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钢质管道的有力竞争者——增强热塑性塑料(RTP)复合管

浏览次数: 日期:2013年7月12日 21:34
一、前言 全球塑料管的需要在一直不断增长,根据 Free donia(国际著名咨询公司)最新的调查报告预测在2005~2010年期间全球塑料管每年增长速度 5%(超过2000~2005间的增长速度),到2010年可达到1800万吨。其中增长最快的是中国,其年增长率继续超过两位数。塑料管能够稳定增长的基础是其技术发展快,不断有新材料、新技术和新的应用出现。 近年来中国的塑料管业发展迅速,已经形成了很大的规模。其年产量已经接近200万吨,仅低于美国而居世界上第二位。但在迅猛的发展中,中国塑料管道行业也存在着一些问题。最突出的矛盾是“大而不强”,虽产量和用量很大,但是在产品的创新、质量的保证、技术的进步等方面,与先进国家的同行相比还有一定的差距,总体上我国的塑料管业还处于初级阶段,技术和装备刚刚从依靠引进过渡到模仿,产品水平及应用范围和国际比还是有不少差距。中国要从塑料管大国进步到塑料管强国还需要塑料业各方共同努力。塑料管道的应用的范围非常广阔,从建筑、公共设施到基础工程,从工业、农业、矿业到医药卫生,几乎每个领域都在采用塑料管道,不断有新的用途新的需求推动新的开发。顺应这个潮流,中国的燃气塑料管材也在飞速度发展。值得注意的是:近年来欧美发达国家和地区对于塑料管道的技术进行了大量、深入的试验研究,从原材料开发到管道系统的应用技术,从基础理论到测试标准,在各方面都有不断创新的成果涌现。中国的燃气塑料管道行业要实现跨越式发展,就必须及时的掌握国际塑料管道业的最新发展动向,充分吸收国外先进科技成果。 塑料有许多公认的独特优点,但是强度较低是其明显的缺点。因此全塑料管的应用就必然受到限制。利用其他高强度材料和塑料的复合制造增强复合管是国内外一直在努力探索的课题。目前燃气行业使用的管道主要是钢管和聚乙烯(PE)塑料管。钢管具有强度高、能应用于高压力范围的优点,但却存在易氧化腐蚀、寿命较短、施工复杂等缺点;PE管的特点则正好与钢管相反:耐腐蚀、施工简便,但由于强度较低,只能应用于中、低压范围。为克服塑管和钢管的缺点,各种结构形式的复合管材应运而生。多年来,国内外都有许多的新设计、新专利提出来,但是能够在市场立足的并不多,因为真正要做到优势互补需要解决很多技术问题,所以增强热塑性塑料(RTP)管一出现,就受到相关行业追捧,成为大家欢迎的新品。 二、RTP管的结构及发展 增强热塑性塑料(RTP)管是一种高压塑料复合管道,由三层结构材料组成:内、外层为PE80以上材料,中间层为增强材料复合而成的增强带(见图1)。外层根据需要可选择不同的颜色(一般为白色或黑色),并可采用专用的外管材料,来抵抗紫外线的侵蚀;中间层的增强材料可选择聚脂纤维,芳轮纤维或钢丝等。当前国内外开发的主要是增强的热塑性塑料管——RTP(Reinforced Thermoplastic Pipes),这类管材的特点是可以强度高而可曲挠,在天然气行业常称其为“挠性管” (Flexible pipe)。 国外早期开发的RTP管主要目标集中在满足全塑料管不可能达到的性能,例如较高的工作压力,较少用在压力较低的输水输管气管道领域。我国开发的RTP管则把目标放在节约材料、降低成本上,例如各种钢骨架PE管。 新近的变化是国内已经开始起步开发很高工作压力的RTP管,例如南京晨光公司已经开始生产芳纶纤维增强RTP管,长春高详公司更已经生产最高工作压力达到 25MPa的钢带增强RTP管。可以肯定RTP管在我国发展的前景非常广阔。目前,各种工作压力等级的RTP管应用范围是: 高压RTP:5~25MPa主要应用于石油、天然气开采领域; 中压RTP:1.6~10MPa主要应用于长距离输送天然气管网; 低压RTP:0.2~1.6MPa主要应用于城乡输水、输气管网。 图1 RTP管的结构 三、RTP管的优势 全球能源结构的大趋势是越来越多地采用天然气,聚乙烯燃气管道的市场不断在扩大。 众所周知,已经在我国经济发展中发挥重大作用的“西气东送”大工程带动了我国聚乙烯燃气管的大发展。现在“川气东送” “土(土库曼等)气东送”等工程又开始了,这又将推动沿线广大地区天然气的应用,为聚乙烯燃气复合管材开辟新的市场空间。 