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我國煤礦用管道的格局與超高分子量聚乙烯管道在其中的應用
文章來源:本站編輯 更新時間:2017-12-07 16:26:47 瀏覽次數:

    中國是世界第一產煤大國,煤炭產量占世界的30%,作為中國的主要能源,煤炭在能源生產和消費結構中一直占2/3以上,因此煤炭資源的安全生產是關系到國民經濟和社會持續穩定發展,關系到國家能源安全的大事[1],對于煤炭行業,由于靜電引起的瓦斯爆炸事故時有發生,國家相關部門也幾次提高煤礦用塑料管道的技術標準。

    我國煤礦最初的鋼管由于笨重、搞腐能力差、易氧化脫層等諸多原因,已逐漸被其它材料的管道代替,2005年國家安監局明令限制玻璃鋼雙抗管和PVC雙抗管在井下的使用[2]
1我國煤礦用管道主要分類
    現階段我國煤礦用管道主要分以下幾類:鋼管、煤礦用PE管、煤礦用鋼絲網骨架PE復合管道,此幾類管道在生產和應用中各有不同,下面從材料性能、當前生產與使用狀況、發展前景等方面對此四類管道分別作介紹。
1.1鋼管
1.1.1材料性能
    鋼管雖然作為抽放管路最傳統的管道,有斷裂強度高的特點,但是也有其重量大、安全性差、不易安裝、易磨損、容易受酸堿流體或空氣的腐蝕,使用壽命短,更換繁索等缺點。
1.1.2當前生產與使用狀況、發展前景
    在煤礦中特殊的地方,比如垂直高落差輸水、排水、以及高壓差抽排風等方面還占有重要地位,但是鋼管在整個煤礦中的使用比例不斷下降,逐漸被其它種類的管道所代替。
1.2普通PE雙抗管(現主要為MPE100
    煤礦管要求比較高,PE80性能較低,所以廠家多用PE100級樹脂作主體生產原料。
1.2.1性能指標
    PE雙抗管大量應用以來逐漸成為鋼管的替代品。PE100的特點就是比重輕、綜合性能良好,不像尼龍管、PVC管有致命的缺陷,但同 時PE100的主要指標沒有一樣是突出的:PE100抗沖擊強度太低,只有25 kj/m^2-10℃時抗沖擊能力驟降到13kj/m^2,雙抗改性后抗沖擊強度則只有15-20 kj/m^2,剛過底線,很容易被破壞。拉伸強度不如PVCABS,更不如尼龍。不具備抗快速開裂能力。耐磨性一般。耐蠕變能力(抗疲勞性)差,管道經常在法蘭盤部位因應力集中而折裂。
1.2.2當前生產與使用狀況
    目前我國普通PE雙抗管市場占有率約為50%,一方面產品用量巨大,另一方面幾乎所有的生產廠家都發生過雙抗PE管井下開裂和接頭斷裂事故,因此現在生產廠家對煤礦的管材供應非常謹慎,礦用PE管道根據其用途不同可分以下幾類:
a,井下供排水管。對于落差較大的礦井,考慮到管材的承壓能力,現在的雙抗PE生產廠家都非常謹慎,只是在低落差的礦井中應用。
b,負壓風管、壓風管。當工作壓力很高時,生產企業都很謹慎,現在煤礦PE管材僅在普通壓力環境中比較普及。
c,噴漿管。由于PE100材料的耐磨性能一般,生產企業在此領域銷售都比較謹慎。
d,抽放瓦斯管。PE雙抗管在低壓力差時應用比較成熟,安全系數比較高。
    PE做煤礦井下用管道原料時,阻燃與抗靜電指標都比較容易保證,反倒是由于其材料本身的特性,影響了其在煤礦井下的普及。
1.2.3發展前景
    鑒于本身的材料性能,MPE100在井下使用存在嚴重缺陷和巨大事故隱患。據了解,PE雙抗管的產地主要集中在山東省,生產企業眾多,生產技術很成熟,但如果解決不了PE雙抗管道在煤礦中的安全問題,此類管道的生產企業將同時面臨著競爭激烈與售后客戶服務問題。
    綜之,煤礦用PE塑料管用量巨大,但亟待解決性能瓶頸,以便擴大使用領域和降低使用安全成本。
1.3鋼絲網骨架雙抗PE復合管
    鋼絲網骨架PE管是在鋼絲網內層與外層分別通過專用熱熔膠粘附一層PE樹脂或PE雙抗改性樹脂制成。
1.3.1材料性能
    此類復合管的綜合性能比實壁管高,比重只有鋼材的1/5,抗壓能力高,抗沖擊、抗開裂能力、柔韌性等比實壁管好,抗壓最高達3.5MPa,安全性能較好。
1.3.2生產與使用
    此類管道的生產廠家很多,競爭也很激烈,價格比普通管高,但安全性比普通管好。
    鋼絲網骨架PE復合管主要應用在市政供排水、燃氣輸送,以及煤礦中普通MPE100材料難以勝任的高壓力垂直供排水、供排風、瓦斯抽放以及噴漿(耐磨性一般)等領域。
2超高分子量聚乙烯管道
    超高雙抗管是相關研究機構或生產企業一直在進行研究的一種材料,特別是近幾年在國內發展很快,近期有報導上海某機構成功研發出超高雙抗料,其它也有些生產廠家成功開發出了自己的超高雙抗管。
2.1性能指標
    超高雙抗管抗拉強度達25MPa(與未改性PE100持平)[2],抗沖、抗開裂遠比MPE100超出很多,而且其優異的耐磨性(耐磨性是鋼的4--7倍)、自潤滑性、不粘性使它成為耐磨抗沖擊類管道的理想材料,開發與應用前景非常廣闊,另外超高PE的耐疲勞性能是PE100幾十倍。
    附表1是國內相關資料上對PE100UHMWPE以及對它們分別進行改性后的各項性能的對比。可以看到PE100改為MPE100后,拉伸強度由25降到15-20MPa,降幅達20-40%,抗沖擊也由25降到10 kj/m^2左右,降幅達60%,同樣的雙抗改性后的超高性能也降低了很多:拉伸強度由原來的大于32MPa降到25MPa,降幅是20%,仍比MPE10010MPa高出許多,是煤炭部頒標準(9MPa[3]2.5倍,抗沖擊也由大于130 kj/m^2,降到大于40 kj/m^2,降幅為70%,仍是MPE100抗沖能力的4倍多。另外雙抗改性后的環剛度也是MPE1001.2倍。
1.各管材性能
 

