工业用塑料管的发展 FFWord格式文档下载.docx
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停留在通用和低端管道产品领域，靠扩大规模来争夺市场，以降低成本来进行竞争的做法已经不能再继续下去。
必须转变长期以来形成的思维定势和保守观念，从以量的增长为主转变到以质的提升为主，走技术创新的路开拓新的市场。
这是我国从塑料管大国走向塑料管强国的必经之路。
本文将综合介绍国内外在工业用塑料管领域的发展概况，包括主要应用领域，基本产品品种，特殊性能要求，特殊结构设计和相关标准等。
最后并提出一些开发的建议，供业内参考和探讨。
1工业用塑料管的应用领域
发展工业用塑料管首先要调查市场，了解在那些领域塑料管大有可为和如何去参与竞争。
工业用塑料管的应用领域非常广阔，并且正在不断扩展之中，很难确切划分。
按照应用领域大致可以划分如下：
1-1能源和原料产业用管
1-2工业生产用管
1-3工业产品配套用管
本节重点在探讨各产业领域中管道的市场需求和发展前景。
先说明各产业不同用途对于管道的特殊要求，再分析采用塑料管的优势，介绍应用经验和竞争的形势。
对于各类工业用塑料管特殊的技术要求，材料和结构，标准和检测将在下一节中再分类介绍。
人所共知，各个产业同时也需要和采用大量通用的管道，如供水，排水，采暖通风等管道。
如果没有与工业生产相关的特殊要求，本文不再涉及。
本章列举了一批应用实例。
资料来源于正规的技术论文和著名企业的报告，可以比较可靠地提供工业用塑料管实际使用的情况和经验。
1-1能源和原料产业用管
1-1-1石油天然气产业
石油天然气产业是一个国家能源的基础。
我国石油天然气的生产远不能满足需求，我国2011年产石油2.03亿吨，消费3.8亿吨。
大力发展石油天然气产业是保证可持续发展和国家安全战略的基础。
这个产业的特点是需要大量的管道。
从地下采出的石油和天然气可能有很高压力和温度，采出的流体中通常还含有大量H2S等高腐蚀性物质，例如有报告介绍在英国北海下采出的石油压力高达340bar，温度高达150℃。
为了增加采油量我国油田大量采用注水驱油的方法，向地层注水需要很高的压力（通常要求10MPa以上），而且注水中通常加有高腐蚀性物质。
所以石油天然气产业早年都是采用钢管。
往往还要求采用抗腐蚀的合金钢。
钢管的腐蚀造成巨大的损失（包括造成泄漏的直接损失和停产的间接损失），国内外石油天然气产业对于探索采用钢管衬塑和非金属管道都很积极。
据美国运输部2001年估计美国油气产业每年为地面管道和设施付的腐蚀费用达5.89亿美元[1]。
我国胜利油田2000年有一个报告说：
广利油田一条Φ500×
7的800m普通沥青外防腐钢管道，使用21天就出现穿孔，仅3个月就因普遍穿孔而不得不进行更换。
当时统计胜利油田由于腐蚀需更换的管线总量达1800km。
近年钢管衬塑和各种塑料管（包括增强热塑性塑料管和增强热固性塑料管）在石油天然气产业的应用发展迅速，已经相当广泛。
不仅是利用塑料抗腐蚀，防结垢的独特优点，而且利用塑料柔韧等优异特性，在某些场合甚至已经成为不可替代的管道。
我国石油天然气产业从90年代初开始采用塑料管，主要包括玻璃钢管FRP（增强热固性塑料管）,增强增强热塑性塑料管RTP，玻璃钢热塑性塑料复合管和全热塑性塑料管。
据大庆油田建设设计研究院调查，大庆油田到2008年底所用塑料管总长度已达6849公里（其中玻璃钢管5005公里），近年每年增加1000公里以上（2009年新建1438公里），占全年管道建设总量的39.7%[2]。
大庆油田的年产量大约占全国1/5。
所以推测目前全国石油产业每年使用塑料管的长度已经超过5000公里。
油田用管大部分是直径76-200mm的管道，估计目前每年使用塑料管的重量约在2万吨以上。
石油天然气产业应用塑料管主要有：
1-1-1-1油井用管
石油天然气开采起点在油井和气井。
油井的核心是深入地下几百到几千米的井管，早年都是用钢管。
后来开始了利用塑料管的探索。
首先是采用玻璃钢管作为油井套管。
80年代就有国外应用玻璃钢套管的报道，我国在上世纪末开始试验在井下应用玻璃钢管。
