您现在的位置:首页 >> 行业资讯 >> 中国增强热塑性塑料管RTP的发展和机遇
新闻动态

字号:   

中国增强热塑性塑料管RTP的发展和机遇

浏览次数: 日期:2013年12月6日 17:05

        中国增强热塑性塑料管RTP的发展和机遇 张玉川 北京塑料工业协会 2013-3 增强热塑性塑料管RTP是一种把热塑性塑料柔韧,抗腐蚀,耐磨损等独特优点和增强材料高强度等特长结合起来的新型管道。在不少应用领域RTP比传统管道有明显的优势,甚至成为唯一的选择。随着全球经济的发展和科技的进步,高技术含量高附加价值的RTP在世界各国都在日新月异地发展。 我国塑料管业对于增强热塑性塑料管RTP一直很积极,起步也比较早。多年来经过努力探索,不断发展,已经打开不小的市场。过去十年可以说是中国RTP的探索期,孕育期,预期今后十年将是中国RTP的发展期,增长期。预期进入发展增长期的依据是:

一方面,RTP的优异特性逐步被广泛认识,在建筑和市政工程市场继续扩展的同时,不少其他领域的管道用户在探索应用RTP(甚至直接投资)。近年我国石油天然气产业对应用RTP很积极,‘石油管道局’等多次组织专题调研,制定了一批相关的标准。RTP已经越来越多应用于陆地和海上油气田的注水管、集输管等。石油天然气产业特别希望能够把RTP应用到‘长输管道’,认为突破后每年将有数万公里的工程量[1]。同时在矿井输水、盐田输卤、军用输油、海底管道,温泉利用等领域RTP都已经有成功应用的实例。

