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塑料管道国内外技术发展新动向

                                        塑料管道国内外技术发展新动向
     

     全球
塑料管的需要在一直不断增张,根据Freedonia(国际著名咨询公司)最新的调查报告预测在2005-2010年全球塑料管每年增长速度5%(超过2000-2005间的增长速度),到2010年达到1800万吨。增长最快的当然在是中国,年增长率继续超过两位数。塑料管能够稳定增长的基础是技术发展快,不断有新材料,新技术,和新应用出现。

    本文是根据我们收集的信息把国内外近年技术发展的新动向做一个综述,供业内参考。由于篇幅限制只能简要地介绍。需要更详细资料和希望进一步交流的可以和我们联系。为了方便读者查询有关资料,本文部分附注了相关的文献,资料集,标准号和网站。

    一,建筑给水和采暖领域

   国内外的信息都显示建筑给水和采暖用塑料管近年发展很快,尤其是各国对于节约能源保护环境的日益重视,促进了塑料管应用的推广。即使在传统上建筑内饮水主要采用铜管的美国市场近年塑料管的应用也在迅速增长,据KWD(德国著名咨询公司)调查美国饮水领域在1996年采用PEX仅600万米,2004年已有7200万米,预计2007年达到1亿米,在1996年采用铝塑复合管近仅200万米,2004年已有3000万米,预计2007年达到4400万米。建筑给水和采暖用塑料管有关的新技术在不断涌现。

   1热水管的性能在不断进步

   --新一代PP-R和PE-RT提高了耐热性能:按照国内目前的标准,在同样使用条件下PP-R和PE-RT管道的壁厚要比PEX厚不少。近年北欧化工开发了Beta-PP-R(PP-RCT)[B1],和标准的PP-R比壁厚可以显著减少,同时改善了抗冲击性能。这种新一代的PP-RCT已经进入最新公布修定的德国标准(DIN8077DIN8078)。同时,DOW开发的DOWLEX2388,由于提高了性能其壁厚已经和PEX一样,反映新型PE-RT优越性能的国际标准和国内标准都在制定中。

   --西欧和美国等发达国家采用PP-R的不多,而且有下降的趋势。例如据KWD调查,过去应用PP-R较多的意大利在1994年PP-R3000万米,到2004年减少到1200万米。(同期铝塑复合管的用量从240万米增加的2750万米)。目前国际上应用PP-R较多的国家是波兰,土耳其等中等发展的国家。在我国,价格相对低廉(由于PP-R和PP-B原材料国产化的成功),铺设比较方便的PP-R和PP-B仍然是应用量较大的品种。新的动向是稳态PP-R管逐步被国内市场接受,市场份额在扩大。我国稳态PP-R管的行业标准已经发布(CJ/T210-2005)。

   --PEX管不断开发新技术新市场:PEX因为性能/价格比好,在很多国家始终占热水管的第一位。近年在材料,工艺,和应用方面不断有新发展。国外的新动向是:

   ------Visico?工艺方法:生产硅烷交联聚乙烯PEX-b过去有Sioplas?法和Monosil?法。BorealisAS开发了第三种专利方法Visico?。新方法具有加工温度较低,更加稳定,产品气味更纯等优点。[B2]

   ------连续挤出生产PEX-a管材生产线:瑞士麦拉菲尔(Maillefer)公司推出的IR-PEXa生产线通过连续挤出后红外线辐射交联的方法可以较高速度连续生产PEXa管材。产品质量控制更可靠。CincinnatiExtrusion也提供红外线辐射交联的PEX-a生产线。

   ------铺设后交联的交联聚乙烯(可交联的PE100):聚乙烯在交联以后性能(耐热,抗开裂等)有很大提高,但是交联以后就失去了聚乙烯管容易熔接的优点。虽然近年对于交联聚乙烯管的对接熔焊和电熔连接做过大量研究,取得一定进展(德国REHAU已经生产PEX电熔连接套筒‘FUSAPEX’,直径70-160mm,工作温度可达95℃。),但是仍然没有能大量使用。因此长期来交联聚乙烯管主要局限于用在小直径的建筑内冷热水管(采用机械压紧连接)。近年出现一种所谓‘可交联的PE100材料’,如苏威Solvay生产的FLTEXTUX100,这种材料属于PEX-b,但是管材出厂时还没有交联可以和通常的PE管材一样的熔接,在铺设完成后再交联达到提高性能的目的。这种方法可以生产较大直径的管道系统,应用于地热水管道,地区热水管网,工作温度较高的工业用管等。此材料还可以用于制造‘无砂铺设’和非开挖铺设用复合管的内外保护层(耐擦划损伤和抗点负载)。