应用实例：
1995年胜利油田用玻璃钢管于注水井，直径76mm压力17MPa长度1.7km。
2001年川南气矿用玻璃钢管采气，直径76mm压力14MPa长度1.9km。
我国目前进入油井的热塑性塑料管是用于钢管内衬。
因为我国的油井很少能够自喷，通常依靠抽油泵产油，钢制井管容易磨损和腐蚀。
衬入塑料管（超高分子量聚乙烯UHMWPE管）可以显著延长使用寿命，并可修复已经磨损的钢制井管，并且衬塑料管后还具有不容易‘结腊堵塞’的优点[3]。
国内应用实例如：
张家港联冠新材料有限公司采用自主开发技术生产的UHMWPE衬管已经大量应用于‘大庆’‘吉林油田’等各大油田修复抽油井管。
年产量已超过千吨。
国外也有热塑性塑料管（高分子量聚乙烯HMWPE管或交联聚乙烯管PEX）用于井管内衬的成功经验报道。
国外应用实例如：
奥地利OMV公司已经在几百口油井采用PEX-a衬管。
1-1-1-2油气集输和注水用管
油气集输用管是把从分散的油气井中采出的油气集中输送到集油站和加工企业处理。
注水用管是把水或复合驱油剂用高压注入含油地层内，驱使石油流入油井。
注水用管和部分油气集输用管要求很高的压力和很强的抗腐蚀性能，有些还要求耐较高温度，所以使用耐高压的增强塑料管和衬塑钢管替代容易腐蚀的钢管是近年各国的趋势。
部分油气集输用管要求压力不高可以用不增强的塑料管。
国际上石油天然气产业较早应用的增强塑料管是高压玻璃钢管FRP。
高压玻璃钢管是增强热固塑料管，是以玻璃纤维为增强材料，热固性树脂为基体复合而成。
美国到20世纪末已经已累计应用各类玻璃钢管道100多万公里。
我国约20世纪末开始使用高压玻璃钢管。
首先生产的是美资Star公司，2001年销售额就达到9600多万元，后来有了用国产化设备和技术的企业。
国内生产高压玻璃钢管的企业有美资哈尔滨斯达玻璃钢有限Star公司，大庆汉维长垣高压玻璃钢管道有限公司，连云港中复连众复合材料集团有限公司等。
2001年吉林油田用玻璃钢管于原油长输，直径200mm压力7MPa长度15km
热固性树脂复合管强度和刚度较高，可以和金属管一样连接，成本也较低。
缺点一是低伸长率（脆性）容易被冲击损坏，对于损伤的容忍性差。
二是可能吸湿降低有效使用温度并促使性能退化，厚重制品内壁中温差会形成大的残余应力。
最后一个缺点是很难制造成连续很长的盘管，通常只制造成直管逐段连接。
国外有企业生产连续很长的盘卷玻璃钢管（详见后文），因为只能绕成很大直径的盘卷，在陆上运输难，比较适用于海上应用。
国内还没有生产。
随后发展增强热塑性塑料管。
因为具有可曲挠的特性，能制造成长度达到几百米（甚至到几千米）的连续长管，可以非常显著地减少铺设的费用和时间。
特别适用于不方便铺设施工的沙漠、沼泽和江河湖海地区。
应用于陆地和浅海的通常是三层复合结构，内外层是塑料，中间是由缠绕的高强度材料构成的增强层，习惯称为‘增强热塑性塑料管’（RTP-ReinforcedThermoplasticPipe）。
应用于深海的管道因为除承受高内压外还要承受高外压和其它复合负载，通常是更多层复合结构，习惯称‘挠性管’（flexiblepipe）。
欧洲派莱福PIPELIFE公司等生产的高强度纤维（芳纶，聚脂）增强的RTP（商业品名Soluforce）在中东沙漠，西伯利亚冰冻地区应用于油气产业非常成功（图2）。
加拿大FlexpipeSystemsInc.公司开发的玻璃纤维增强RTP（商业品名Flexpipe），在5年内就销售了大约5,000公里管材到加拿大和美国的石油和天然气产业[4]。
我国油气产业使用钢增强热塑性塑料管RTP已经探索十余年，取得不少成果。
据大庆油田统计，到2008年底已经应用609公里。
近年应用在浅海地区很成功。
国外应用实例如
加拿大EnCana公司在Alberta铺设了78kmRTP替代钢管就节约320万美元[4]。
在渤海一些油田已经成功采了用RTP把海上油井和陆地连接（以连续长盘管供应，中间不需要连接并可以直接沉在海底）。
这些国产钢带缠绕增强的RTP工作压力可以达到20MPa以上。
（图3）
近年石油天然气开采的热点已经从陆地走向海洋。