另一方面,国内通过自主创新,结合引进和借鉴国外技术,积累了不少经验和教训。目前,各种RTP的生产工艺技术,机械装备,专用材料,和铺设施工的条件都已初步配套,具备了加快发展增长的基础条件。国内现在已经有一批生产RTP的企业(其中部分原来是橡胶软管生产企业),有了多家制造RTP设备的企业,有了配套的材料企业。 中国作为全球第二大经济体,能源产业无疑是我国最迫切需要发展和最优先投资建设的产业。目前还依靠大量进口的石油和天然气更是保证我国持续发展和国家安全的基础。我国油气管网建设任重道远,尤其是油气资源西部很多在沙漠,东部很多在沼泽,海滩和海上。可以肯定地预计我国石油和天然气产业的RTP应用会有较快增长。同时,我国作为‘世界工厂’,工业各领域对于RTP的需求也有很大潜力。 以下分别介绍我国RTP的发展概况。RTP可分两大类,其中一大类是工作压力超过3 MPa的中高压管,主要的目标市场在工业领域;另一大类是工作压力小于3 MPa的低管管,主要目标市场在建筑和市政工程。 本文重点在说明国内已有RTP产品,对目前还空白,预计有广阔前景的‘待开发’和‘在开发’产品也简要介绍。 1中高压增强热塑性塑料管 我国目前生产的中高压RTP通常是三层结构,由内衬层(芯管),缠绕增强层和外保护层构成(少数采用更多层复合)。内衬层通常用高密度聚乙烯HDPE,也有采用耐热聚乙烯PE-RT,交联聚乙烯PEX管和超高分子量聚乙烯UHMWPE等。缠绕增强材料有钢带,钢丝,合成纤维(芳纶,聚脂纤维)和玻璃纤维等。外层通常是高密度聚乙烯HDPE。其他材料也在探索中,如超高分子量聚乙烯纤维等。有的各层之间粘合(bonded),也有的各层之间不粘合(unbonded)。 中高压RTP缠绕增强有两种方式。一种是增强材料以丝、线或带的形式直接缠绕。另一种是预先把增强丝或线和热塑性塑料复合成增强带,再把增强带缠绕到内衬层(芯管)上。这种方式的优点是容易保证增强丝或线的排列均匀和张力一致。 中高压RTP大部分直径在150mm(6英寸)以下,制造成能曲挠可以连续长盘管(几百到几千米)供应。通常的连接方法是采用不锈钢的机械压紧管端管件,也可以采用增强和加长的特殊电熔管件连接。因为以柔韧的连续长盘管供应,具有容易铺设的明显优势,尤其应用在海底,沙漠,沼泽,海滩和矿井等地区可以显著减少铺设时间和费用。近年我国根据需要自主开发了直径在150mm(6英寸)以上的中高压RTP。连接方法可以采用机械压紧管端管件,也可以采用增强和加长的特殊电熔管件连接。因为只能制造成直管,为减少接头通常尽量加长管段长度。 钢带增强RTP: 三层结构,各层之间不粘合。内外层是HDPE,增强层是缠绕的钢带。连接采用不锈钢的机械压紧管端管件。直径范围在2-6 英寸,工作压力范围在5-20MPa。钢带增强RTP是90年代我国借鉴国外技术开发的。近年在我国浅海石油开采中已经逐步推广。例如:我国某企业为南海某油田生产的海底注水管(5英寸21MPa),输气管(3英寸13Mpa)都很成功。经过多年实践,系统配套已经逐步完备,例如解决了运输特大盘卷RTP进行海上铺设的装备和技术。 在开发产品---多层挠性管Flexibles: 石油和天然气产业用RTP中目前我国还有一个重要的空白:深海石油开采需要的,能抗高内压又能抗高外压的多层挠性管国内目前还不能生产。国外生产的挠性管直径范围在2-16 英寸,工作压力范围在28-105。通常由5-7层复合,各层之间不粘合。如图是5层结构,从内到外分别是:金属骨架层(防止内衬层的塌陷);聚合物内衬层(防止流体泄漏);金属丝/带缠绕的抗压增强层(抗径向载荷);金属丝缠绕抗拉增强层(抗轴向拉伸载荷);聚合物外护套层(抗外部侵蚀)。可喜的是目前已经有企业在探索开发多层挠性管(国家级开发项目),突破后将对我国石油和天然气产业走向深海做出重大贡献。目前这种管道只能进口,价格高达每米数千美元。 纤维增强带和钢丝增强带RTP 三层结构,各层之间粘合。内外层通常是HDPE,增强层是缠绕的纤维增强带或钢丝增强带。(增强带由纵向排列的增强纤维线或钢丝与聚乙烯树脂结合成),连接通常采用不锈钢的机械压紧管端管件,也可以采用增强和加长的特殊电熔管件连接。直径范围在2-6 英寸,工作压力范围在5-20MPa。我国是在2004年引进德国芳纶纤维线增强带RTP生产线的基础上开发此类RTP的。目前国内已能制造增强带RTP连续生产线(并已经出口中东)或分步缠绕机。