超高管

超高雙抗

PE100

MPE100

部標準

抗拉(MPa

>32

25

25

15-20

9

抗沖(kj/m^2

>130

>40

25

10

耐疲勞(萬次)

 

>15

>3

  

環剛度

 

123

100

100

磨耗率%

 

1

2.5

5

2.2
生產狀況
    現國內有多家公司用普通管材料改性通過頂出法成功開發出了超高分子量聚乙烯雙抗管。另據報道,上海某機構聯合北京某高校,使用全新的改性原料,通過真空定徑法,也成功開發出了超高分子量聚乙烯雙抗管,剛開發出的時間不長,原料價位比較高,用此種新改性原料生產管道,國內還不多見。
3、總結
    MPE100以及鋼絲網PE復合管有市場空間,同時它的利潤較低,而超高雖然有很好的性能,但它的生產技術還不成熟。
管材在煤炭系統是一個大宗消耗物資,年年要更換,年年要增加,而且煤炭系統管理非常集中、嚴格。一旦應用,在煤礦企業中確立了使用價值,其它不安全和高價位的產品就會被淘汰。市場競爭過大甚至供過于求的項目,成本戰最后可能孕育著大浪費、大風險,有關專家分析認為我國塑料管道行業已經到達結構轉變的關鍵時機,應該避免低水平擴張,走創新發展之路,借鑒我們還沒有掌握的國外先進技術或者超越現有國際水平自主研發創新,靠新市場、新質量、新技術產品來打開塑料管道新局面。
 
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