超高分子量聚乙烯管道的应用
时间:2005-06-21
超高分子量聚乙烯工程塑料(UHMW-PE)管道技术在我国日渐成熟，越来越多的工程采用了这种管道，成为一种价格适中性能优良的新型热塑性工程塑料，它几乎集中了各种塑料的优点，耐磨抗冲击，自润滑，耐腐蚀、耐低温、卫生无毒、不粘附、不吸水等综合性能。是一种较为理想的管材，被国内冶金、电力、化工等企业广泛采用。
一、管道特性
超高分子量聚乙烯工程塑料(UHMW-PE)管道适应水质流体、固体颗粒、粉体、浆体等，传统的金属管道难以满足的要求，超高分子量聚乙烯 (UHMW-PE)管道都能替代，以极高的耐腐蚀、高耐磨、自润滑吸收冲击等综合性能，在各行业都有广泛的应用；在固体颗粒、粉末、浆体、气体输送方面，有独一无二的优越性。北京有色冶金设计研究总院《塑料管磨损试验研究成报告》指出：下列四种不同材料的管道，在相同管径、流速、试验物料、浓度条件下进行试验，其结果为：玻璃纤维增强聚丙烯管平均年磨损厚度11.5424mm/年；工程级聚丙烯管(PP)13.5828mm/年；超高分子量聚乙烯管(UHMW-PE)5.0104mm/年；钢管(A3)36.2424mm/年；试验结果表明，超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)管道耐磨性是钢管(A3)的七倍之多。超高分子量聚乙烯塑料(UHMW-PE)管的独特分子结构，具有极高的抗滑动磨擦能力和质轻的优点，单位管长比重仅为钢管重量的八分之一，使装卸、运输、安装更为方便，且能减轻工人的劳动强度，UHMW-PE管道抗老化性极强，50年不易老化。不论地上架空，还是地下埋设均可。安装时无论是焊接或者是法兰连接均可，安全可靠、快捷方便、无需防腐、省工省力，充分体现出使用超高分子量聚乙烯管道“节能、环保、经济、高效”的优越性。
二、应用效果
1、超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)管道在输送高磨损矿浆中的应用。鲁南矿业公司选矿厂年处理量90万吨，矿石性质复杂，为提高精矿品位，三段闭路磨矿、三段平面、高频振动细筛分级、八道磁、重联合选别、最终精矿-200目90%以上，工艺流程复杂，管道用量大，磨损严重。特别是矿石中含有高岭土等矿泥易粘附堵塞管道。为确保正常生产减少因管道造成的开停车时间，该公司工程技术人员一直进行着不间断的探索与尝试，对地上管道进行翻管转向，延长使用寿命。特别是通廊内环境潮湿，钢管腐蚀严重，采用普通高密度塑管代替钢管解决了耐腐蚀，但管道又不耐磨，使用效果一直不够理想。自1999年底采用了山东东方管业公司生产的超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)管道，解决了生产当中磨损、腐蚀、堵矿等问题。超高分子量聚乙烯(UAMW-PE)管质轻、柔性好。在作业环境狭窄，不便于使用吊车等其它起重设备的作业场地便于人工操作；在产量大、任务紧、停车检修时间短、管道更换量大的情况下应用，大大缩短了工期，减少了人力物力，提高了工作效率。
2001年下半年鲁南矿业公司选矿厂高扬程双线尾矿输送工程，安装运行近两年来，效果良好。工程双线全长为1950m×2，运行压力为1.6MPa。选用的是山东东方管业公司生产的螺旋焊管和薄壁超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)管道钢塑复合管，内层为256×8mmUHMW-PE管，利用了此管的耐磨性、摩擦阻力系数小、不粘附性好、耐冲击、自润滑、耐环境应力、开裂性好、抗内压强度高等特点。外层采用了直径273×6mm的钢卷板管作为耐压层，可将整条管线的耐压等级提高到高压力输送。更适应于长距离野外输送，防止外力破坏作用，拓展了应用领域。全线采用了法兰连接方式，法兰的焊接、管道复合全部采用了工厂化生产，使管线安装又快又标准。2002年3月8日双线一次性试车成功。超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)管，在鲁南矿业公司选矿厂水管道、浆体管道，采矿场的压风管道、排水管道已普遍使用的有直径325×15mm、273×12mm、219×10mm、159×10mm、110×10mm，无缝钢管、铸铁管等正在逐步淘汰。
2、超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)管道在井下充填中的应用。莱芜矿业有限公司业庄铁矿、谷家台铁矿是山东省内有名的大水矿山，采矿后为了保证治水效果并确保地表不塌陷，必须用充填料充填采空区以支撑采空区顶板。两矿区多年来就充填管道尝试了多种材料，普料钢丝管易安装不耐磨，一般用不了三个月就磨透跑浆影响正常生产。钢管重量大安装不方便，一般只能用六个月左右。高密质耐磨钢塑复合管价格昂贵，安装极不方便。由于是钢管与高密质塑料复合而成的，一旦内壁的高密质塑料管磨坏就会起皮造成堵管。为了彻底解决这几种管道的缺陷，2001年4月选用了超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)管道，由于质轻搬运、安装方便，巷道转弯不必专门制作弯头，可任意随巷道转弯固定。10月份业庄矿完成2.8万立方米水泥河沙充填料浆。与超高分子量聚乙烯(UHMW----PE)管道串联并用的无缝钢管已进行了一次更换。而超高分子量聚乙烯管其磨损量仅4.85%，按磨损30%进行更换计算，使用寿命可达3年以上，相当于无缝钢管6倍之多。新材料的应用产生了较好的经济效益。
