1、超高分子量聚乙烯管材项目设计方案超高分子量聚乙烯管材项目设计方案第一章 总 论1.1 项目名称、建设和编制单位1.2 企业概况鹤岗市弘大管业有限公司始建于2004年。企业初建名称为弘大玻璃钢制品有限公司，是鹤岗市唯一一家以生产玻璃钢管系列产品为主的专业厂家。2008年初更名为鹤岗市弘大管业有限公司。几年来，先后开发了矿用玻璃钢各种管材15个品种，矿用电机车蓄电池箱体5种，电机车驾驶室，煤矿疏干工程用玻璃钢过滤管，煤矿用超高分子量聚乙烯管材、煤矿井下用三抗PVC管材以及民用产品等。注册资本300万元人民币，固定资产700万元，现有职工85人，技术及管理人员15人，生产设备70台套，检测设备20台
2、套。企业拥有国内先进的玻璃钢管生产线，2006年煤矿井下用玻璃钢抽放瓦斯管，被黑龙江省科技厅认定为高新技术产品，同时本企业被认定为高新技术企业，2008年3月通过了ISO9001-2000质量管理体系认证。矿用产品均获得国家矿用产品安全标志中心颁发的安全标志证，煤矿疏干工程用玻璃钢过滤管获得了实用新型专利证书。1.3 编制依据1、国家化学工业十五规划；2、项目建设单位关于本项目的建设构想；3、国家关于工程建设的相关规范、标准及政策性文件。4、鹤岗市弘大管业有限公司提供的相关资料1.3.1 研究范围本报告通过对项目建设的必要性、建设规模与建设条件；工程技术方案；环境保护；劳动保护、安全卫生与消防
3、；企业组织及劳动定员；提出了项目建设方案，并对投资进行估算，对经济效益和社会效益进行分析和评价，同时作出结论性意见，供业主和决策部门参考。1.4 工程技术方案与建设根据资金筹措能力和市场需求，确定设计规模为年产4000吨。产品方案根据市场预测和所选择的设备情况，确定生产直径在100mm-600mm之间。1.5 主要建设条件1.5.1 厂址本项目建设厂址鹤岗市东山区蔬园乡老矸石砖厂院内。1.5.2 供电该项目建设新增供电容量630kVA，外部供电为一回路10kV供电，由鹤岗市农郊供电局供电，可以满足供电要求。1.5.3 供水本项目每年用水量为5000m3，其中：生产用水2300m3；生活用水27
4、00m3。水源从鹤岗市供水管网接入，完全满足供水需求。1.5.4 交通本项目建设厂址近旁有鹤伊、鹤大等高速公路，距市区仅3公里，交通运输十分方便。1.6 设计原则1、认真贯彻国家建设方针、政策及有关规定，精心设计，保证设计质量。2、 总图布置力求紧凑合理，并考虑留有今后扩建的余地。3、 项目建成后的机械维修利用外协方式，充分利用鹤岗市机械修理厂家的机修能力，本项目不考虑大型设备的机械维修，仅考虑中、小修。4、本项目主要生产设备采用上海金纬管道设备制造有限公司生产的设备，配套设备采用国内先进、可靠、成熟的先进技术和设备。5、贯彻国家节能政策，尽量节省能源，做好消防设施的布置和环境保护的设计。1.