   在我国PEX管的用量也增加很快,主要应用在地板采暖领域。目前市场上大部分是采用推压法生产的PEX-a管材。虽然单线生产效率很低,但是因为投资很低容易上马(生产线已经国产化),近年各地建了许多PEX-a管材生产企业,生产能力总计已经高达几亿米/年。但是这种依靠大量低效生产线的生产方式较难保证产品质量的一致和稳定(尤其是只有几条线的大量小企业),而且不能制造高端市场和出口市场需要的带阻隔层的PEX管材。PEX-b一步法挤出线在国内早有生产。但是一直没有配备连续精确计量装置,而采用预先在混料机中分批把聚乙烯,助剂和液态硅烷混合后倒入挤出机料斗的‘简易’方法。因为不能保证各组份配比的精确和混合的均衡,不仅难以保证管材质量的稳定(如交联度不一致)而且硅烷消耗量较大。所以虽然这种投资比较省的‘简易’一步法PEX-b生产线在国内已经有几十条,这种PEX-b管材在我国市场上占的份额很小。多年来我国市场上的PEX-b管材主要还来自前几年从瑞士NOKIA-MAILLEFER引进的9条有连续精确计量的生产线,因为质量稳定可靠,生产效率高,产品信誉较好,但是引进设备投资太高很难推广。最近杭州‘双林’公司成功开发了连续精确计量一步法硅烷交联聚乙烯管材挤出生产线,价格仅为进口的几份之一。(有的企业已经购置多条用于生产出口PEX-b管材)。同时PEX-b专用树脂已经在‘燕山石化’开发成功。因此,预计我国PEX管材市场的下一步发展会逐步增加PEX-b管材的份额。

   2,高端建筑市场需要高可靠的管道

   在国内外的建筑中都有一定比例的高挡建筑。在这些建筑中管道的投资所占的比例非常低,而管道事故的损失可能非常大。因此在高端市场对于建筑用管材首要是可靠性。例如瑞士的建筑用管道绝大部分是对接焊的铝塑复合管,产品检验非常严格,性能上有很大‘富裕’。同样,国内在低端产品价格恶性竞争的同时有不少高挡建筑在采用价格很高的PB管。一些国内企业已经认识到不同市场有不同要求,对于适应高端市场的产品要着重在提高产品的可靠和可信度。相信随着我国生活水平的提高和用户认识的转变,具有较高性能同时价格较高的建筑管道(铝塑复合管,PB管和PVC-C管)会稳定增长。不利的是国内不能生产PB和符合热水管标准的PVC-C原材料。这方面的新动向有:

   --铝塑复合管在国外继续稳定增长,尤其是在采暖散热器连接用管道领域很多国家大部分采用铝塑复合管。据KWD报道AMI预测到2008期间欧洲冷热水用各种管道中铝塑复合管增长率较高8.4%(PE-RT增长率4.8%;PEX增长率2.9%)。铝塑复合管在国内市场上近年处于低潮,但同时铝塑复合管管材管件和专用生产线(包括搭接和对接)的出口量相当大。

   --采用熔接管件的铝塑复合管(包括PP-R和铝的复合管)和类似结构钢塑复合管是我国独有的品种。国外至今只见到一家企业Delpex有不锈钢的钢塑复合管。国外没有开发采用熔接管件的铝塑复合管的原因是怀疑难保证水不从管材端面进入铝层外。国外没有接受非不锈钢的钢塑复合管是认为渗透过聚乙烯层的氧和碳钢表面形成酥松的氧化铁(和坚实的氧化铝不同)会破坏层间连接。这些意见值得研究。

   --工程塑料的机械压紧张管件:铝塑复合管和PEX管采用的机械压紧张管件过去都采用金属(锻黄铜,表面镀镍),近年部分欧洲企业采用高性能工程塑料的管件。例如‘瓦云Wavin,Aquatechnik等采用PPSU(聚苯砜),‘吉博力’‘HENCO’等采用PVDF(聚偏氟乙烯)。据KWD调查:2005年Frankische,aquatechnik,Henco,Wavin,Uponor,Geberit六家生产的PPSU和PVDF管件共达4570万件。国内曾经有企业采用聚甲醛等制造过铝塑复合管和PEX管采用的机械压紧张管件,因为性能达不到要求已经退出市场。

   --推广采用套管埋入铺设方法:把冷热水管道套在一护套管(一般采用单壁波纹管)内后再埋入建筑结构内(通常埋在地面砂浆层中),管材采用可弯曲的柔性管(如冷热水用PEX、PE-RT、PB、铝塑复合管和冷水用HDPE管)。管道采用并联的方式,从分水器直通到每个用水点。突出的优点是如果管材出现毛病可以抽出更换。随着国内生活水平的提高,对于建筑装修要求越来越高,建筑内管道采用暗装是必然的趋势。目前普遍采用的直接埋入铺设法。一旦管道系统出现毛病必须破坏墙地面才能修理或更换,可能造成较大的直接和间接损失。

   --在美国经过严格的试验研究容许达到标准要求的PVC-C管应用于建筑内的消防管道(自动喷水专用管道BlazeMasterCPVC已取得UL、ULC、FM等相关消防权威机构的认证)。国内有关的测试和标准制定工作也在进行之中。如果得到认可将开辟一个相当大的市场空间。

