制造商、产产品认证机机构、有关关大学和科科研机构均均以极大的的热情投入入到这项工工作中来。研研究开发的的广度、深深度及速度度,是其他他类塑料管管道所难与与比拟的。聚聚乙烯管道道系统的高高度成熟突突出表现在在:(1) 聚聚乙烯管材材级原料不不断发展,八八十年代末末第三代聚聚乙烯管材材树脂(PPE1000)出现,使使大口径管管的使用也也具有了优优势。(2) 严严谨而科学学的管道设设计理念。对对聚乙烯
8、管管材料长期期使用性能能的评价形形成了系统统科学的标标准评价方方法,从而而在设计上上保证了长长期使用性性能及使用用的安全性性。(3)高度度成熟的制制造设备和和挤出工艺艺。(4)与管管材同步发发展,多品品种配套的的管件。(5)管道道连接、施施工和维护护的成熟技技术与设备备。(6)丰富富的研究成成果、大量量成功的工工程实践和和系统完备备的标准体体系。从原原料到工程程施工,从从产品要求求到质量的的控制方法法,聚乙烯烯管道系统统均具有完完备的ISSO标准。标标准的高水水平和系统统化,标志志了聚乙烯烯管道发展展的高度成成熟。2. 国内内聚乙烯燃燃气管发展展简史我国是从880年代初初期开始聚聚乙烯燃气气管
9、的研究究工作,最最早使用聚聚乙烯管输输送城镇燃燃气是19982年在在上海。为为使聚乙烯烯燃气管研研究工作受受到重视并并顺利进行行,国家科科委19887年把“聚乙烯燃燃气管专用用料研制和和加工应用用技术开发发”列为国家家“七五”科技攻关关项目,从从专用原料料管材、管管件加工工程应用用标准规范范制定进行行系统研究究,取得丰丰硕成果。11995年年,国家技技术监督局局、建设部部分别颁发发了PE燃燃气管材、管管件的国家家标准和工工程技术的的行业规程程。目前,PPE燃气管管正在国内内迅速推广广使用。在在PE燃气气管推动下下,国内已已基本掌握握PE工程程管道的生生产与使用用技术,引引进了相当当数量的国国际
10、一流生生产线,形形成了相当当规模的生生产能力。这这对聚乙烯烯燃气管的的发展奠定定了坚实有有力的基础础。99年年国内聚乙乙烯燃气管管材产量已已近1万吨吨,并以220%的年年增长率向向前发展。二、 聚乙乙烯燃气管管原料特性性及其发展展聚乙烯管习习惯上按照照密度分为为低密度及及线型低密密度聚乙烯烯(LDPPE及LLLDPE)管管(密度为为0.9000-0.930gg/cm33),中密密度聚乙烯烯(MDPPE)管(密密度为0.930-0.9440g/ccm3)和和高密度聚聚乙烯(HHDPE)管管(密度为为0.9440-0.965gg/cm33)。由于于材料的不不断进步,根根据发展阶阶段和性能能的不同,
11、产产生了材料料的等级分分化,密度度不能反映映聚乙烯作作为管材的的本质性能能,因此目目前国际上上根据聚乙乙烯管的长长期静液压压强度(MMRS)对对管材及其其原料进行行分类和命命名。长期期静液压强强度是指连连续施加在在该聚乙烯烯树脂制管管管壁上550年时引引起管材破破坏时所计计算的在管管壁上的环环向张应力力,该值是是管材结构构设计的基基础。聚乙乙烯管的工工程设计概概念与金属属管不同,对对于金属管管的设计,广广泛的使用用环境温度度下的屈服服强度系数数。而聚乙乙烯管与金金属管不同同,它受持持续应力及及温度变化化的影响,因因此聚乙烯烯管的设计计应力应根根据长期强强度来决定定,即通过过绘制恒温温下应力与与
12、破坏时间间的曲线来来确定。根根据聚乙烯烯管的长期期静液压强强度(MRRS),国国际上将聚聚乙烯管材材料分为PPE32、PPE40、PPE63、PPE80和和PE1000五个等等级。目前前国际上使使用量最大大的管材树树脂的MRRS值为88.0MPPa(PEE80级),而MRRS值为110MPaa(PE1100级)的管材树树脂的已开开发成功,这这种树脂采采用双峰分分布、己烯烯共聚技术术,在提高高长期静液液压强度的的同时,也也提高了耐耐慢速裂纹纹增长和耐耐快速开裂裂扩展性能能,并具有有良好的加加工性,为为提高管网网输送压力力、增大管管道口径、扩扩大管道应应用范围创创造了条件件。目前PPE1000的管