5、7 主要设计内容1、工艺生产系统包括原料储存、配料、预混、挤出、定型等。2、动力系统包括供水、供电、热力、采暖、通风等。3、厂区总平面布置、供排水管网及厂区道路、围墙等。4、办公楼、浴室等职工福利设施。1.8 主要结论鹤岗市弘大管业有限公司提出建设的年产4000吨超高分子量聚乙烯复合增强管材项目，是充分利用鹤岗市塑料管材加工骨干企业在塑料管材生产加工和销售方面的既有优势，依托项目区在发展超高分子量聚乙烯复合增强管材方面的原料优势，对于促进项目区工业产业结构调整，促进塑料管材的产业化经营具有重要作用。本项目的建成，具有企业增效、地方受益、解决城市下岗职工就业的多重意义。通过对项目全面的技术及经济
6、分析，其资源条件充分，产品方案合理，建设内容及规模适度，设备配置先进适用，并具有显著的社会、经济综合效益，其建设是必要的，也是可行的，建议上级有关部门对本项目予以扶持并批准实施。第二章 项目背景及建设的必要性2.1 项目背景超高分子量聚乙烯（Ultra-High Molecular Weight Polyethylene，简称UHMWPE）是指粘均分子量大于150万的线性聚乙烯，是一种综合性能优异的热塑性工程塑料，被誉为“神奇的塑料”。具有优异的耐磨性、耐腐蚀性、自润滑性（摩擦系数小、不粘附、不结垢）和抗冲击性。超高分子量聚乙烯管材被列入中国高新技术产品目录2006（国科发计字2006370号
7、）（编号0603002），作为国家级高新技术产品推广使用。目前，只有美国、日本、德国、意大利等发达国家能够生产这种被称为最难加工的高分子材料的管材，并已得到广泛应用。尽管超高分子量聚乙烯管材具有很多优点，被科技部和发改委列为国家高新技术产品，但是超高分子量聚乙烯既不阻燃也不抗静电，因此UHMWPE管材不能够在煤矿井下使用，必须进行改性，以达到MT558-2005煤矿井下用塑料管材的行业标准。同时，UHMWPE屈服强度较低、抗蠕变能力差，超高分子量聚乙烯管材耐压强度低、容易蠕变，不能满足煤矿井下的使用要求，因此，我们提出了超高分子量聚乙烯复合增强管材的思路，也就是在UHMWPE管材的基础上，通过
8、复合增强，解决了超高分子量聚乙烯管材耐压低、易蠕变的缺点。充分发挥了各种材料的优点，这将为煤矿井下用管材带来一场革命，彻底解决目前煤矿井下使用的各种钢管、塑料管所存在的问题。2.2 项目实施必要性 目前我国煤碳、冶金、热电、水利、石油等大型工程建设和企业生产中使用的管材主要是使用钢制管材，它存在着运输、安装困难，一次性投资大、运行成本高、安全性能（耐磨性、耐腐蚀性）差等很多问题。因此，开发生产一种高性价比、高安全型、使用方便的钢管的替代品用于工程建设和企业生产中是十分必要的。综上所述，本项目的实施是十分必要的。 第三章 市场分析3.1 市场需求分析（1）煤矿井下用管我国煤炭开采主要是井下开采，
9、垂直深度一般在200600m，大部分管道的使用压力为16Mpa，输送介质为水、固液混合物和压缩空气。据不完全统计，我国煤矿每年消耗的钢管为几十万吨，如采用煤矿用超高分子量聚乙烯复合增强管材替代，每年的消耗量在十万吨以上。（2）原油的集中输送和长距离输送中国石油天然气总公司管道局的资料表明，我国原油多为高黏度、高含蜡油，采用钢管输送时，在输送过程中容易沉积、结蜡。因此，管道需要附设加热系统和保温层，另外，为防止腐蚀，多采用阴极保护电化学防腐措施，管线的造价很高。输送压力一般为2-5Mpa。统计数字表明，我国每年原油的集中输送和长距离输送更换和新敷设管线消耗钢管几十万吨以上。值得关注的是，我国的海
