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聚乙烯(PE)燃氣管道的應用與發(fā)展

時(shí)間:2024-07-24 13:15:59 理工畢業(yè)論文 我要投稿
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聚乙烯(PE)燃氣管道的應用與發(fā)展

一、 燃氣用埋地聚乙管道系統發(fā)展簡(jiǎn)史

本世紀在管道領(lǐng)域發(fā)生了一場(chǎng)革命性的進(jìn)步,即“以塑代鋼”。隨著(zhù)高分子材料科學(xué)技術(shù)的飛躍進(jìn)步,塑料管材開(kāi)發(fā)利用的深化,生產(chǎn)工藝的不斷改進(jìn),塑料管道淋漓盡致地展示其卓越性能。在今天,塑料管材已不再被人們誤認為是金屬管材的“廉價(jià)代用品”。在這場(chǎng)革命中,聚乙管道倍受青睞,日益發(fā)出奪目的光輝,廣泛用于燃氣輸送、給水、排污、農業(yè)灌溉、礦山細顆粒固體輸送,以及油田、化工和郵電通訊等領(lǐng)域,特別在燃氣輸送上得到了普遍的應用。

1. 國外聚乙燃氣管發(fā)展簡(jiǎn)史

1933年英國ICI公司首先發(fā)現了聚乙(PE)。發(fā)展至今,聚乙已是由多種工藝方法生產(chǎn)的、具有多種結構和特性及多種用途的系列品種樹(shù)脂,已占世界合成樹(shù)脂產(chǎn)量的三分之一,居第一位。

第二次世界大戰時(shí)期,由于銅與鋼材的短缺,國外開(kāi)始研究在燃氣輸配等領(lǐng)域使用塑料管。燃氣輸配用塑料管的材料按應用的起始年代分別為:醋酸-丁酸纖維素(1949年美國),硬聚氯乙(1950年原西國),耐沖擊聚氯乙(1952年美國),環(huán)氧玻璃鋼(1955年美國),聚乙(1956年美國),滌綸(1963年意大利)和尼龍(1969年澳大利亞)。隨著(zhù)時(shí)間的推移和對燃氣工程運行經(jīng)驗的不斷總結,人們逐漸認識到在應用塑料管時(shí)應考慮以下幾個(gè)方面的因素:

a.經(jīng)濟性

b.接口穩定、嚴密性

c.耐環(huán)境應力開(kāi)裂

d.耐腐蝕和耐化學(xué)性

e.耐老化性

f.韌性

g.柔軟、可撓性

h.耐久性

i.強度與溫度的關(guān)系

j.長(cháng)期靜液壓強度的大小

經(jīng)過(guò)順序淘汰,到60年代后期,只剩下聚氯乙管和聚乙管。聚氯乙管雖然強度大,成本低廉,但與聚乙相比有如下缺點(diǎn):

a.脆性,易產(chǎn)生斷裂現象;

b.缺乏可撓性,不能盤(pán)卷等;

c.接觸溶劑的可靠性差等。

因此,采用聚氯乙管的數量大幅減少,而使用聚乙管顯著(zhù)上升。自1956年鋪設第一條聚乙燃氣管道以來(lái),到70年代,在歐洲和北美,聚乙管道在燃氣領(lǐng)域得到迅速的推廣應用。聚乙管道在各國燃氣管道上的廣泛應用已成為管道領(lǐng)域最為引人注目的成就。這一方面是由于聚乙材料制作管道具有非常獨到的技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)勢,另一方面是由于聚乙管道的原料性能,管材、管件制造工藝,連接方法,連接機具以及運行中的維修手段等在多年的實(shí)踐中,已達到完善的配套系統。時(shí)至今日,在燃氣領(lǐng)域,無(wú)論是對于新鋪設或舊管道的修復和更新,聚乙管都是主要的選擇之一。歐洲的PE燃氣管道普及率極高,如英國、丹麥等國均超過(guò)90%,法國1998年新敷設燃氣管道幾乎100%采用聚乙管道。早在1988年,在慕尼黑召開(kāi)的國際煤聯(lián)(IGU)配氣委員會(huì )會(huì )議,委員們一致認為采用聚乙(PE)埋地燃氣管道質(zhì)量可靠,運行安全,維護簡(jiǎn)便,費用經(jīng)濟。這種共識顯然是五十年來(lái)聚乙管道與其它管道反復比較、競爭后達成的。應該指出,這不僅應歸功于PE管的優(yōu)良的綜合性能,而且緣于PE管道的原料性能,管材、管件制造工藝,連接方法,連接機具以及運行中的維修手段等在多年的實(shí)踐中,不斷取得革命性的進(jìn)步。如對PE管道性能影響最大的因素之一的原料,隨著(zhù)聚合工藝的改進(jìn),八十年代水平PE管材原料與七十年代水平相比較,即取得極大的進(jìn)步。 經(jīng)過(guò)近半個(gè)世紀的不斷發(fā)展,時(shí)至今日,聚乙管道已成為最成熟的塑料管道品種之一。自六十年代初,探索聚乙管道用于燃氣輸送以來(lái),圍繞聚乙管道系統的各個(gè)方面的研究和開(kāi)發(fā)工作就一直未間斷,且異;钴S。世界上很多國家聚乙樹(shù)脂制造商、管材制造商、管件及管路附件制造商、管材擠出設備制造商、管道的施工和使用單位(如燃氣公司和自來(lái)水公司)、施工機具的制造商、產(chǎn)品認證機構、有關(guān)大學(xué)和科研機構均以極大的熱情投入到這項工作中來(lái)。研究開(kāi)發(fā)的廣度、深度及速度,是其他類(lèi)塑料管道所難與比擬的。聚乙管道系統的高度成熟突出表現在:

