超高分子量聚乙烯管道的應用
時間:2005-06-21
超高分子量聚乙烯工程塑料(UHMW-PE)管道技術在我國日漸成熟，越來越多的工程采用了這種管道，成為一種價格適中性能優良的新型熱塑性工程塑料，它幾乎集中了各種塑料的優點，耐磨抗沖擊，自潤滑，耐腐蝕、耐低溫、衛生無毒、不粘附、不吸水等綜合性能。是一種較為理想的管材，被國內冶金、電力、化工等企業廣泛采用。
一、管道特性
超高分子量聚乙烯工程塑料(UHMW-PE)管道適應水質流體、固體顆粒、粉體、漿體等，傳統的金屬管道難以滿足的要求，超高分子量聚乙烯 (UHMW-PE)管道都能替代，以極高的耐腐蝕、高耐磨、自潤滑吸收沖擊等綜合性能，在各行業都有廣泛的應用；在固體顆粒、粉末、漿體、氣體輸送方面，有獨一無二的優越性。北京有色冶金設計研究總院《塑料管磨損試驗研究成報告》指出：下列四種不同材料的管道，在相同管徑、流速、試驗物料、濃度條件下進行試驗，其結果為：玻璃纖維增強聚丙烯管平均年磨損厚度11.5424mm/年；工程級聚丙烯管(PP)13.5828mm/年；超高分子量聚乙烯管(UHMW-PE)5.0104mm/年；鋼管(A3)36.2424mm/年；試驗結果表明，超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)管道耐磨性是鋼管(A3)的七倍之多。超高分子量聚乙烯塑料(UHMW-PE)管的獨特分子結構，具有極高的抗滑動磨擦能力和質輕的優點，單位管長比重僅為鋼管重量的八分之一，使裝卸、運輸、安裝更為方便，且能減輕工人的勞動強度，UHMW-PE管道抗老化性極強，50年不易老化。不論地上架空，還是地下埋設均可。安裝時無論是焊接或者是法蘭連接均可，安全可靠、快捷方便、無需防腐、省工省力，充分體現出使用超高分子量聚乙烯管道“節能、環保、經濟、高效”的優越性。
二、應用效果
1、超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)管道在輸送高磨損礦漿中的應用。魯南礦業公司選礦廠年處理量90萬噸，礦石性質復雜，為提高精礦品位，三段閉路磨礦、三段平面、高頻振動細篩分級、八道磁、重聯合選別、最終精礦-200目90%以上，工藝流程復雜，管道用量大，磨損嚴重。特別是礦石中含有高嶺土等礦泥易粘附堵塞管道。為確保正常生產減少因管道造成的開停車時間，該公司工程技術人員一直進行著不間斷的探索與嘗試，對地上管道進行翻管轉向，延長使用壽命。特別是通廊內環境潮濕，鋼管腐蝕嚴重，采用普通高密度塑管代替鋼管解決了耐腐蝕，但管道又不耐磨，使用效果一直不夠理想。自1999年底采用了山東東方管業公司生產的超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)管道，解決了生產當中磨損、腐蝕、堵礦等問題。超高分子量聚乙烯(UAMW-PE)管質輕、柔性好。在作業環境狹窄，不便于使用吊車等其它起重設備的作業場地便于人工操作；在產量大、任務緊、停車檢修時間短、管道更換量大的情況下應用，大大縮短了工期，減少了人力物力，提高了工作效率。
2001年下半年魯南礦業公司選礦廠高揚程雙線尾礦輸送工程，安裝運行近兩年來，效果良好。工程雙線全長為1950m×2，運行壓力為1.6MPa。選用的是山東東方管業公司生產的螺旋焊管和薄壁超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)管道鋼塑復合管，內層為256×8mmUHMW-PE管，利用了此管的耐磨性、摩擦阻力系數小、不粘附性好、耐沖擊、自潤滑、耐環境應力、開裂性好、抗內壓強度高等特點。外層采用了直徑273×6mm的鋼卷板管作為耐壓層，可將整條管線的耐壓等級提高到高壓力輸送。更適應于長距離野外輸送，防止外力破壞作用，拓展了應用領域。全線采用了法蘭連接方式，法蘭的焊接、管道復合全部采用了工廠化生產，使管線安裝又快又標準。2002年3月8日雙線一次性試車成功。超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)管，在魯南礦業公司選礦廠水管道、漿體管道，采礦場的壓風管道、排水管道已普遍使用的有直徑325×15mm、273×12mm、219×10mm、159×10mm、110×10mm，無縫鋼管、鑄鐵管等正在逐步淘汰。
2、超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)管道在井下充填中的應用。萊蕪礦業有限公司業莊鐵礦、谷家臺鐵礦是山東省內有名的大水礦山，采礦后為了保證治水效果并確保地表不塌陷，必須用充填料充填采空區以支撐采空區頂板。兩礦區多年來就充填管道嘗試了多種材料，普料鋼絲管易安裝不耐磨，一般用不了三個月就磨透跑漿影響正常生產。鋼管重量大安裝不方便，一般只能用六個月左右。高密質耐磨鋼塑復合管價格昂貴，安裝極不方便。由于是鋼管與高密質塑料復合而成的，一旦內壁的高密質塑料管磨壞就會起皮造成堵管。為了徹底解決這幾種管道的缺陷，2001年4月選用了超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)管道，由于質輕搬運、安裝方便，巷道轉彎不必專門制作彎頭，可任意隨巷道轉彎固定。10月份業莊礦完成2.8萬立方米水泥河沙充填料漿。與超高分子量聚乙烯(UHMW----PE)管道串聯并用的無縫鋼管已進行了一次更換。而超高分子量聚乙烯管其磨損量僅4.85%，按磨損30%進行更換計算，使用壽命可達3年以上，相當于無縫鋼管6倍之多。新材料的應用產生了較好的經濟效益。