10、上采油正蓬勃发展，渤海油田已进入实质性开采阶段，超高分子量聚乙烯复合增强管作为海底输油管道的优越性远远大于其它管材。（3）天然气的集中输送和长距离输送与原油相似，天然气的输送也属于中高压输送，输送压力为25Mpa。西气东输工程是一项长期的工程，口径在500mm以下的管道采用超高分子量聚乙烯复合增强管有着显著的优越性。（4）热电厂的粉煤灰长距离输送 我国有大型燃煤电厂400余座，小型电厂更多。粉煤灰的排放绝大部分采用管道输送，输送压力为13 Mpa，管道口径为273mm500mm，平均每座电厂的管线长度为20公里。实验表明超高分子量聚乙烯具有不结垢、不腐蚀的特点，可从根本上解决电厂排灰管道的结垢
11、、使用寿命短的问题。有证据表明，在未来的几年中，电厂排灰管道将全部采用超高分子量聚乙烯内衬管。（5）水煤浆的长距离输送水煤浆作为洁净煤技术之一，是我国能源十五规划的发展方向之一。输送压力为13 Mpa，管道口径为219mm426mm。国家水煤浆技术工程中心的资料表明，我国在建和将建的水煤浆管道将达2000公里。（6）各种金属矿山和化学矿山的尾矿及泥浆的长距离输送等尾矿的长距离输送压力一般为13 Mpa，超高分子量聚乙烯内衬管主要解决磨损和腐蚀问题。据原化工部矿山局的统计资料表明，我国每年用于尾矿及矿粉、矿浆输送的更换和新设管线将近1000公里。3.2 市场竞争优势（1）、主要技术指标阻燃、抗静
12、电改性超高分子量聚乙烯主要性能指标序号指标名称指标值试验方法1屈服强度Mpa20 GB/T8804.3-20032断裂伸长率%300 GB/T8804.3-20033简支梁冲击强度KJ/80GB/T1043-19934纵向回缩率%2.0GB/T6671-20015砂浆磨损率%0.4QB/T2668-20046表面电阻3108MT181-887无焰燃烧时间s5MT181-88阻燃、抗静电PVC合金材料主要性能指标序号指标名称指标值试验方法1屈服强度Mpa40 GB/T8804.3-20032断裂伸长率%110 GB/T8804.3-20033简支梁冲击强度KJ/20GB/T1043-19936表
13、面电阻3108MT181-887无焰燃烧时间s5MT181-88煤矿用超高分子量聚乙烯复合增强管材主要技术指标工作压力：16Mpa每米重量：同规格钢管的五分之一使用寿命：同规格钢管的57倍（2）、主要经济指标制造成本：比同规格钢管低30运行成本：比同规格钢管节能30以上维护成本：比同规格钢管低90（3）与国内外同类产品或技术的竞争力分析A、钢管：超高分子量聚乙烯复合增强管材的性能价格比是无缝钢管或螺旋焊管的415倍，是不锈钢管的20倍以上。B、钢塑复合管：指以外管为钢管内衬各种聚合物如橡胶、聚胺酯、聚乙烯、聚丙烯、尼龙、聚四氟乙烯等的复合管，超高分子量聚乙烯复合增强管材的性能价格比是前者的31
14、0倍。C、钢骨架复合管：指以钢板冲孔卷曲对焊成桶壮物作骨架或以直径5mm以上低碳钢丝环向焊接在轴向钢丝上成笼状物作骨架，内外包敷高密度聚乙烯的复合管。这种复合管在腐蚀性介质条件下，是超高分子量聚乙烯复合增强管材的有力竞争者。但是，在磨损、结垢介质条件下，超高分子量聚乙烯复合增强管材的性能价格比是前者的510倍。另外，钢骨架复合管的耐压等级低于超高分子量聚乙烯复合增强管材。3.3 国内、外现有厂家美国Drisco pipe公司和CSR Polylpipe公司、瑞士Nextrom公司、日本桥石（Bridge Stone）公司等世界著名的管道公司都在研制开发具有中高压能力的复合管材。国内的生产厂有山