(1) 聚乙管材級原料不斷發(fā)展,八十年代末第三代聚乙管材樹(shù)脂(PE100)出現,使大口徑管的使用也具有了優(yōu)勢。

(2) 嚴謹而科學(xué)的管道設計理念。對聚乙管材料長(cháng)期使用性能的評價(jià)形成了系統科學(xué)的標準評價(jià)方法,從而在設計上保證了長(cháng)期使用性能及使用的安全性。

(3)高度成熟的制造設備和擠出工藝。

(4)與管材同步發(fā)展,多品種配套的管件。

(5)管道連接、施工和維護的成熟技術(shù)與設備。

(6)豐富的研究成果、大量成功的工程實(shí)踐和系統完備的標準體系。從原料到工程施工,從產(chǎn)品要求到質(zhì)量的控制方法,聚乙管道系統均具有完備的ISO標準。標準的高水平和系統化,標志了聚乙管道發(fā)展的高度成熟。

2. 國內聚乙燃氣管發(fā)展簡(jiǎn)史

我國是從80年代初期開(kāi)始聚乙燃氣管的研究工作,最早使用聚乙管輸送城鎮燃氣是1982年在上海。為使聚乙燃氣管研究工作受到重視并順利進(jìn)行,國家科委1987年把“聚乙燃氣管專(zhuān)用料研制和加工應用技術(shù)開(kāi)發(fā)”列為國家“七五”科技攻關(guān)項目,從專(zhuān)用原料─管材、管件加工─工程應用─標準規范制定進(jìn)行系統研究,取得豐碩成果。1995年,國家技術(shù)監督局、建設部分別頒發(fā)了PE燃氣管材、管件的國家標準和工程技術(shù)的行業(yè)規程。目前,PE燃氣管正在國內迅速推廣使用。在PE燃氣管推動(dòng)下,國內已基本掌握PE工程管道的生產(chǎn)與使用技術(shù),引進(jìn)了相當數量的國際一流生產(chǎn)線(xiàn),形成了相當規模的生產(chǎn)能力。這對聚乙燃氣管的發(fā)展奠定了堅實(shí)有力的基礎。99年國內聚乙燃氣管材產(chǎn)量已近1萬(wàn)噸,并以20%的年增長(cháng)率向前發(fā)展。

二、 聚乙燃氣管原料特性及其發(fā)展

聚乙管習慣上按照密度分為低密度及線(xiàn)型低密度聚乙(LDPE及LLDPE)管(密度為0.900-0.930g/cm3),中密度聚乙(MDPE)管(密度為0.930-0.940g/cm3)和高密度聚乙(HDPE)管(密度為0.940-0.965g/cm3)。由于材料的不斷進(jìn)步,根據發(fā)展階段和性能的不同,產(chǎn)生了材料的等級分化,密度不能反映聚乙作為管材的本質(zhì)性能,因此目前國際上根據聚乙管的長(cháng)期靜液壓強度(MRS)對管材及其原料進(jìn)行分類(lèi)和命名。長(cháng)期靜液壓強度是指連續施加在該聚乙樹(shù)脂制管管壁上50年時(shí)引起管材破壞時(shí)所計算的在管壁上的環(huán)向張應力,該值是管材結構設計的基礎。聚乙管的工程設計概念與金屬管不同,對于金屬管的設計,廣泛的使用環(huán)境溫度下的屈服強度系數。而聚乙管與金屬管不同,它受持續應力及溫度變化的影響,因此聚乙管的設計應力應根據長(cháng)期強度來(lái)決定,即通過(guò)繪制恒溫下應力與破壞時(shí)間的曲線(xiàn)來(lái)確定。根據聚乙管的長(cháng)期靜液壓強度(MRS),國際上將聚乙管材料分為PE32、PE40、PE63、PE80和PE100五個(gè)等級。目前國際上使用量最大的管材樹(shù)脂的MRS值為8.0MPa(PE80級),而MRS值為10MPa(PE100級)的管材樹(shù)脂的已開(kāi)發(fā)成功,這種樹(shù)脂采用雙峰

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