国内自主开发的钢丝及钢带增强聚乙烯给排水管道系统.docx
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国内自主开发的钢丝及钢带增强聚乙烯给排水管道系统
国内自主开发的钢丝及钢带增强聚乙烯给排水管道系统
发布时间:
2008-3-218:
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关键词:
钢塑复合管钢丝增强给水管钢带增强排水管
国内自主开发的钢丝及钢带增强聚乙烯给排水管道系统
四川森普管材股份有限公司 吴精华
摘要:
本文从国家建设“资源节约型社会”的基本国策出发,介绍了《钢丝缠绕增强聚乙烯(PE)给水管》和《埋地排水用钢带增强聚乙烯(PE)螺旋波纹管》的结构特点、产品标准与产品生产工艺、管道工程应用技术规程;希望管道系统各环节和相关部门通力合作,从应用的角度完善这两种复合结构在发展中的理论和实践问题,走自主创新的道路,培育出符合国情的钢丝及钢带增强聚乙烯给排水管道系统。
关链词:
钢塑复合管;钢丝增强给水管;钢带增强排水管
中国是一个正处在高速发中的大国,人口众多,人均能源,水资源等重要资源的占有量严重不足。
我国人均能源占有量不到世界人均水平的一半,石油仅为十分之一;水资源仅仅是四分之一,是世界严重缺水、污染严重的国家之一。
面对如此严峻的现实,我国政府决定执行“建设资源节约型、环境友好型社会”的发展战略方针,走自主创新的道路,解决好我国可持续发展所面临的问题。
为此,我国正在全力实施“节能、节水、节地、节材”等战略工程。
近几年大力推动塑料管道产业的发展,具有推动四节一保(环保)的重要战略意义。
正是由于发展塑料管道符合国家向节约型社会发展的基本国策,所以在十五期间以年百分之十五的高速增长。
2006年上半年塑管及其附件,增长31.99%,高速发展的状况已显示出塑料管道系统巨大的优势。
但是,近年来,由于我国十分短缺的石油价格持续攀升,造成塑料原料价格(特别是聚乙烯原料价格)持续上升而无力控制的局面,使蓬勃发展的塑料管道产业面临困境。
而另一方面,原料价格的持续攀升,却催生并促进了我国新型塑料复合管道系统的发展。
随着复合管材的发展,国内的钢塑复合管呈现出品种繁多的局面,其品种已超过一些发达国家。
这里只介绍两种在我国有代表性的、自主开发的、高性价比又适合我国国情的钢塑复合管,并建议将其作为重点品种进行推广。
一种是《钢丝缠绕增强聚乙烯给水管(即钢丝网骨架塑料聚乙烯复合管)》(以下简称PSP管);另一种是《埋地排水用钢带增强聚乙烯(PE)螺旋波纹管》(以下简称MRP管)。
生产这两种复合管道的设备,是四川金石东方新材料设备有限公司开发出来的。
从使用单一材料发展到集成两种以上材料优势的复合结构,既是技术发展的必然,又符合我国国情。
所以这两种复合管道在短短几年的时间里,已各有近三十多条生产线投产。
该生产设备已出口到塑料机械较我国发达的国家。
近年来这两种管道,从管道系统应用的角度看,尽管还有一些理论和实际问题有待完善,但已在各地的工程应用中显现出独特的优势,受到给排水管道用户青睐。
希望我国这两种管道设备制造、产品生产、设计、施工监理、等管道系统各环节能和相关管理部门通力合作,以创业者的态度,从应用的角度不断完善这两种复合结构在发展中的理论和实际问题;完善工程应用技术的规程和施工方法及定额等配套工作,走出—条符合我国实际的钢塑复合管统系统的路子,培育出符合中国国情的钢丝及钢带增强聚乙烯给排水管道系统,推动我国新型塑料复合管道系统的健康发展。
一、钢丝缠绕增强聚乙烯(PE)给水管
(一)钢丝缠绕增强聚乙烯(PE)给水管的结构特征及优势
钢丝缠绕增强塑料复合管是一种全新的复合结构,其结构特点是聚乙烯料为基体,在聚乙烯内外管的中间设置有两层或多层交错缠绕形成的钢丝网格状增强结构层,其结构如图一所示。
增强用钢丝为高强度镀层钢丝,钢丝在缠绕前己包覆具有阻水性能的热熔胶。
钢丝缠绕后,经过加热,再套挤出高强中间结合粘接剂,然后再套挤出PE外层。
这样就保证了钢丝网格状增强结构层牢固地镶嵌复合在管壁中间,保证了高强度钢丝与内外层PE之间熔为一体,从而获得性能优良的复合管材。
?
