耐磨塑料管.doc

耐磨塑料管超高分子量聚乙烯（UHMWPE）是指粘均分子量在150万以上的线性结构聚乙烯（PE），由于其分子量极高，具有耐磨损、耐冲击、耐腐蚀、自润滑等优异的综合性能，被称为“令人惊异的塑料”，是优异的耐磨管道。该管材具有如下优点（1）耐磨性居塑料之冠，是碳钢、不锈钢的4-7倍；喷砂对比试验（SiO2)30%SiO2泥浆冲刷对比试验材料体积减小材料体积损失超高分子量聚乙烯管道0.016超高分子量聚乙烯管道 6（2）冲击强度列塑料之首，为PC的2倍、ABS的5倍，且能在液氮温度（-196）下保持；项目密度平均分子量抗张强度断裂伸长率抗冲击强度（无缺口）布氏硬度动摩擦系数热变形温度膨胀系数导热系数吸水率超高分子量聚乙烯管0.935g/cm250万400Kg/cm350%破坏不了40 D0.2Kg/cm.m/s851.510-4/8.510-cal/cm.s.0.01%（3）自润滑、抗粘附、不结垢，磨擦系数低，可与聚四氟乙烯（PTEE）媲美；（4）冲击能吸收值在所有塑料中最高，且具消音性；（5）化学稳定性好，在一定温度和浓度范围内能耐各种腐蚀性介质及有机介质；（6）优良的耐低温性，在液氦温度（-269）下仍具延展性；（7）优良的抗内压强度、耐环境应力开裂性、抗快速开裂性；（8）卫生、无毒，可接触食品和药物。上述性能使UHMWPE管材不仅可以输送流体、气体，而且可输送固体颗粒、粉末等松散物料和浆体状固液混合物料，从而拓展了塑料管材的应用范围。1 浆体输送浆体状固液混合物的输送主要采用以水为载体的水力管道输送方式，输送时易产生磨损、腐蚀、结垢等问题。UHMWPE管以其耐磨损、耐腐蚀、不结垢、磨擦系数低等优点，可替代普通钢管、不锈钢管、特种钢管等在下列领域应用。（1）采选矿、冶金煤矿、化工矿、铁矿、有色金属矿及非金属矿等的采矿，选矿厂的矿浆输送大量采用管道，如原矿管、尾矿管、精矿管、浮选系统管等。选煤厂输送煤炭洗选所产生的浮选入料、浮选精矿和重介质悬浮液等固液混合物都要用管道输送。据日本统计，输送矿浆的精矿管使用寿命为15000h，原尾矿管最短时为6000h，砂浆填充用管多为6000h，最长时为1000h18。目前，我国选矿厂尾矿、精矿输送用管道多为钢管，由于矿浆中含有约30%的铁矿石，对钢管的磨损相当厉害，使用寿命仅为12a，且每半年要翻转90，工作量很大。冶金行业的焦炭粉、矿粉、矿浆及冶炼废渣的处理也涉及大量的管道输送。如革钢铁公司的一个选矿厂用于精选各种矿物的输送管路长达60km，对磨损最严重的部位通常几个星期需要更换一次管道，其余管道每隔不长时间就需进行翻转，工作量之大可想而知。我国是煤炭、矿业大国，煤矿多达9万余个19。据不完全统计，每年需耐磨塑料矿用管约2万t，若普遍使用，每年需求量在4万t以上，可节约钢材20万t。据报道20，美国联邦环境保护委员会规定采矿业，特别是矿砂排水操作要采用UHMWPE管。（2）水煤浆工程水煤浆是一种新型的高粘度液、固混合流体，由约70%的煤粉、30%的水及1%的化学添加剂配制而成，可以像油一样通过管道输送到终点，再经过脱水、干燥处理后送给用户。水煤浆在北京造纸一厂、桂林钢厂、绍兴轧钢厂等厂燃用均取得成功21。