国内生产的增强带RTP采用的增强材料包括芳纶纤维线,聚脂纤维线,玻璃纤维线和高强度钢丝或钢丝束等。这种产品大部分应用于石油和天然气产业,小部分应用于温泉水等。 钢丝直接螺旋缠绕增强RTP 三层结构,各层之间粘合。内外层通常是HDPE,增强层是直接螺旋缠绕的覆塑高强度钢丝。结构类似于市政工程市场用低压的“钢丝网骨架塑料(聚乙烯)复合管(CJ/T189)”,但是采用多根高强度钢丝分层缠绕可以制造直径较大且压力很高的RTP,应用于中高压工业领域。目前连接采用不锈钢的机械压紧管端管件,大直径高压电熔管件还在开发中。例如:我国某企业已开发成功一种军用的钢丝直接缠绕增强RTP,直径150mm,工作压力6MPa(爆破压力18MPa),用于替代容易腐蚀的钢管,重量减轻30%。为石油和天然气产业开发的应急输油管,直径315mm,工作压力6.4MPa。目前正在‘中石油’等支持下探索开发更大直径的长途输油用RTP。 钢丝缠绕编织增强RTP 三层结构,各层之间粘合。内外层通常是HDPE,增强层是缠绕并编织成网的高强度细钢丝。其结构和制造工艺类似钢丝增强橡胶管。直径范围在42-65 mm,工作压力范围在5-12MPa。以交联聚乙烯树脂为内外层其工作温度范围在-40~90℃。是我国最早应用于石油和天然气产业的RTP。此种RTP的局限是只适用于较小直径。 聚四氟乙烯增强软管(GJB 2837): 二层结构,各层之间不粘合。内层是聚四氟乙烯,外层是增强用不锈钢丝缠绕+编织层。聚四氟乙烯管用推压法挤出,经过烧结,钢丝缠绕层用专门的钢丝缠绕机。直径范围在4-35 mm,工作压力范围在7-28 MPa,工作温度范围在-55℃到+ 204℃。应用领域是航空和航天用飞机、火箭、导弹、高挡汽车用液压、燃油、滑油、氧化剂用管道。我国80年代就已仿照国外产品开发,但是用量不大。 待开发产品---长途输送天然气RTP 国内还有待开发的中高压RTP市场是用于长途输送天然气(目前国内只在天然气管网末端压力低于1MPa的输配管应用HDPE管)。虽然‘西气东输’、‘川气东送’、进口液化气等一系列大工程打开了中国的天然气时代,至今我国天然气的应用还比较落后,在一次性能源中所占的比例还远低于世界平均水平,也低于亚洲平均水平。全球能源结构的发展方向是越来越要依靠天然气,特别是近年北美页岩气开采的重大突破,将进一步增大天然气在全球能源中所占的比例。我国必须也必然要进一步加快开发和应用天然气的步伐,包括大力发展可能改变我国能源形势的页岩气。我国发展天然气就必须要建设遍布全国的输气管网,规划十二五期间将新建天然气管道4.4万公里。因为天然气在低压下体积太大,输气管网的长途管道分必须采用高压。国外近年的成功经验证明RTP适合进入这个过去不能采用塑料管的领域(用于直径较小的支线管道),因为RTP输气管柔韧能曲挠,可以连续长盘管供应,并可以采用犁入铺设等代替开挖铺设显著降低铺设费用,也可以应用滑衬技术修复已经损坏旧管道。例如:加拿大AltaGas公司从2005到2010年成功地在十多个天然气输配工程使用RTP,累计铺设管道长度超过50公里,直径2-4英寸,压力3MPa[2]。国际标准组织在2006年就发布了在4MPa下输送燃气的RTP标准ISO/TS 18226[3]。希望我国的塑料管业有企业能够抓住这个商机,我国的天然气资源中不少含有强腐蚀性的硫化氢,应该是最能发挥RTP特长的。 2 低压增强热塑性塑料管 在建筑和市政领域大量应用低压RTP是中国特色(国外在这个领域大量应用的目前只有铝塑复合管)。我国为了减少塑料消耗和降低成本开发和生产了多种低压RTP。低压RTP绝大部分应用于建筑和市政领域输送水或天然气,但也有部分应用于工业等其他领域。 钢丝网骨架塑料(聚乙烯)复合管(CJ/T189): 这是国内自主开发并应用最广的一种钢丝直接缠绕增强低压RTP,常被简称为‘钢丝增强塑料管’。三层结构,各层之间粘合。中间层是直接交叉缠绕细钢丝用粘合树脂固定。直径范围在50-650 mm,工作压力范围在0.4-3.5 MPa,采用电熔管件连接。这种我国自主开发的RTP已经广泛应用各地于市政工程中(输水输燃气)。和常规聚乙烯管竞争的优势是材料较省成本较低。全国已经有近180条生产线,年产量约20万吨左右。因为采用电熔管件连接铺设比较方便,但是工作温度受到限制。这是由于钢丝在管端是依靠粘合树脂固定的,而粘合树脂的耐热有限。 钢丝增强塑料管还被成功地应用于工业领域。