   3,地板采暖方式应用日益扩展

   把热水管道铺设在室内地面下用于冬季采暖,通常称为地板采暖(或称为‘辐射采暖’,因为其热的传播主要通过辐射方式)。但是现在也有把管道铺设在室内的墙壁或天花板上的,铺设在室外地面下的,用于冬季采暖也用于夏季降温的。称为地板采暖已经不太确切(国外有一新名称‘表面调温系统Surfaceregulationsystems’)。

   因为具有节约能源消耗和可以利用低品位热源(如从地源热泵技术或太阳能利用获得的温度较低的热水),有利环境保护的明显优点,地板采暖在国内外都在发展增长。国际上很多市场研究都预测今后地采暖会继续高速度扩展。我国应用量已经很大,但是基本上停留在传统的现场铺设方式。目前正在学习国外经验开发预组装采暖垫(干法铺设)和开拓室外应用。

   --预组装采暖垫;例如有一种是:在工厂内把较小直径7-8mm耐热管材和开有管槽的隔热底板(通常是泡沫塑料)按用户要求组装成适当尺寸的采暖垫板,在现场连接后就直接在上面铺设木地板等。可以避免现场的‘湿作业’,提高铺设效率。而且总厚度比较小(20-30mm,传统方式需要70-100mm),减少占用房间高度。所以有人称其为‘薄型地板采暖’。日本和欧洲都有不少类似的产品。因为特别适合于旧建筑的改造,各地都在探索和推广,如北京建委专门组织了课题组。

   --毛细管垫Katube:这原是德国开发的产品。采用直径3.4-4.3mm,间距15-30mm的平行毛细管(PP-R)和直径较粗的横联管焊接成适当尺寸的垫。运到现场后可以铺设在地面上,也可以铺设在墙壁和天花板上。由于热交换面积大,在较小温度差下就可以传递大量热量。因此可以利用低温差的热源和冷源(有利于环境保护可以节能的冷热源通常温差较小),而且在冬季可用于采暖,在夏季可用于降温(在相对湿度不太高的地区采用16-17℃左右的低温水可以把室温降到26℃左右而不出现水的表面冷凝,相对湿度高的地区,则需要配合除湿机使用)。同时,该技术还有用材料较省的优点。国外一些高挡建筑已经不少采用Katube来替代集中空调,可以避免集中空调整卫生安全性差,风管系统占空间大,有燥音和气流感觉等缺点。目前此项新技术已经进入北京等地的高端建筑,如奥运村。可喜的是毛细管垫的制造技术北京化工大学已经开发成功,并开始在北京‘普来福’公司生产。

   --室外应用;据报道北美大量采用辐射采暖方式于路面溶雪。新动向是荷兰应用于公路路面温度的控制,在冬季通过循环地下水防止路面积雪和结冰,在夏季通过循环地下水防止路面因为温度过高而软化。

    二、城乡给水领域:

   4PVC管道系统的技术创新

   聚氯乙烯管道系统已经有近70年的发展历史,因为高模量高强度和较低价格一直是全世界应用量较大的塑料管道系统。但是有一段时期聚氯乙烯管道系统性能水平提高不大,基本上就有PVC-U一个品种。同时由于HDPE等树脂性能的明显进展(如从PE63到PE80和PE100),以及各国环境保护组织对于氯元素的批评,聚氯乙烯管道系统在一些国家和应用领域的增长率减慢了。近十几年国际上不断在探索提高聚氯乙烯管道系统的性能和拓宽聚氯乙烯管道系统的应用,取得了显著的成果。主要的方向是:

   --通过改性提高韧性,开发抗冲击抗开裂性能好同时保持高强度的改性聚氯乙烯管道系统,通常称为PVC-M(或PVC-A,PVC-HI)。PVC-M在不少国家已经大量生产,广泛地应用于城乡和建筑给水,矿山用管道等,英国,澳大利亚,南非都制定了国家标准[Z1]。PVC-M完全克服了PVC-U的脆性,韧性得到非常显著的改善,同时保持和PVC-U接近的强度。因此可以采用较高的设计应力具有节省材料(30%)和增加通径的优点,符合节约资源的大方向。日本近年十分重视管道抗地震性能的试验研究。和欧洲不同,日本开发的改性聚氯乙烯管道系统主要目标在提高抗地震性能。

   --通过管材加工过程中的双向拉伸,使分子取向,形成具有高强度、高韧性、抗冲击、抗疲劳,性能远优于普通PVC-U的新型PVC管材。通常称为PVC-O(或BO-PVC)。PVC-O已经在英国、法国、荷兰、葡萄牙、美国、澳大利亚、南非和日本等国家应用多年。美国、澳大利亚等国已经发布了PVC-O的产品标准,国际标准组织也已在去年发布PVC-O标准(ISO16422:2006)。