15、东东方管业有限公司，山西天罡超高聚乙烯制品有限公司，上海厚德橡塑材料有限公司，河北衡水正宇橡塑有限公司，河南汤阴环球工程塑料有限公司等几十家。第四章 建设规模和产品方案4.1建设规模及内容本项目选址地块面积30亩，建设规模为年产超高分子量聚乙烯复合增强管材4000吨。建设总建筑面积8000，其中：办公楼建筑面积1000；生活区建筑面积1000；生产车间建筑面积6000；厂区道路及绿化基础设施工程。4.2产品方案根据市场调研暂定产品方案为：1、煤矿用超高分子量聚乙烯复合增强管材型号：160mm500mm适用范围：煤矿井下输送介质（水、固液混合物、压缩空气等）。2、煤矿井下用聚氯乙烯管型号：160
16、mm500mm适用范围：煤矿井下抽放瓦斯、正压通风、负压通风、供水排水、喷浆等。3、煤矿井下用聚乙烯管材型号：160mm500mm适用范围：煤矿井下抽放瓦斯、正压通风、负压通风、供水排水、喷浆等。4、给水用聚氯乙烯管材型号：63mm1000mm适用范围:建筑物内外（架空或埋地）给水用管材和一般用途的饮用水输送。5、给水用聚丙烯(PP-R)管材型号：63mm1000mm适用范围:建筑物内外（架空或埋地）给水用管材。6、水用聚乙烯(PE)管材型号：63mm1000mm适用范围:建筑物内外（架空或埋地）给水用管材。第五章 建设条件5.1 区域概况5.1.1 地理位置鹤岗市位于黑龙江省东北部，地处小兴
17、安岭向三江平原过渡的缓冲地带，面积1.5万平方公里，下辖萝北、绥滨两个边境县和6个行政区，人口110万。 鹤岗是典型的资源型城市。域内的矿产资源和农林资源丰富，煤炭、木材、粮食是三大重要资源。煤田总面积252平方公里，煤炭地质储量19.5亿吨，可采储量9.5亿吨，年产稳定在2000万吨。煤层气总储量347亿立方米。林地面积65万公顷，活立木蓄积量4000万立方米，70%是天然林。耕地面积650万亩，粮食生产能力40亿斤，是黑龙江省水稻、大豆主产区；草地面积10万公顷，其中可利用草场5.3万公顷；水面11万公顷，其中养鱼水面3500公顷。此外，我市还有石墨、陶砾页岩等30余种非金属矿产资源，开发
18、条件优良。项目建厂址位于鹤岗市东山区蔬园乡老矸石砖厂院内，公共配套设施（水、电、通讯、道路交通等）完善。5.1.2 交通鹤岗市地处黑龙江沿边对俄开放中心地带，萝北口岸是全省对俄开放口岸中距离哈尔滨最近的，年吞吐能力40万吨；黑龙江“黄金水道”可运行5000吨级船舶，能以较近的距离到达日本和韩国。鹤岗有鹤伊、鹤佳、鹤萝三条出口公路全部是高等级路面，到哈尔滨只需要4个半小时，到萝北口岸只需1个小时。铁路运输可以直达哈尔滨、大连。本项目厂址近旁有鹤伊、鹤大等高速公路，距鹤岗火车站5公里，交通十分便捷。5.1.3 气候条件鹤岗市属季风气候带，1月平均气温-2l，7月平均气温21，年降水量500-700
19、毫米。5.2 工厂消防及绿化该厂区已进行总体规划，其内容严格遵守建筑设计防火规范（GBJ6-8），建筑灭火器配置设计规范（GBJ140-90）。按建筑物布置设置消防管道，配消火栓。各建筑物间间距均符合防火规范的要求。各车间均须设防火安全疏散门，楼层部分须设防火疏散楼梯。各建筑物各层均须按规范要求，设室内消火栓，以免火警成灾。电力和照明设备在正常情况下不带电的金属外壳，均予妥善接地。各用电设备带电体与其它物体的间距均按（GBJ54-83）规定设定安全距离。厂区建有消防设施，能满足消防要求。为保证安全的生产活动，各级领导必须加强对消防工作的领导，坚持贯彻消防工作的“消防并举、群专结合”的工作方针，
20、建立健全防火规章制度，组建群众性防火组织，配齐必要的消防工器具，并保持完好，以备急用。在道路两侧及周边种植花草树木，保护环境有利于工人的身体健康。绿化率达到20。5.3 设计范围本设计包括厂区内的生产、生活、消防用水系统，厂区内的生产、生活、雨水排放系统，车间内的给排水系统，生产用水为锅炉用水。5.3.1 水源根据厂址位置及用水量情况，厂区供水管网与鹤岗市供水管网连接即可满足本项目生产、生活和消防用水的要求。 5.3.2 厂区排水本工程总排水量为m3/年，全部为生活排水。生活排水主要为厕所及沐浴排水，除厕所排水需经化粪池处理后，其他污水均无污染可直接排放。全厂排放的生活污水及厂区内的雨排水均排