国际上聚乙烯燃气复合管道技术发展的一个动向是采用要求更高的标准,有重要变化的聚乙烯燃气管道新国际标准ISO 4437—2007已经批准发布,我国的塑料复合管道标准肯定也会跟上去。另外一个动向则是探索把塑料复合管应用到天然气的高压输送管道,而 RTP管正是能够发挥这种优势的有力竟争者。它的竟争优势主要体现在: 1、使用压力高 增强塑料管有两大类:一类是热固性塑料增强管,即通常称的玻璃钢管;另一类是热塑性塑料增强管RTP。热固性塑料增强管发展比较早,品种也比较多。而热塑性塑料增强管RTP发展较晚,近年来越来越受到重视。国外目前较多的是芳纶纤维增强的RTP管材。芳纶纤维增强的RTP管的工作压力可高达到9MPa~14MPa,爆破压力可高达40MPa,基本上可适应燃气行业的各种压力需求,达到用塑料复合管取代钢管的终极目标。 2、铺设方便 由于可采用较柔软的纤维作为增强层的增强材料,RTP管既可以达到很高的耐压强度又能保持可盘卷的柔韧性,突出的优点是铺设方便和迅速,特别适用于机械化作业和非开挖施工。 3、输送流体阻力小 RTP管由于采用了聚乙烯(PE)材料作为内管,其内壁当量粗糙度Δ可达0.05mm,比普通新钢管的内壁当量粗糙度0.19mm、旧钢管的内壁当量粗糙度0.60mm小得多,因而可以大大节约输送燃气的能量,在同等条件下可输送更多的燃气,特别符合“节能减排”的环保要求。 4、可增加防静电措施 PE管的一大缺点就是由于不导电而易积聚静电,容易由此而造成燃气燃爆事故。通过对RTP管中间增强层增加含有低电阻金属带以传导燃气管内积聚的静电,增加了输送燃气的安全性。 四、RTP管的连接方式 RTP管有两种管材供应方式:大管径(D200mm以上)采用定尺直管供应,小管径(D200mm以下)采用盘卷供应。RTP长盘卷管,减少了连接工作量和管件需要量,出厂时已经接好有标准法兰端面的管件。(图2) 图2 标准法兰连接管件 RTP管材有两种连接方式:RTP管材和RTP管材间的连接;盘卷RTP管端和其他管材和管件(如阀门、三通等) 的连接。   RTP管端连接的技术有两种:电熔——热熔连接和机械压紧方式连接。电熔一热熔连接是先把RTP管热熔对接,然后把专用的增强电熔连接套移到连接处通电熔接(连接套可以承受轴向负载)。所用的焊接设备和普通聚乙烯管道系统用的类似,只是热熔套筒长度较长。(见图3)机械压紧方式连接是把一个金属管件的插口端插入RTP管,在RTP管外套一个金属套,用机械方法把金属套一RTP管端一管件插口端压紧成为可以保证密封并承受轴向负载的接头,类似高压胶管的连接。(见图4) 图3 电熔连接套筒 图4 机械压紧转换接头 五、展望 RTP管材优点突出,其应用领域必然会进一步扩大。目前,国外正在努力做把RTP应用到天然气高压输送管道的工作(目前聚乙烯管道系统还只应用在中低压的天然气输配管道,即压力在0.7MPa以下的管网),为此,正在对热塑性塑料增强管RTP进行系统的试验,并准备制定相关标准。 RTP管材目前已有市场,但潜在的市场更广阔。国外RTP管材技术已经比较成熟,从设计、制造到施工逐渐形成了规范。在已有引进技术的基础上,可利用国内现有的基础和资源,无需过多投资就可以把这种产品开发出来。在掌握RTP管材制造技术的基础上可以进一步开发柔性多层复合增强管道(海洋石油开采)等新产品。目前国内开发RTP管材的条件已经基本成熟,国内已经开始探讨开发输水用公称压力2MPa,直径500mm~1000mm的钢丝增强聚乙烯压力管,目的是节约材料和提高耐压。预计可比PE100管壁厚度减少一半,成本可降低20%~30%。由此看来,RTP管将来完全可以在较高压力领域代替钢管。 对燃气RTP管应首先考虑开发直径200mm以下可盘卷的纤维增强聚乙烯压力管,注意吸收、采用国外芳纶纤维复合管材成功的经验;直径200mm以上RTP管则应完善钢丝增强的技术,并注意开发简便可靠的连接方法。 我们应该一方面开拓高压特殊管道市场(如油田);另一方面开拓低压力,较大直径的通用市场(如长距离输水输气)。待纤维增强RTP管材的生产经验逐步发展成熟时,就可向更高更广的应用领域发展。

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