   --扩大应用领域,如:通过改性提高韧度使PVC管材可以弯曲,可以折叠,甚至可以对接熔焊。在北美聚氯乙烯管道已经进入非开挖铺设和修复市场。在南非等应用于矿山深井等恶劣环境中水和压缩空气的输送管道。

   我国聚氯乙烯管道系统规模很大,但是水平较低。由于信息交流的不足,业内有不少人误认为聚氯乙烯管就是PVC-U,现在的产品已经是国际水平,似乎没有什么可以创新开发和改进的余地,唯一可以做的是研究如何扩大规模和降低成本。因为技术进步慢在一些领域内也出现落后甚至衰退的趋势。近年原材料形势的变化和发展为我国发展聚氯乙烯管道系统提供了一个空前历史机遇,一些领先的企业加快了技术创新的步伐。

   --为了克服我国PVC-U管道和国际水平的差距,扭转只注意强度而忽视韧度的偏向,硬聚氯乙烯PVC-U管(输水用压力管)的国家标准已经修定(GB/T10002.1-2006),大幅度提高了对于抗冲击性能的要求,。

   --改性聚氯乙烯PVC-M管进入我国市场。‘宝硕’领先开发成功的PVC-M管材管件已经上市,受到用户欢迎,目前正在制定行业产品标准。同时‘日本积水化学’在青岛生产的‘给水用丙烯酸共聚聚氯乙烯管材’(行业标准已经发布CJ/T218-2005),和南亚塑胶的‘耐冲击硬聚氯乙烯管材’目标也显著提高抗冲击性能(提高抗地震性能),也属于PVC-M类。

   --化工大学,四川大学和‘亚通’,‘宝硕’集团都进行了开发PVC-O的探索,可惜至今还没有达到商品化生产。

   5PE管道系统的技术创新

   PE管道系统起步较晚,但是发展很快,尤其是在最重视环境保护的欧洲。近年PE管原材料的性能不断提高,PE100等级的混配料已为各国普遍采用,还开发了适合生产厚壁大直径管的‘低熔垂性PE100’(低流挂性)和注塑大尺寸管件的‘高流动性PE100’。我国的石油化工业近年积极开发管道专用料,预计PE100的国产化不久有重大进展。

   近年由于材料价格爆涨,PE管道系统受到很大压力。但由于PE管道系统具有独特的优点,在不少应用领域仍然具有明显的竞争优势。

   --发展大直径的PE压力管,在直径1000mm以上范围PE管几乎是唯一的塑料管。国外挤出PE实壁管的较大直径达到2000mm,我国不仅已经生产和应用630-1600mm较大直径的PE压力管,而且已经能够制造大直径PE实壁管的挤出生产线和配套焊接设备(如宁波‘方力’公司制造的PE实壁管生产线较大直径达到1600mm)。PE管和传统的球墨铸铁管和钢管比,卫生,抗腐蚀,铺设方便快捷是其优势。例如历来在应用塑料管道上比较谨慎和保守的北京地区06年也在新铺设的中水管网中大量成功地采用了直径达到1000mm的PE实壁管。

   --非开挖铺设用于新管道铺设和旧管道修复因为经济和社会效益都好在国际上应用越来越多,在我国也在逐步推广。PE管道柔韧,可熔接的特性自然成为非开挖用管的首选。为适应非开挖铺设国际上开发多种有特殊要求的PE管材,部分在我国也已经起步,例如:

   ------较柔韧适合进行缩径和曲折的PE管材;

   ------有保护面层的PE管材,即外面复合一层抗擦划损伤的材料。

   --‘无砂铺设’PE管道是国外近年一种新的铺设方法。

就是PE管不需要按照传统的铺设规范埋在‘砂床中’(管材周围用砂保护),可以直接铺设在原土(可能含尖石等)中。这样开的管沟可以很窄,不需要外来填埋材料,或者采用‘犁入铺设法’边开沟边覆埋。显然,这种铺设方法可以减少铺设费用提高铺设速度,但是要求管材具有耐擦划损伤和抗点负载的性能。为此国外开发专门适应‘无砂铺设’的PE管道(例如内外复合交联聚乙烯层)。目前国内还没有见到采用。

--水中铺设(跨越或进入江河湖海的管道)。在这个领域塑料管道具有独特的竞争优势。国外应用已经很广泛,在管道设计,管材生产,水上运输,水下铺设各方面开发了系统的专门技术[Z2]。国外生产的特大直径(如1600-2000mm)实壁PE管主要应用于‘排海工程’(‘排海工程’是通过铺设在海底的管道,把经过一级处理的污水输送到离海岸几百到几千米和水下几十米到几百米处,利用深海洋流净化污水的环境保护工程。)例如:2004年竣工的被称为欧洲历史上较大的排海工程-法国Montpellier排海工程,在2001年招标时有超过20家企业参加竞标,这些竞标单位采用的管道有钢管、混凝土管、玻璃钢管和聚乙烯管四种。未尾决定采用聚乙烯管道,理由是最可靠、最安全、最经济和铺设时间最短可以减小对该地生活的干扰。工程中采用的一些新奇技术充分显示出PE管道独特的优点:沉入海底部分的11公里PE100管道(直径1600mm,SDR26)用的是连续挤出长达550米的管材,20根550米管材在挪威海边制造,用海上漂浮运输的方法经北海,英吉利海峡,直布罗陀海峡,拖到地中海岸的铺设工地,海上漂浮运输总距离2.330海里[Z3]。