21、入鹤岗市的城市排水管网。第六章 工程技术方案本项目共有七种产品：1.超高分子量聚乙烯管材2.聚乙烯给水管材3.给水用聚氯乙烯管材4.冷热水用PPR管材5.煤矿井下用聚乙烯管材6.煤矿井下用聚氯乙烯管材7.聚乙烯双壁波纹管材6.1 生产工艺和设计原则本项目生产工艺和设计原则：充分发挥当地优质原料的资源优势，尽可能地节约建设资金，采用国内成熟的工艺技术和可靠的生产设备，降低水、电、气单耗，满足环境保护要求，保证产品质量稳定，增加企业的经济效益。6.2 工艺流程 煤矿用超高分子量聚乙烯复合增强管材的生产工艺路线如下图所示：外复合聚乙烯管材（包括给水用聚乙烯管材及煤矿井下用聚乙烯管材）生产工艺流程图如
22、下：聚乙烯双壁波纹管材生产流程图：内层 外层聚氯乙烯管材（包括煤矿井下用聚氯乙烯，给水用聚氯乙烯及PPR管材）生产流程图：6.3 主要技术指标（1）阻燃、抗静电改性超高分子量聚乙烯主要性能指标序号指标名称指标值试验方法1屈服强度Mpa20 GB/T8804.3-20032断裂伸长率%300 GB/T8804.3-20033简支梁冲击强度KJ/80GB/T1043-19934纵向回缩率%2.0GB/T6671-20015砂浆磨损率%0.4QB/T2668-20046表面电阻3108MT181-887无焰燃烧时间s5MT181-88（2）阻燃、抗静电PVC合金材料主要性能指标序号指标名称指标值试验
23、方法1屈服强度Mpa40 GB/T8804.3-20032断裂伸长率%110 GB/T8804.3-20033简支梁冲击强度KJ/20GB/T1043-19936表面电阻3108MT181-887无焰燃烧时间s5MT181-88（3）煤矿用超高分子量聚乙烯复合增强管材主要技术指标工作压力：16Mpa每米重量：同规格钢管的五分之一使用寿命：同规格钢管的37倍6.4 生产方法超高分子量聚乙烯复合增强管材是将超高分子量聚乙烯和添加剂用特制的单螺杆挤出机和相应的模具制成超高分子量聚乙烯内管，再用缠绕机将钢丝缠绕在内管的外壁上，然后将PVC、抗冲击改性剂和其它辅料用双螺杆挤出机制成高抗冲击PVC合金材料
24、并挤入复合模具中，在复合模具中，PVC合金材料均匀地包敷在缠绕管的外壁。最后，经定型、冷却、牵引、切断，得到超高分子量聚乙烯复合增强管材。（1）、阻燃、抗静电超高分子量聚乙烯的研制UHMWPE易燃，表面电阻高达1019，不满足MT558-2005煤矿井下用塑料管材的要求，不能在煤矿井下使用，必须进行改性。在实验室中，采用共混改性的方法，筛选合适的阻燃剂和抗静电剂，添加到UHMWPE中，在转矩流变仪上混炼，模压成试片，测定表面电阻和阻燃性能以及主要力学性能。在基本保持UHMWPE优异性能的前提下，确定阻燃剂体系和抗静电剂体系，充分发挥二者的协同作用，最终确定配方和工艺。（2）阻燃、抗静电超高分子
25、量聚乙烯内管的制造由于超高分子量聚乙烯在熔点以上仍处于高弹态而没有粘流态，所以阻燃剂和抗静电剂在熔体中均匀分散是有一定困难的，因此在现有超高分子量聚乙烯管材生产线的基础上，设计、制造高混炼能力的螺杆，用来挤出阻燃、抗静电超高分子量聚乙烯内管。测定表面电阻和阻燃性能以及主要力学性能，最终确定配方和生产工艺。(3)钢丝的缠绕目前，工业上使用的钢丝缠绕机或钢丝编织机主要用于高压胶管的生产，这种钢丝缠绕机是间歇式的，而且缠绕或编织的口径都小于100mm，不能用于本项目。因此，我们设计、研制了连续式钢丝缠绕机，满足了超高分子量聚乙烯复合增强管材生产的需要。在连续式钢丝缠绕机中，我们使用了先进的图象识别系