高性能粘接剂在加热条件下能与PE管熔融为一体,同时与钢有极强的粘接性能(200N/25mm,ASTMD903)。
这种高性能粘合剂是国际上著名大公司的新产品,已在西气东输国家工程中作为钢—PE界面物质得到广泛运用。
由于这种管材有效地解决了钢—PE的界面问题,使得用钢丝来增强PE这种增强方式得到了进一步发展和应用。
采用这种方法制造的钢—PE复合管材在工程上的应用才会变得更方便、可靠。
因此、这种钢丝缠绕增强PE复合管,应是现代管材发展的重点之一。
因为钢材以拉伸成丝的状态存在要比管、板状态存在的抗拉强度要高很多,又由于这种交错缠绕无需焊接,不但大大提高了生产效率,还使一根钢丝与聚乙烯的接触面与另一根钢丝的接触面间断,形成间断的钢丝塑料界面,其界面面积,比连续钢塑界面面积大,界面结合力牢靠;使得钢丝增强骨架层牢固镶嵌在复合管壁中间,两种材料互相交织,集成钢与聚乙烯的优点一体。
这种结构基本解决了产生应力集中和内应的问题。
因此,这种结构具有较高的强度(浙江大学化机所郑老师等试验发现,短期爆破压力的平均值,比PE管提高了约129%)、可提高公称压力、有良好的韧性和抵抗开裂性、具有PE管的环保卫生性能及高的输水效率等优点,所以,近年在给水领域已经得到广泛应用。
目前已有近30条钢丝缠绕增强聚乙烯管的生产线投入生产,如温州煌盛、广东东方、四川煌盛、胜利油田、大港油田、江苏科博管业、河南明远金龙、贵阳赤天化大鸿、山东华宏、山东东宏、湖北新欣管业,土库里斯坦库尔公司等单位,都在从事PSP管材的生产,目前全国PSP管材年生产能力已超过15万吨的规模。
(二)钢丝缠绕增强聚乙烯给水管的产品标准与产品生产工艺
1、钢丝缠绕增强聚乙烯给水管的产品标准
在制订CJ/T189-2004钢丝网骨架塑料聚乙烯复合管(钢丝缠绕增强聚乙烯给水管)产品标准时,主要是参照CJ/T123–2000和CJ/T125–2000给水用、燃气用钢骨架聚乙烯塑料复合管的标准,不同的是,把内径系列改为ISO要求的外径系列;且钢骨架增强网格作了相应的调整,提高了公称压力;增加了1000小时80℃长期静液压强度试验(80℃,内压4.26MPa,1000h已通过)。
钢丝网骨架增强聚乙烯复合塑料管的性能指标见表1
表1钢丝网骨架增强聚乙烯复合塑料管性能(给水)
序号
项 目
性能要求
1
受压开裂稳定性
无裂纹现象
2
纵向尺寸收缩率(110℃,保持1小时)
≤2.0%
3
短期静液压
强度试验
温度:
20℃,时间:
1h;压力:
公称压力×2
见7.12.3
温度:
80℃,时间:
165h;压力:
公称压力×2×0.71
不破裂、不渗漏
温度:
80℃,时间:
1000h;压力:
公称压力×2×0.71
不破裂、不渗漏
4
爆破强度试验
温度:
20℃,爆破压力≥公称压力×3
爆破
5
耐候性试验(管材积累接受≥3.5kmj/㎡)
仍能满足表7中第3项性能要求
CJ/T189-2004钢丝网骨架塑料聚乙烯复合管(钢丝缠绕增强聚乙烯给水管)行业标准,已执行两年多,在执行的过程中,随着生产设备的不断完善,生产技术的不断进步,产品的性能指标已有提高。
例如管材直径已扩大到630mm、外层已可增加功能层(抗划伤层、导电塑料层等),在2005年出口到土耳其的两套生产设备己增加抗划伤层功能层的配置。
这种产品是我国自主开发的创新结构,有关单位都在合力解决应用中的理论和实际问题。
例如温州煌盛管业有限公司,于2004年与浙江大学联合开展“PSP管结构力学模型研究和优化设计软件的开发应用”基础理论课题的研究,现已验收。
中国塑料2006年6期和7期己发表了它们研究试验的阶段性成果。
这个课题成果,揭示了PSP管的力学响应特性,得到应力、应变临界压力、爆破压力等参数的计算方法;建立了PSP管的优化设计方法并开发了设计软件。