我国在跨越水域输水方面应用塑料管已有不少实绩,至今完成较大的工程是06年完成的从大连向长海岛输水的18公里跨海管道工程(海中16公里),采用的是‘煌盛’管业集团生产的钢丝增强聚乙烯管(直径450mm,设计压力1.6MPa,每根长50米)。连接方法是对接熔焊+电熔套筒熔接。但遗憾的是在我国的排海工程中还没有见到应用塑料管。我国拥有18,000多公里的陆岸线,4亿多人口生活在沿海地区,沿海地区城乡排放污水量差不多是全国的1/5。目前绝大部分未经处理直接在岸边排入大海,致使近岸海域受到严重污染。相信在我国工程界了解采用塑料管的优点后排海工程会成为大直径PE管道的大市场。

   6增强复合管成为发展的热点

   塑料有许多公认的独特优点,但是强度较低是其明显的缺点。因此全塑料管的应用就必然受到限制。利用其他高强度材料和塑料的复合制造增强复合管是国内外一直在努力探索的课题。用玻璃纤维增强热固性塑料管--FRP(玻璃钢管)已经在很多领域广泛应用,例如近年我国的石油开采业应用耐高压的玻璃钢管已经超过万吨规模。当前国内外开发的热点是增强的热塑性塑料管—RTP(ReinforcedThermoplasticPipes)[Z4]。(这类管材的特点是可以曲挠,在石油业常称其为‘挠性管Flexiblepipe’)

   以前国外开发RTP主要目标集中在满足全塑料管不可能达到的性能,例如很高的工作压力,很少用在较低压力的输水管道领域。我国开发RTP大部分把目标放在节约材料降低成本上,例如各种‘钢骨架管’。

   新近的变化是国内已经起步开发很高工作压力的RTP,例如‘晨光’已经生产芳纶纤维增强RTP,‘高详’已经生产较高工作压力达到25MPa的钢带增强‘挠性管’。可以肯定RTP在我国发展的前景非常广阔。

   --高压RTP:5-25MPa主要应用于石油天然气开采领域,见后面介绍。

   --中压RTP:1.6-10MPa主要应用于长距离输送天然气,见后面介绍。

   --低压RTP:0.2-1.6MPa主要应用于城乡输水管网。目前国内有‘钢骨架聚乙烯复合管(CJ/T124)’,‘孔网钢带聚乙烯复合管(CJ/T181)’和‘钢丝网骨架聚乙烯复合管(CJ/T189)’,都是国内自主要开发的生产技术和设备。实践证明成都‘金石’公司开发的采用钢丝缠绕增强(没有焊接)复合管较成功,直径范围在100-630mm,目前都采用电熔管件连接。和同直径同压力的PE实壁管比成本较低,国内已经有几十条生产线。还在进一步改进和发展。目前国内在探索开发应用在引水和灌溉管道的钢板增强复合管。这种管道内压不高但是需要一定环刚度(压力较低-小于0.6MPa而直径较大500-2000mm),采用实壁管不经济。

   过去没有见到国外在低压领域采用增强复合管的报道,分析其原因在过去塑料原材料价格比较低。近年开始见到在低压领域采用增强复合方法的信息。例如:

   -------HexelOne*--solvay开发的这个专利技术可以生产直径范围180-1200mm,压力范围10-25bar的增强复合管。据介绍不仅在成本上和现有管材比有竞争力(用材料省),而且因为没有采用和管材主体塑料不同的增强材料,完全可以循环利用。HexelOne是三层结构,三层都是HDPE。内层保证流体的密封,中间层是交错缠绕的单轴拉伸取向的增强HDPE带,达到提高耐压能力,外层是保护层。据介绍这种利用拉伸取向带缠绕成型大直径压力管的工艺原理也可以应用于PE,PP,PVC或PVDF,是非常值得关注的创新技术。(该项技术已经转让给在欧洲生产PE管道的大企业中排第四位的德国EGEPLAST公司。)

   三、埋地排水管领域

   埋地排水管按照用途分为排雨水管和排污水管两类,技术要求是有区别的(特别是对于密封性能的要求不同),所以国外有分别的标准和规范。而国内目前不分排雨水排污水采用同一产品标准和技术规程(只是对是否要求做闭水试验有区别)。因此在学习和吸收国外技术时要注意是适用排雨水管的还是适用排污水管的。国外埋地排水管的总趋势是越来越重视耐久性,探索保证安全使用100年的技术措施[B3]。