3、超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)管道在熱電廠粉煤灰管內結垢條件下的應用。我國電力行業粉煤灰排放方式以水力沖灰為主，熱電廠水力排灰系統中普遍存在著管內結垢的問題。有些電廠僅一、兩年時間灰管內的結垢厚度就可達50-80mm。茌平電廠、廣西維尼綸廠等，灰漿經數千米以上管線輸送到粉煤灰料場存放，鋼管一兩年結垢50-70mm，管道每兩年酸洗一次(用30%濃度的鹽酸外加鐵緩蝕劑)，除垢后的鋼管內表面銹蝕非常嚴重，表層剝落，底部更甚，入口處100m范圍內，結垢、銹蝕更為嚴重，2001年、2002年兩廠分別采用了山東東方管業公司生產的超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)管。利用此管耐磨、耐腐蝕、耐沖擊、自潤滑、不結垢、耐環境應力開裂性好、抗內壓強度高等特點。解決了管道的磨損、結垢、腐蝕等問題，確保生產經濟運行。
4、超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)管道在高磨損、高腐蝕條件下的應用。金堆城化光實業總公司有色金屬選礦廠在尾礦中回收鉬精礦原采用直徑150mm普通鋼管，其使用壽命僅在四年左右，加之隨著鉬精選系統改造完成后，尾礦礦漿量有所增加。為解決這一問題，經過充分論證、計算可采用方案：一是選擇高揚程泵；二是更換現有管道增大管徑。經過充分論證計算，選擇高揚程泵需配套大功率電機，經濟上不合算，要更換現在管道，就必需選用耐磨、耐腐蝕的新型管道料，經過進行廣泛研究、對比、論證、實地考察，選擇了山東東方管業有限公司生產的直徑(219mm×10mm)超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)管材，全長2600m。2001年12月18日—22日完成了安裝工作并投入使用，運行以來取得了預期效果。
經濟效益測算：根據超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)管道的耐磨強度為普通鋼管的7倍，普通鋼管使用壽命按4年計算:
(1)超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)管道(直徑219×10mm)總投資48.92萬元，其中安裝費1.8萬元。
(2)普通鋼管(直徑219×5mm)按現在價格計算總投資32萬元，其中安裝費2.45萬元，拆除這一部分鋼管費用為0.7萬元。為了穩妥，超高分子量聚乙烯(UHMW----PE)管道使用壽命為20年計算，普通鋼管需要更換5次，不考慮時間因素采用靜態投資計算，總投資(32+0.7)×5＝163.5萬元。
(3)產生經濟效益163.5萬元-48.9萬元＝114.6萬元。
同時由于超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)管道的優異性能，減少了日常維護，降低了檢修人員工作強度，產生了較好的經濟效益和社會效益。
三、超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)管道在其他行業的應用
超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)管道之所以在各行業有著廣泛的應用，其決定因素是有著獨特的性能和特點，使它在諸多管材中脫穎而出，倍受各行業青睞。除前述耐磨、耐沖擊、耐腐蝕、自潤滑、衛生無毒、不吸水、不粘附、不結垢、噪聲小、輕便等優點外，還具有優異的抗內壓能力、耐環境應力開裂性極優，并具有優異的抵抗快速開裂能力，同時具有獨特的耐低溫、沖擊韌性，其原因在于超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)的分子質量高達200萬以上，其分子質量越高，分子鏈越長，晶片間的系帶分子數越多，耐環境開裂性愈好。同時由于分子鏈的運動困難，不易生成大的球晶和形成好的序態，表面能就越大，破裂強度也就越高。其較高的重均分子量也是保證較高的抵抗快速能力的關鍵因素。超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)管道的這些獨特性能，不僅使其在冶金、礦山、電力、化工等行業應用效果好，利用其優異的耐磨性、耐腐蝕性和不粘附性，在熱電廠的粉煤灰輸送、氧化鋁廠的赤泥輸送發揮著不可替代的作用。在原油、燃氣、天然氣、液化氣輸送上將有著良好的效果。利用其優良的耐沖擊性、耐腐蝕性、耐環境應力開裂性、抵抗快速開裂能力、柔性好對于機械振動、地基沉降或發生地震，也能承受一定程度的沖擊和變形而不致斷裂，因此具有較高的長期安全性。耐低溫性極優、可抵抗冷凍破壞具有獨特的低溫沖擊韌性，在寒冷環境和意外沖擊力的作用下不會發生脆性破裂，因此在低溫環境下的西北、東北等寒冷地區應用該管道輸送各種物料的安全性是最為有利的。特別是在南方地區，地下水等其它腐蝕因素對鋼管的腐蝕嚴重，若使用鋼管既增加了防腐的費用，其使用壽命和管道的安全性又受到嚴重影響。而利用超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)管道代替鋼管在壓力小于1.6MPa以下的燃氣下游管網應用將發揮出非常好的作用。