26、统来检测钢丝的运行情况，确定钢丝磙的换磙时间。我们研制了精密在线钢丝对焊机，实现了钢丝的在线焊接。图象识别系统和在线钢丝对焊机是连续式钢丝缠绕机的技术关键。我们设计的连续式钢丝缠绕机缠绕口径可以从75mm630mm，满足了超高分子量聚乙烯复合增强管材各种规格的要求。据查新证明，连续式钢丝缠绕机属世界首创。现在，这种缠绕机正在进行完善。（4）、外保护层的复合以现有三抗（阻燃、抗静电、高抗冲击）PVC管材为基础，改善合金材料的流动性，满足外复合的要求。设计、制造复合模具，复合模具既是PVC合金材料的管材成型模具，又要完成PVC合金材料与缠绕管的复合。复合模具无分流器，采用侧进料的方式，芯棒中空，缠
27、绕管从中穿过，芯棒比外套短，并在末端收缩到缠绕管的外径。外套长于芯棒，并在末端收缩，以使PVC合金材料紧紧地包敷在缠绕管的外壁并充满钢丝网格。经冷却定型后，包敷层的收缩率大，使其与内管和缠绕层紧密结合。采用现有的锥形双螺杆挤出机配以特殊设计的复合模具，将PVC合金材料均匀地包敷在缠绕层的外壁。测试复合增强管材的各项技术指标，修改复合模具、调整配方和工艺，最终定型煤矿用超高分子量聚乙烯复合增强管材生产线，并确定配方和工艺。（5）复合增强管材的连接技术和管件的制作煤矿用超高分子量聚乙烯复合增强管材的连接技术，主要是翻边法兰连接和套管连接；研制复合增强管件如三通、弯头、变径管等，管件内壁为改性UHM
28、WPE，中间层为钢制，外层为三抗PVC。以钢制中间层为模具，采用热变形和熔焊技术将改性UHMWPE衬于内壁，再将三抗PVC材料包附在外壁。6.5 产品所需的主要原材料该产品所用原料主要来于格兰石化有限公司、万吉塑胶公司货源充足可靠。6.6 主要设备方案 6.6.1 主要设备选型 主要生产设备 序号名称规格型号数量备注1挤出机组SJ-90B12挤出机组SJ-150B13挤出机组FPEG-6533-11014挤出机组JWG-PE50015搅拌式烘干机LSHG-100016高速混料机SLZ-500/100017高速混料机SLZ-800/200018三层复合机组SJZ-5519三层复合机组SJZ-65
29、110三层复合机组SJZ-45211破碎机组YMSP4080112螺杆式空压机SF18A113单螺杆挤出造粒机SJ140Y11主要检验设备 序号名称规格型号数量备注1耐压爆破试验机XGNB-10W312落锤冲击试验机LC-300B13哑铃制样机XFX14摆锤冲击试验机XC-22D15万能试验机WDT-W16高绝缘电阻测量仪ZC46A16.6.2 主要设备来源 生产和检测设备将以招标方式从国内采购。第七章 总图、运输与仓储7.1 总图布置总平面布置是以满足工艺要求、保证生产作业线连续、短捷、方便，使企业内外运输配合协调，避免往返运输和作业线交叉，避免人流、物流交叉。考虑合理的功能分区、保证良好的生产联系和工作环境、各种动力设施要尽量靠近负荷中心，以缩短管线、节约能源。建筑物的布置应符合防火、卫生、规范及各种安全规定的要求，满足地上、地下工程管线的铺设、绿化布置以及施工的要求。本项目以全部工程为新建建筑，厂房建筑以砖、钢筋混凝土为材料，按照城市建设规划部门的要求，本着建筑除应满足使用要求，要适当注意外观立面美观及体形新颖外，厂房在施工中要按劳动安全、卫生、防火“三同时”的要求进行，符合有关原则及要求。本厂区地势平坦，故竖向布置可利用原自然地形，地表水经雨水管道排入下水管线。厂区位置及平面布置详见附件：基地平面图和厂区总平面布置图。7.2 运输鹤岗市铁路、公