   7钢增强埋地排水管成热潮

   随着国内治理水污染的热潮,埋地排水管需求猛增。初期我国大直径塑料埋地排水管以全塑料的缠绕熔接管为主流,现在的趋势是转向钢增强埋地排水管。

   --吸收日本经验由成都‘金石’自主要开发的‘埋地排水用钢带增强聚乙烯(PE)螺旋波纹管’发展很快,国内已经有30多条生产线。主要优势在环刚度高,防腐可靠,消耗材料少,性能价格比好。其产品标准(CJ/T225-2006)和技术规程(CECS223:2007)已经发布。美国2005年发布了这种产品的ASTM标准:ASTMF2435。

   --现场缠绕熔接的钢增强埋地排水管:‘亚通’在澳大利亚LIBROC原来产品基础上改进开发‘埋地钢塑复合缠绕排水管材’也取得不小的市场份额,优点在可以在现场缠绕熔接和成本低。

其产品标准(QB/T2783-2006)和技术规程(CECS210:2006)已经发布。最近还有企业开发了和澳大利亚LIBROC现有产品S2000类似的产品‘聚乙烯塑钢缠绕排水管’,这种管材的增强钢带封闭在聚乙烯内,但是仍然在现场缠绕熔接。目前正在制定行业标准。现场缠绕熔接的钢增强埋地排水管在国外主要应用于排雨水管。

   8,聚丙烯埋地排水管在国外应用日益扩大

   塑料埋地排水管设计的关键要求是在保证环刚度下尽量节约材料。由于聚丙烯的弹性模量比聚乙烯高(而且近年通过聚合工艺进步开发出了高刚度聚丙烯材料),同时聚丙烯的成型性接近聚乙烯(远优于聚氯乙烯),所以近年国外埋地排水管领域的一个明显的动向是越来越多采用高刚度聚丙烯的结构壁管和实壁管。埋地排水管采用的是抗冲击性能比较好的嵌段共聚聚丙烯PP-B,通常的PP-B弹性模量E在1200MPa左右,而专门为埋地排水管开发的高刚度聚丙烯的弹性模量E可以达到1800MPa。(比较:PVC-UE=3000MPa,HDPEE=800MPa)例如‘北欧化工’专门为埋地排水用结构壁管和实壁管开发的PP-HM兼有高刚度,高抗冲击和高抗开裂性能。

   我国石化企业研究也在开发高刚度聚丙烯材料,例如‘燕化’‘杨子’试制的高刚度聚丙烯都进行过制造双壁波纹管的试验(可以用聚乙烯双壁波纹管生产线),证明确实可以在同样结构和壁厚下明显提高环刚度,在同样环刚度下可以节约用料量(减少壁厚),并达到抗冲击和环柔性等要求。目前没有进一步试验和推广的主要原因在我国近年因为某些原因聚丙烯材料的价格相对偏高,节约用料的经济效益不明显。

   9科学合理地采用填充料和回收料

   为了节约材料,降低成本和循环利用资源,在部分埋地排水管(特别是在排雨水管中)中科学合理地采用填充料和回收料是应该的。近年国外对于利用填充料和回收料对性能的影响开展了深入的试验研究,并探索开发相应的测试方法[B3][B4]。国内的问题是生产的塑料埋地排水管中实际上在大量采用填充料和回收料,但是没有认真地开展试验研究和制定相关的控制标准。不顾质量只求省钱地采用填充料和回收料已经造成不少事故,严重地损害了塑料埋地排水管的信誉。

    四、建筑排水领域

   国际上建筑内塑料排水管道系统主要有PVC-U,PP,PE三类,都有相关的国际标准,各有自己的市场份额。总的发展趋势是重视系统的研究(水力现象,气味排除,降低燥音,节水节能,建筑布局,多层建筑的互相干扰等),通过配套设计的管材,管件,辅助装置和卫生设备形成完善可靠的排水系统。国内过去对建筑内排水系统不够重视,常常是单独去开发一个产品(例如管材结构),单纯去追求一个目标(例如降低燥音),缺乏系统的试验研究,建筑内排水系统进步较慢。近年在引进国外先进技术的推动下出现了新气象。

   10,同层排水和虹吸排水的发展

   国内建筑内塑料排水管道系统长期来主流一直是传统的设计形式和采用PVC-U。近年由国际著名企业瑞士‘吉博力’公司引入的HDPE同层排水系统和虹吸排雨水系统显示出独特的优越性,越来越受到高端市场的欢迎。现在很多用户认识到建筑内排水系统对卫生保健的重要性,欢迎同层排水系统。目前已经有‘金牛’‘伟星’等不少国内企业相继生产HDPE同层排水系统和虹吸排雨水系统的管材管件,产品标准CJ/T250-2007‘建筑排水用高密度聚乙烯(HDPE)管材及管件’已经发布,预计相关的CECS技术规程也可以在年内完成。同时还有国内不少企业在积极开发PVC-U同层排水。