例如应用于新疆某盐田输送含盐的卤水(要求抗腐蚀抗磨损),广西某铝矿输送尾矿浆,大连市到长山岛跨海输水管道(直径450mm,1.6MPa)……。 钢骨架聚乙烯复合管(CJ/T123): 三层结构,各层之间粘合。中间层是用粗钢丝交叉焊接的骨架。直径范围在50-500 mm,工作压力范围在1-2.5 MPa。这是我国最早自主开发的RTP,同样主要应用于市政工程中(输水输燃气)。和常规聚乙烯管竞争的优势也是材料较省成本较低。因为采用粗低碳钢丝焊接结构,塑料层内应力较大,且容易形成应力集中,优点是刚度较高。全国已经有近30条生产线,年产量约3-4万吨。 铝塑复合管MP(GB/T 18997-1/2): 五层结构,各层之间粘合。内外层是HDPE,PEX或PE-RT,中间增强层是焊接成整管状的铝和钢,用两粘合树脂层把聚乙烯层和金属层结合,采用电熔管件连接。直径范围在12-75 mm,工作压力范围在0.7-2 MPa。主要应用于建筑内输送冷热水。铝塑复合管的是国外80年代开发的,成本比较高但是质量很可靠,在国外建筑冷热水市场上的占有率不断增长(2011年欧洲建筑冷热水管铝塑复合管用3.5亿米,超过PEX,PE-RT等各种全塑料管),在瑞士等发达国家是建筑内冷热水管的主流产品。铝塑复合管90年代引进到我国后一时各地蜂拥而上,但很快因为质量问题衰落。目前我国铝塑复合管生产集中在少数企业,年产量近2亿米,主要用于建筑冷热水的高端市场和出口。 钢塑复合管(CJ/T 183): 钢塑复合管则是我国自主开发的。结构类似铝塑复合管,增强材料是钢带。因为薄钢层可能锈蚀(氧透过聚乙烯层),在国外没有这个产品。国内产量有限主要应用于冷水。 在开发产品---大直径钢丝增强聚乙烯管: 国内正在自主开发中的低压增强热塑性塑料管是三层结构,各层之间粘合。内外层是HDPE,中间层是用环向缠绕细钢丝的增强层。设计直径范围在800-2000 mm,工作压力范围在0.4 -1.6MPa。因为增强只在环向,轴向没有增强,内压引起的轴向应力(是内压引起的环向应力的一半)是由HDPE层承受。所以HDPE层的厚度可以比常规HDPE管节省约40%,预期总成本可以比常规HDPE管节省约20-30%。管材两端的尺寸和同规格常规HDPE管相同,可以同样对接熔焊或用电熔管件连接。管材的成型采用缠绕熔接方法,生产工艺类似于国外的玻纤增强聚乙烯管PE-GF。(德国KRAH公司开发的PE-GF管:三层结构,内外层PE100,中间层玻纤增强聚乙烯,采用缠绕熔接成型。内径可到3m,因为玻纤增强管壁厚能比通常的PE100管减少50%。铺设可以对接熔焊和承插电熔等。这种管材近年已经在比利时、土耳其、哥伦比亚和日本等应用。而且已经已进入DIN和ASTM标准。)我国自主创新开发的大直径钢丝增强聚乙烯管的初步试验结果是成功的,目前还有待于进一步测试和完善工艺。 3 RTP的自主开发 国内外的实践证明RTP确实具有独特的优点,不少应用领域适合甚至必须采用RTP。中国塑料管业发展到今天,开拓新应用领域,开发高技术含量和高附加值的塑料管道是时代的要求。中国的RTP已经形成规模,打开市场,初步具有消化借鉴国外先进技术和自主技术创新的能力。相信RTP在中国大发展是必然的趋势。 同时,应该清醒地看到RTP在国内外都是处在发展探索阶段的新技术。新技术通常处在严格保密或专利保护下,我国发展RTP不太可能如同过去发展常规塑料管那样全套地引进设计、制造、检验、铺设和使用的技术。我们只能在尽量吸收国外技术成果的同时,更多地依靠自主的试验研究和开发设计。所以我国开发RTP管必须要有较大的投入和经历较长的时间,不可能如同当年发展常规塑料管那样迅速上马,立刻见效。希望有意向发展RTP的企业和研究部门需要对于自主开发的艰巨性有充分的认识。尤其是需要对于RTP在理论上和实践中的复杂性(不同于常规塑料管)有足够的估计。要吸收历史的经验教训,把勇于创新的精神和尊重科学的态度结合好。特别是不要急于求成,不要把没有经过严密分析和系统试验的‘新产品’就投入大量生产和使用。 参考文献 [1] 塑料复合管在油气长输管道工程中的应用前景与挑战;中国石油天然气管道局 程梦鹏;2012年第八届中国国际地下管线工程展。 [2]增强热塑性塑料管(RTP)在天然气输配中的应用;第15届国际塑料管会议报告; [3]ISO-TS 18226 压力高到4MPa(40bar)下输送燃气的增强热塑性塑料管道系统

所属类别: 行业资讯

该资讯的关键词为:中国增强热塑性塑料管RTP