我国自80年代初开始规划了10条不同长度的输煤管道，其中孟-潍管道长达600km22。煤炭管道运输是当前解决我国煤炭运力不足的重要运输方式。1998年我国制定的能源工业长期发展计划纲要中明显指出：“要发展管道输煤，输送水煤浆”。目前全国已有北京京西水煤浆厂、山东兖日水煤浆厂等7个水煤浆厂23。如采用UHMWPE管，就可抵抗这种高粘度固液混合物产生的磨损和腐蚀现象，并因其具有自润滑性而减小输送阻力。据了解，国内某重点工程为了长距离输送煤头，已花费高价（3万美元/t）从国外购进了大量的UHMWPE管材作为输送管道。（3）电厂冲灰火力发电厂水力冲灰系统中普遍存在着管内壁结垢的问题。如某火电厂总装机容量为33万kw，冲灰管道长6.5km，灰浆管内结垢速度为53mm/a，每1.5a停运去垢检修一次，人工敲打去垢，工时4个月。运行6a的灰管由于结垢严重几乎堵死，并已将13km的铸铁管报废24。又如2台30万kw发电机组，冲灰管2a酸洗一次，除垢后钢管内表面锈蚀非常严重，表层剥落，底部更甚，使用5a管壁减薄4mm以上，入口处100m范围内结垢、锈蚀更为严重。冲灰管除了结垢外，磨损也比较严重，如高井电厂273mm10mm的冲灰管道，直管仅用2a就磨漏，弯头部位更为突出。UHMWPE管抗粘附，不易挂灰，可减少结垢现象，即使有一定程度的结垢，清除也比较容易，并且管材耐磨损、耐腐蚀，可大大延长使用寿命，且不需要涂刷防腐涂料，能节省维护费用。国内曾用UHMWPE板材卷制成内衬管做试验，结果表明，基本不结垢，其耐磨性比普通钢管提高了8倍。我国现有大型燃煤电厂400余座，小型电厂更多，今后每年将以10家以上的速度增建火力发电厂。每个电厂若需UHMWPE管100t，全国就需几万吨。（4）海湖盐化工由于UHMWPE管具有极高的耐磨性、耐腐蚀性及耐低温性，可望在海湖盐化工行业盐浆、卤水的输送中发挥重要作用。海盐输送 目前北方海盐生产的收储工艺流程中，集中式盐田采用大管道输洗；半集中盐田采用小管道输洗。机械化盐场将原盐经几公里长的水力管道（管径为114mm，125mm等）输送至筛房。盐化工厂将含有杂质的海盐通过粉碎、洗涤和干燥获得普通精盐产品（又称精洗盐）。从盐坨到洗涤设备之间，各厂大都采用管道水力输送的头道洗涤工序25。海盐在钢管输送过程中受到机械和水力的磨擦冲击，盐粒破碎，原盐中的粉盐比例增加（随卤水溢流而去），造成粉盐流失较严重26，而且，钢管输送盐浆，容易产生结垢现象。塑料管已开始在输盐系统应用，如某盐湖集团公司采盐系统输送管道采用了大口径HDPE管，如果采用UHMWPE管则使用效果更佳，且可吸收冲击能而减少盐粒的破碎。据了解，最近某盐化工厂开始试用UHMWPE管作盐浆输送管道。我国北方海盐年产量占全国盐产量的2/3，气温较低，而UHMWPE管的耐寒性极优。卤水输送 国外盐厂和制碱厂的输送卤水管道较多，如澳大利亚黑德兰盐场的输卤管道长25km，西德博斯盐矿的输卤管道长达70km。我国海湖盐生产现改传统明沟输卤方式为压力管道输卤；每年开发矿盐也在不断新增和改造管道，如果集中制卤区的管道总长5km，管径为100250mm的石棉水泥管输送盐卤达500km以上，一般工作压力为0.20.5Mpa，使用效果不一，有的盐场使用13a就报废了，最短仅1a就腐烂、破裂28。