    五,燃气用管领域

   全球能源结构的大趋势是越来越多越来越多地采用天然气,聚乙烯燃气管道的市场自然不断在扩大。众所周知,已经在我国经济发展中发挥重大作用的‘西气东送’大工程带动了我国聚乙烯燃气管的大发展。现在‘川气东送’大工程又开始了,将推动沿线广大地区对天然气的应用,为聚乙烯燃气管道开辟新的市场空间。

   国际上聚乙烯燃气管道技术发展的一个动向是采用要求更高的标准,有重要变化的聚乙烯燃气管道新国际标准ISO4437-2007已经批准即将发布。我国的标准肯定也要跟上去。

   另外一个动向是探索把塑料管应用到天然气的高压输送管道。

   11、高压天然气塑料输送管的探索

   国内外塑料管应用于天然气的输送管道长期来局限于低压的输配管网,压力不超过1MPa(我国过去的标准是0.4MPa)。近年国外在积极探索把RTP应用于天然气的高压输送管道。据报道2000年德国就铺设了试验线(DN75PN100长900米)。RTP的优势在抗腐蚀性强和铺设便捷(可以长盘管供应,采用非开挖铺设。)2004年德国给水和燃气协会DVGW已经发布了标准:‘VP642用于运行压力16bar以上天然气的纤维增强PE管(RTP)和附带的连接件’。这方面的探索非常值得我们重视。

    六、工业用管领域

   12、石油天然气开采用高压增强热塑性塑料管

   石油天然气开采对于国家的重要性是众所周知的。石油天然气开采业需要的大量管道传统上采用钢管,但近年越来越多采用非金属管道。由于石油天然气资源很多在沙漠,沼泽,海滩和海洋(从浅海到深海)中,耐腐蚀抗高压又柔韧可曲挠,可以制成很长连续盘管的增强热塑性塑料管(RTP)具有独特的优势。在陆地和浅海使用的RTP通常是三层结构。在深海使用的RTP通常由很多层构成(除承受内压外还要承受外压等其他负载),石油天然气开采业统称其为‘挠性管’。对于‘挠性管’的设计,制造,铺设和应用国际上进行了大量研究试验,积累了丰富的经验,目前国际上采用的标准是ISO标准(ISO13628-)和美国石油组织API的规范和规程(API17J,API17B…)。

   我国几大油田也已经采用增强热固性塑料管(玻璃钢管)和增强热塑性塑料管(RTP)。

   目前用的RTP主要依靠进口。国产RTP刚起步,已经生产的有南京‘晨光’的芳纶纤维增强RTP,长春‘高详’生产的钢带增强‘挠性管’和小直径钢丝编织增强聚乙烯管。由于市场有需求,技术上已经有基础,有几家企业正在探索吸收国外经验开发钢丝缠绕增强聚乙烯管(三层结构,工作压力5-15MPa,直径50-150mm)。预计开发成功后有广阔前景,并为下一步开发深海用更多层结构的挠性管打下基础。

   13、矿山管道的开发

   矿山是塑料管的大市场。国外在矿山根据不同需求采用不同材料和结构的塑料管道。例如在矿业发达的南非,在煤矿和金矿成功低大量使用高抗冲击的聚氯乙烯管道系统(PVC-M和PVC-O),积累了丰富的经验。我国是矿业大国,煤产量近世界的1/3,。目前塑料管已经应用到煤矿的输水和排气(抽瓦斯),但由于缺乏经验存在很多问题。例如目前国内基本上都采用聚乙烯(抗静电和阻燃的)的实壁管(煤炭行业标准MT558.1—1996煤矿用聚乙烯管材)。已经有企业在开发煤矿专用的高抗冲聚氯乙烯管。

   14、工业中的特殊管道

   在化学工业,电子工业,电力工业等各个领域都需要有特殊性能的塑料管道,如化工产品生产中输送各种强腐蚀的流体管道,电子产品生产中输送高度纯净水的管道,发电站输送强磨损介质的管道。国外有一些塑料管道企业以特殊要求的工业管道为主业,可以根据用户需求从设计到铺设施工配套服务。例如,对于输送特别危险的流体,可以设置双层管道系统,万一发生泄漏只是流到内外管之间,并自动报警,可以确保安全。

   目前在这个领域国内塑料管业还比较落后,品种不全,性能较低,配套不够,因此不少还依赖进口。近年也有进步,从要求比较简单的产品起步逐步进入这个高附加价值的领域。例如,面对全国发电站减少排硫化物污染的迫切要求,一些企业开发生产烟气清洗塔中使用的玻璃钢管取得很好效益。

    七、护套管道领域

   15,不开挖铺设的聚烯烃护套管道

   护套管是塑料管的大市场。一个发展动向是护套管的铺设也越来越采用不开挖铺设,推动聚烯烃护套管道的应用。一个发展动向是适应光缆技术的进步(采用直径减小的‘细缆’microcorecable)和光缆‘入户到桌’的应用开发‘细缆护套管microducts’(直径7-12mm)。。