这说明生产PSP管道系统的各环节和相关部门正在通力合作,从应用的角度去完善这种复合结构在发展中的问题。
近几年大家研究、试验、生产、应用的成功经验,为修改行业标准,并申请起草PSP管国家标准奠定了基础。
2、钢丝缠绕增强聚乙烯给水管(PSP)生产工艺流程
PSP管工艺流程如下方框图显示:
3、钢丝缠绕增强聚乙烯给水管(PSP)管件
建设部即将发布PSP管件行业标准。
PSP管材管件是采用热塑性塑料外径系列标准,当公称压≤1.6MPa时,还可用纯PE管件(已有国标GB/T13663.2-2005给水用聚乙烯管件)与之配套使用。
(三)钢丝缠绕增强聚乙烯给水管的连接与工程技术规程
1、钢丝缠绕增强聚乙烯给水管(PSP)管道连接
PSP管道有多种可靠的连接方法,可以根据不同工程的需要,从以下四种应用较广的形式中选择:
图二-1电热熔连接
1).电热熔连接:
电热熔连接方式与PE管的连接方式相似(图二-1),采用电熔管件连接,连接可靠、使用方便。
当公称压力高于1.6MPa时,可选用四川金石东方新材料设备有限公司开发的中压增强型电热熔管件。
图二-2电热熔法兰连接
2).电热熔法兰连接
电热熔法兰连接(图二-2)、是电热熔/机械混合连接:
这种连接方式为:
先在管材端头采电热熔方式熔接电热熔法兰头,再利用专用法兰与进行机械连接。
3).钢塑过渡接头连接
.钢塑过渡接头连接用于这种管道与钢管的连接(图二-3)
图二-3钢塑过渡接头连接图二-4.卡式法兰连接
4).卡式法兰连接
卡式法兰连接是机械连方法(图二-4.)
以上四种连接工艺已经成熟,可以满足各地区不同工程应用的需要。
随着技术的发展,更多的连接方式还将不断出现。
2、钢丝缠绕增强聚乙烯给水管(PSP)管道工程技术规程
中国工程建设标准化协会已于2005年制定了PSP管的管道工程技术规程(CECS 181:
2005给水钢丝网骨架塑料聚乙烯复合管管道工程技术规程),给工程设计施工应用提供了依据。
浙江大学化机所郑老师等试验结论指出:
PSP管与PE管相比,临界失稳压力提高了57%,环向刚度平均增加19%,说明钢缠绕网骨架对PSP的管抗外压能力有明显的提高。
这个结论可供工程应用中,进行PSP管埋设深度设计时参考。
(四)钢丝缠绕增强聚乙烯给水管(PSP)管的应用与发展
PSP管具有PE管的优点,又比PE管有着更优良的综合性能,特别是在抗快速应力开裂、抗蠕变、持续机械强度性能等方面,明显优于PE管。
更重要的是可显著节省材料;在较大直径和压力节省材料更是特别显著;下面列举了比较工作压力大于1.6Mpa下与PE100管材壁厚比较结果:
单位mm
外径
250
315
400
500
PSP管材壁厚
14
17
19
24
PE100壁厚
22.7
28.6
36.3
45.4
比较
61.70%
59.40%
52.30%
52.90%
由上述可知PSP管在工作压力大于1.6Mpa下比PE100管材可节省PE材料50%以上。
因此广泛用作市政给水管,也可用于电力、冶金、矿山、石油、化工、制药等工业领域的给水用管及农业灌溉用管。
由于PSP管既节省材料又提高了许用工作压力、使其可以进入广阔的工矿领域和一些特殊功能要求的领域。
例如,很多行业都有各种固体颗粒、粉体、浆体、以及各种液体、气体的输送等。
四川金石东方新材料设备有限公司,已通过试验证明,用现有设备略加改动,可以将细钢丝增强改为合成纤维(如芳纶)增强,显著改善了复合结构的结合状况;纤维增强柔性更好,在外径200mm以下都可做成盘管供应;不但扩大了应用领域,而且铺设更是十分方便。
建议在完善现有钢丝暨合成纤维增强复合管的基础上,可以开拓高压特殊管道市场(如油田);向更高更广的应用领域发展。
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