UHMWPE管优良的耐腐蚀性将会大大提高其使用寿命。（5）疏浚、排泥所谓疏浚就是用挖泥船挖掘港口、江河、湖泊等泥砂，并将泥砂排出的作业。如湖盐船采船运随着生产期的延长，航道和港池内沉积的淤泥、粉盐和粒盐越积越厚，直到影响盐驳的正常航行，所以通常采用绞吸式挖泥船进行疏浚，其附属设备就是水上浮筒、排泥管、水下沉管和陆上排泥管18。现在，许多城市护城河、湖泊的清淤也开始采用新工艺，即从水底直接抽吸淤泥浆，经管道实现长距离排送。挖泥船配管中有水上浮动管线、零号及上坡管线、水上架设管线、水底管线、陆上架设管线。这些挖泥配管必须耐波浪、潮流18。据统计，年均有4亿t的泥沙淤积在黄河河道内。我国将对黄河实施“百船工程”项目，即从国外引进百艘挖泥船对黄河等河流主河道进行清淤治理。每艘船需配备4km泥砂输送管。因钢管易锈蚀、磨损快、笨重，且不易装卸，因而挖泥船输出国要求配用UHMWPE管，仅此项目每年需用耐磨管材8000多t。此外，我国现有挖泥船400多艘，将需耐磨管材15000t以上。城市下水污泥是浓度较低的浆状物，欧美、日本等国家和地区早就用管道进行输送，如美国在洛杉矶、芝加哥等地修建了84km管道；日本在东京都、大阪等地修建了50km的污泥输送管道18。建筑工程中挖泥工地的输泥管道由于长期暴露在旷野中，经常遭受日晒和雨淋，且泥浆中砂、砾石坚硬易磨损管壁，钢质输泥管的平均使用寿命仅为4a，且每年需要拷铲、涂漆保护。而用UHMWPE管输送泥浆既耐磨，又可减少维护工作。3 流体、气体输送UHMWPE管也适于输送各种流体、气体。（1）建筑业UHMWPE管的冲击强度、耐低温性位于现有塑料管之首，远优于PVC-U管、PP-R管、PB管、ABS管等，有利于抵抗意外冲击和严寒的破坏，而且抗内压强度、耐环境应力开裂性可与交联PE管、铝塑复合管相媲美，因此安全可靠、使用寿命长；因其能吸收冲击能，排水时的消音性优于实壁PVC-U管；用作埋地管时，柔韧性好，地层变动时（如地震）不易被破坏；其使用温度一般为100以下，但由于分子量极高，分子链段移动困难，其热变形温度比普通PE高，如果没有应力的作用，在熔点以上的150200下，制品的形状也不会发生改变，与交联PE的热性能相似29。因此，建筑业的供水管、排水管、污水管、排气管、煤气管、下水管都可采用UHMWPE管。比如，盐化车间内的室内外铸铁排水管，流经管道的多为卤水，或含有酸、碱的污水，再加上地下水的侵蚀，使用寿命通常只有34a；沿海地区气候潮湿，带着大量含卤湿空气，使得居民住宅的铸铁排水管锈蚀斑斑30。因此，耐腐蚀性强的UHMWPE管大有用武之地。据预测，2000年我国塑料给水管的需求量为10万15万t。到2010年，全国新建住宅室内排水管的80%将采用塑料管，基本淘汰传统铸铁管；室内上水管采用柔性塑料管的比例将达到30%。这为大力推广UHMWPE管的应用提供了条件。（2）水处理工业“三废”的腐蚀性较强，如某碱厂通过10km管道排废渣，钢管磨坏后产生泄漏，对周围环境造成危害，碱厂每年购置防腐涂料的费用就达数百万元。某石化公司的污水处理厂，来自各分厂的工业污水经中和、沉淀等工序后，变成泥浆状的污物，排污铸铁管通常3a就磨穿，输送腐蚀性废水处理污泥的不锈钢管使用1a多因磨得太薄而发生缩径现象。