13、材使使用量,特特别是在大大口径管材材上的用量量,正在迅迅速上升。表表1列出了了目前欧洲洲PE1000级聚乙乙烯燃气管管道实际使使用压力。表1. 欧欧洲PE1100级聚聚乙烯燃气气管道实际际使用压力力国家 英国国 比利时时 法国 荷兰 西西班牙 尺寸比(SSDR) 11 117.6 17.66 11 11 使用压力(Mpa) 0.77 0.55 0.44 0.88 0.77 目前,国外外正在尝试试将SDRR11的聚聚乙烯燃气气管的使用用压力提高高到1.00Mpa。三、 聚乙乙烯燃气管管材的特点点聚乙烯燃气气管道具有有许多卓越越的特性,如如耐低温,韧韧性好,刚刚柔相济。因因而在一些些特殊用途途中更
14、是大大显身手,因因为在这些些领域中,传传统材料管管子,不是是不适用,就就是费用大大,而且还还不能保证证管道的安安全使用。如如钢管、铸铸铁管最大大的问题是是在使用期期内,普遍遍发生的腐腐蚀和接头头泄漏。聚聚乙烯管则则具有明显显的优点,圆圆满地解决决了传统管管道的腐蚀蚀和接头泄泄漏两大难难题。如作作为室外线线路管敷设设在腐蚀性性的土壤中中,地震地地区、山地地和沼泽地地区;作为为承插管插插入旧管道道中修复、更更新旧管道道。由于与与众不同的的施工特点点,往往为为用户带来来巨大的经经济效益。如如美国资料料报导,聚聚乙烯管安安装费用低低于钢管道道安装费用用50%,而而穿插法又又比聚乙烯烯管直接埋埋地法节约
15、约30-440%。聚聚乙烯管的的主要优点点体现在:1.耐腐蚀蚀。聚乙烯烯为惰性材材料,除少少数强氧化化剂外,可可耐多种化化学介质的的侵蚀。无无电化学腐腐蚀,不需需要防腐层层。2.不泄漏漏。聚乙烯烯管道主要要采用熔接接连接(热热熔连接或或电熔连接接),本质质上保证接接口材质、结结构与管体体本身的同同一性,实实现了接头头与管材的的一体化。试试验证实,其其接口的抗抗拉强度及及爆破强度度均高于管管材本体,可可有效地抵抵抗内压力力产生的环环向应力及及轴向的拉拉伸应力。因因此与橡胶胶圈类接头头或其他机机械接头相相比,不存存在因接头头扭曲造成成泄漏的危危险。3.高韧性性。聚乙烯烯管是一种种高韧性的的管材,其
16、其断裂伸长长率一般超超过5000%,对管管基不均匀匀沉降的适适应能力非非常强。也也是一种抗抗震性能优优良的管道道。在19995年日日本的神户户地震中,聚聚乙烯燃气气管和供水水管是唯一一幸免的管管道系统。正正因为如此此,日本震震后大力推推广PE管管在燃气领领域的使用用。4.聚乙烯烯管具有优优良的挠性性。聚乙烯烯的挠性是是一个重要要的性质,它它极大地增增强了该材材料对于管管线工程的的价值。聚聚乙烯的挠挠性使聚乙乙烯管可以以进行盘卷卷,并以较较长的长度度供应,不不需要各种种连接管件件。用于不不开槽施工工,聚乙烯烯管道的走走向容易依依照施工方方法的要求求进行改变变;聚乙烯烯材料的挠挠性,使其其可在施工
17、工前改变管管材的形状状,插入旧旧管后恢复复原来的大大小和尺寸寸。5. 聚乙乙烯管道具具有良好的的抵抗刮痕痕能力。采采用不开槽槽施工技术术,无论是是铺设新管管或旧管道道的修复或或更新,刮刮痕是无法法避免的。刮刮痕造成材材料的应力力集中,引引发管道的的破坏。管管材抵抗刮刮痕的能力力,与管材材的慢速裂裂纹增长(SCG)行为关系系密切,研研究证明,PPE80等等级的聚乙乙烯管具有有较好的抵抵抗SCGG的能力和和耐刮痕能能力。PEE100聚聚乙烯管材材料则具有有更加出色色的抵抗刮刮痕能力。6. 良好好的快速裂裂纹传递抵抵抗能力。管管道的快速速开裂是指指在管道偶偶然发生开开裂时,裂裂纹以几百百m/秒的的速
18、度迅速速增长,瞬瞬间造成几几十m甚至至上千m管管道破坏的的大事故。快快速开裂是是一种偶发发事故,但但其后果是是灾难性的的。早在五五十年代,美美国输气钢钢管曾发生生几起快速速开裂事故故。聚氯乙乙烯气管和和水管均曾曾发生过快快速开裂事事故。实际际使用中尚尚未发现聚聚乙烯燃气气管的快速速开裂。因因而近100年来,国国际上对塑塑料管道,特特别聚乙烯烯燃气管的的快速裂纹纹传递进行行了大量卓卓有成效的的研究工作作。结果表表明,在常常用的塑料料管材中,聚聚乙烯抵抗抗裂纹快速速传递的能能力名列前前茅。如UUPVC的的动态断裂裂韧性KDD为1.88MNm-3/2,PPP-R的的KD为11.6MNNm-3/2,而
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