   我国大量生产和应用各种材料和结构塑料护套管。过去国内有一种误解以为电力线缆的护套管道只能用特种聚氯乙烯管(加入氯化聚氯乙烯PVC-C提高耐热性),其实电力线缆同样可以采用聚烯烃护套管道,(在国外有相关标准的[Z5])。近年电力部门越来越多采用非开挖铺设,‘伟星’等企业开发的聚丙烯电力护套管(适当填充改性,提高耐热和环刚度)开拓了很大市场。上海‘哈威’等公司已经生产细缆护套管,这种细缆护套管可以穿入已经埋地铺设的硅芯管,把一条通信线路改造成多条。

    八、农业管道领域

   16,农业排水管网是我国塑料管待开拓的大市场

   塑料对农业的贡献是非常突出的,塑料管道已经被大量应用于农业的灌溉和排泄。

   灌溉用塑料管可以分两类,一类是输送灌溉用水的,主要是不同直径的低压实壁管或者结构壁管(如全球较大的双壁波纹管生产企业美国ADS公司的N-12双壁波纹管就用于农业灌溉的低压输水),我国水利部门大力推广所谓‘管灌节水技术’就是用埋地的塑料管替代传统的水渠,可以达到节水又节地的效益。另一类是在农作物中分配灌溉水的,例如所谓‘微灌’的器材,包括各种滴灌管,渗灌管等,最多的是带有各种‘滴头’的特殊管材。我国水资源缺乏,国家大量投资各地的农业节水工程,灌溉用塑料管发展很快。根据水利部农业饮水安全中心

   最近的报告,在2006-2010年间计划发展管道灌溉3000万亩,喷灌2000万亩,微灌900万亩,估计需要管材30-45万吨。

   排泄用塑料管主要是埋地的结构壁管(包括有集水缝隙的集水管)。在发达国家大量农田在地下埋设排水管网,通过灌水管网和排水管网的协调达到控制土壤含水量,地下水位和土壤成分(如盐硷)。

例如在盐硷地下埋设有大量集水缝隙的排水波纹管,可以通过灌溉水的清洗改造成适合农作物生长的土壤。根据美国的调查美国每年大量生产的聚乙烯双壁波纹管很大比例是应用于农业排水管网的。我国农业用塑料管领域和国际上较大的差距是我国农村大田中还很少应用排水管,只是在城市绿化工程中有部分应用,例如在天津等靠海盐硷地区的城市草地中已经大量地应用。相信随着我国农业的现代化农业排水管领域也会成为塑料管应用的巨大市场空间。

   九、重视环境保护和可持续发展

   因为重视环境保护和可持续发展是所有塑料管领域一致的发展要求和方向,所以放在未尾综述。全球对于环境保护,卫生保健,节约资源和保障可持续发展各方面要求越来越严格是不可抗拒的历史潮流。近年国内外塑料管业进行的大量试验研究,很多新技术的开发和旧产品的淘汰都是为了主动满足这些要求,适应这个潮流,避免被动地被强行禁用[Z3]。

   17主动承诺限期淘汰铅稳定剂

   众所周知,在欧洲等地聚氯乙烯制品受到很大压力,其中一个重要问题是因为传统上聚氯乙烯制品大都采用铅稳定剂。国际上现在非常重视铅对健康的危害,普遍要求全面禁铅。为了主动应对,欧洲的PVC工业已经主动承诺限期逐步淘汰使用铅稳定剂--到2010年铅用量减少到50%,到2015年完全不使用铅。(欧洲PVC工业自愿承诺组织Vinyl2010--TheVoluntaryCommitmentofthePVCindustry)。为此各国都在努力开发替代的稳定剂[Z3]。

   我国在给水管道领域已经限制使用铅稳定剂,对于其他用途的聚氯乙烯管道的稳定剂还没有强制规定。可以肯定全面禁铅是不可抗拒的,希望我国塑料管业能够主动应对。目前‘宝硕’等领先企业已经完全不用铅稳定剂。

   18必须满足越来越严格的卫生要求

   国内外对于卫生的要求越来越严格,对于和饮用水接触的管材和管件都必须通过非常严格的测试,还要保证能够阻止有害物资的渗入。例如:对于埋地铺设在污染地区的管道就需要采用有阻隔层的复合管道[B5]。同时还要注意各种消毒剂对于塑料管道系统组件的影响(特别是国际上最广泛应用的消毒剂-氯对管道系统使用寿命的影响)[B6]。这方面近年国外有许多新的标准规范必须注意,有不少试验研究结论和产品开发成果值得注意吸收。我国新执行的‘生活饮用水卫生标准’(GB5749-2006)水质指标增加到106项,总体上已经和世界卫生组织,欧盟,美国等的饮用水标准接轨。

    参考资料:

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