据报道，美国菲利浦化学公司的废水处理系统中使用了UHMWPE管材，其设计使用寿命为50a31。水处理和废水处理可能是塑料管的另一大市场。据EAP估计，2000年用于水处理和废水处理装置消耗的塑料管大约超过350亿美元20。（3）化学、制药工业UHMWPE管具有优良的耐化学药品性，除强氧化性酸液外，在一定温度和浓度范围内能耐各种腐蚀性介质（酸、碱、盐）及有机介质（萘溶剂除外），其在20和80的80种有机溶剂中浸渍30d，外表无任何反常现象，其它物理性能也几乎没有变化1。据了解，目前各地的化工厂主要用钛钢管路输送硫酸（发烟）、砂酸、盐酸和各种强碱腐蚀性介质，钛钢价格比高价的氟塑料高1倍以上。化工用管的管径通常为1076mm，压力一般为0.2Mpa32。我国制药设备使用的管路、管接头等主要材质为进口不锈钢，管径通常为15108mm，输送压力为0.60.8Mpa。UHMWPE管在一定范围内输送腐蚀性化工原料时，可替代价格昂贵的不锈钢管和氟塑料管。（4）燃气工业天然气、煤气管等要求耐0.4Mpa的压力，其运行的安全性受到重视。80年代后期，英国石油公司开发成功“第三代HDPE”，其较高的重均分子量是保证高的快速开裂阻力的关键因素33。UHMWPE的重均分子量在300万以上，脆化温度在-80以下，可推断其具有优良的耐低温快速开裂性。美国菲利浦制品公司曾铺设了1600km的UHMWPE煤气输送管道31。（5）海水利用、船舶据不完全统计，青岛、威海、龙口等地的年海水利用总量已超过8亿m3，广泛用于电力、化工、机械、纺织、食品等工业。由于海水腐蚀较严重，必须采取适当的防腐措施才能保证系统安全运行，目前所采用的管道材料为：循环水干管选用内衬水泥砂浆的铸铁管，支管为加环氧树脂内衬的钢管34。耐腐蚀的UHMWPE管可以在该领域应用。船舶上的管路较多，如空气通风管、测深管、压载水吸入管、冷水管、盥洗系统、冲洗用管路、炮台冷却水系统、污水管、淡水冷却管、房间和走廊内的常温低压管等。建造一艘15000t油轮，全船的金属管重约207t。船用管过去均为铜管、钢管、铝管和铅管，搬运时不但笨重，劳动强度大，而且耐腐蚀性能差，使用寿命短，一般45mm厚的钢管34a就会烂穿35。UHMWPE管不仅轻便，而且极耐腐蚀，在船上应用的潜力颇大。（6）石油工业油田是消耗各种管材的大户。据报道20，石油和天然气市场，特别是二次和三次回采的小块油田，1983年就用了约39000km的塑料管材。我国油田开发已有几十年历史，随着部分油田开发进入中后期，特别是一些油田井液含水增加以及盐碱严重，加快了管道腐蚀速度，仅大庆油田每年就需更换大量的各种管道36。目前，在油田应用的主要塑料管为普通PE内衬管，而UHMWPE作为内衬管，具有耐腐蚀、耐磨、输送阻力小等优点。4 其它日本作新工业公司开发成功的UHMWPE管材，以取代氟塑料管为目标，准备向半导体行业和医疗部门销售37；厚度10mm以下的UHMWPE薄壁管已用作皮带输送机和抄纸机辊子的包覆管38。UHMWPE的电绝缘性好，介电强度可达50kv/mm，高于PVC-U管和交联PE管（介电强度分别为2328，41kv/mm），尤其是损耗角正切值低，故可作为在高频和超高频区间工作的电缆管道39；并可制作