3、超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)管道在热电厂粉煤灰管内结垢条件下的应用。我国电力行业粉煤灰排放方式以水力冲灰为主，热电厂水力排灰系统中普遍存在着管内结垢的问题。有些电厂仅一、两年时间灰管内的结垢厚度就可达50-80mm。茌平电厂、广西维尼纶厂等，灰浆经数千米以上管线输送到粉煤灰料场存放，钢管一两年结垢50-70mm，管道每两年酸洗一次(用30%浓度的盐酸外加铁缓蚀剂)，除垢后的钢管内表面锈蚀非常严重，表层剥落，底部更甚，入口处100m范围内，结垢、锈蚀更为严重，2001年、2002年两厂分别采用了山东东方管业公司生产的超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)管。利用此管耐磨、耐腐蚀、耐冲击、自润滑、不结垢、耐环境应力开裂性好、抗内压强度高等特点。解决了管道的磨损、结垢、腐蚀等问题，确保生产经济运行。
4、超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)管道在高磨损、高腐蚀条件下的应用。金堆城化光实业总公司有色金属选矿厂在尾矿中回收钼精矿原采用直径150mm普通钢管，其使用寿命仅在四年左右，加之随着钼精选系统改造完成后，尾矿矿浆量有所增加。为解决这一问题，经过充分论证、计算可采用方案：一是选择高扬程泵；二是更换现有管道增大管径。经过充分论证计算，选择高扬程泵需配套大功率电机，经济上不合算，要更换现在管道，就必需选用耐磨、耐腐蚀的新型管道料，经过进行广泛研究、对比、论证、实地考察，选择了山东东方管业有限公司生产的直径(219mm×10mm)超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)管材，全长2600m。2001年12月18日—22日完成了安装工作并投入使用，运行以来取得了预期效果。
经济效益测算：根据超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)管道的耐磨强度为普通钢管的7倍，普通钢管使用寿命按4年计算:
(1)超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)管道(直径219×10mm)总投资48.92万元，其中安装费1.8万元。
(2)普通钢管(直径219×5mm)按现在价格计算总投资32万元，其中安装费2.45万元，拆除这一部分钢管费用为0.7万元。为了稳妥，超高分子量聚乙烯(UHMW----PE)管道使用寿命为20年计算，普通钢管需要更换5次，不考虑时间因素采用静态投资计算，总投资(32+0.7)×5＝163.5万元。
(3)产生经济效益163.5万元-48.9万元＝114.6万元。
同时由于超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)管道的优异性能，减少了日常维护，降低了检修人员工作强度，产生了较好的经济效益和社会效益。
三、超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)管道在其他行业的应用
超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)管道之所以在各行业有着广泛的应用，其决定因素是有着独特的性能和特点，使它在诸多管材中脱颖而出，倍受各行业青睐。除前述耐磨、耐冲击、耐腐蚀、自润滑、卫生无毒、不吸水、不粘附、不结垢、噪声小、轻便等优点外，还具有优异的抗内压能力、耐环境应力开裂性极优，并具有优异的抵抗快速开裂能力，同时具有独特的耐低温、冲击韧性，其原因在于超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)的分子质量高达200万以上，其分子质量越高，分子链越长，晶片间的系带分子数越多，耐环境开裂性愈好。同时由于分子链的运动困难，不易生成大的球晶和形成好的序态，表面能就越大，破裂强度也就越高。其较高的重均分子量也是保证较高的抵抗快速能力的关键因素。超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)管道的这些独特性能，不仅使其在冶金、矿山、电力、化工等行业应用效果好，利用其优异的耐磨性、耐腐蚀性和不粘附性，在热电厂的粉煤灰输送、氧化铝厂的赤泥输送发挥着不可替代的作用。在原油、燃气、天然气、液化气输送上将有着良好的效果。利用其优良的耐冲击性、耐腐蚀性、耐环境应力开裂性、抵抗快速开裂能力、柔性好对于机械振动、地基沉降或发生地震，也能承受一定程度的冲击和变形而不致断裂，因此具有较高的长期安全性。耐低温性极优、可抵抗冷冻破坏具有独特的低温冲击韧性，在寒冷环境和意外冲击力的作用下不会发生脆性破裂，因此在低温环境下的西北、东北等寒冷地区应用该管道输送各种物料的安全性是最为有利的。特别是在南方地区，地下水等其它腐蚀因素对钢管的腐蚀严重，若使用钢管既增加了防腐的费用，其使用寿命和管道的安全性又受到严重影响。而利用超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)管道代替钢管在压力小于1.6MPa以下的燃气下游管网应用将发挥出非常好的作用。