我国大陆石油天然气的资源有限，今后要越来越依靠海洋，如引起不少国家争夺的南海油田。
海洋油气资源常在很深的海底（几百米到几千米），开采需要有能够同时承受高内压和高外压，抗内外腐蚀的管道。
尤其是连接海底油气井和海面浮动平台的‘升流管riser’必须是还要可曲挠并且耐疲劳的连续长管。
以热塑性塑料和增强材料多层复合构成的‘挠性管flexiblepipe’成为不可缺少的器材。
丹麦NKT等公司生产的‘挠性管系统flexiblepipesystems’是多层钢-塑料复合管，已经成功地应用于深海采油的动态和静态柔性上升管、静态流通管、海底跨接管道。
设计的压力最高的达到15,000psi（105MPa），设计温度最高达130°
C。
已经成为深海采油必须的器材。
我国目前还不能生产，全部依靠进口。
我国89年就在北部湾铺设了一条法国Coflexip公司制造6〞海底输油挠性管）。
国际上能够制造‘挠性管’的企业不多，有美国的Wellstream，丹麦的NKT，法国的Coflexip等。
国际上制造RTP的企业有欧洲的派莱福PIPELIFE，美国的Wellstream，加拿大的FlexpipeSystemsInc.公司等。
我国工业用RTP的生产起步在本世纪初。
目前国内生产企业有‘长春高祥特种塑料管有限公司（钢带增强）’，‘海皇星（钢带增强）’，‘航天晨光特种管线分公司（芳纶纤维和聚酯纤维增强）’等。
在某些情况下（直径小，压力低）也有采用（没有增强的）全塑料管作为油气集输管。
应用实例如：
阿曼PDO油田，1997年起用PE100管道输送原油-水混合液。
在50°
C和10bar下工作至今（过去用钢管平均寿命2年）。
衬塑钢管也大量应用于油气集输和注水用管（包括新建管道和修复旧管道），根据温度采用不同的塑料，常用的有PE80（80℃），PEX（120℃），PVDF（150℃）等[]，通常直径范围4-24英寸，压力50-150bar，衬塑的工艺技术有多种。
（详见后文介绍）。
在北海，北美，中东已经成功地应用于注水和低压输送碳氢化合物。
替代昂贵的抗腐蚀合金钢管，可以节约费用25-50%[5]。
使用衬塑钢管在高压输送碳氢化合物（含H2SCO2等的多相流体）时要注意的一个重要的问题：
高压下气体渗透到衬管和钢管之间环形间隙形成气压，在管内突然减压时可能造成衬管的塌陷。
防止此危险需要特殊的结构设计，在1997年起一些著名石油石化企业合作开展了一个研究项目COREL（corrosionresistingliner）。
得出了一套设计导则[6]。
随着全球油气开采向深海发展，深海用油气升流管和连通管也有的采用衬塑或覆塑钢管。
例如抗海水腐蚀和隔热的覆塑钢管。
应用实例如：
1989年起北海油田（英国）多个工程应用一种钢管外多层复合聚丙烯的管道，工作温度可达110-140℃，水深可达400米。
通常是五层分两步制造。
钢管外第一层是熔接环氧脂（FBE-FusionBondedEpoxy）,第二层是PP基黏合剂，第三层是PP实壁，再挤出隔热的PP泡沫第四层和保护用的第五层。
因为深海的高压要求较高刚度的PP泡沫，开发了高刚度PP-B和高熔体强度HMS-PP[7]。
海上开采油气必须防止对海洋环境的污染。
所有污水（如压载）必须完善处理。
水处理系统的管道要求抗腐蚀，抗磨损，耐温。
BP’公司ThunderHorse油气田（日产250,000桶石油，560万m3天然气）的OMNIPURE处理系统就采用CorzanCPVC管道，从2005年起运行良好。
1-1-1-4煤层气采集输送管道
煤层气是新的非常规油气资源中的一个重要组成部分，煤层气是以煤层或煤系地层作为储集岩，以吸附在煤基质颗粒表面为主、部分游离于煤空隙中或溶解于煤层水中的烃类气体。
煤层气是90年代后才发展起来的，到2000年美国煤层气的产量已占天然气年产量的9.2%。
我国煤层气丰富，仅埋深1500m以浅的开采资源量达到10.8万亿m3。
我国煤层气品质好，主要组份中CH4占95%以上，CO2、N2等杂质浓度很低，基本不含硫、不含重烃，热值在8000kcal/m3以上，是一种非常洁净的气体能源。
煤层气的采集输送需要建设密集的管网。
管网铺设在地形复杂的野外，需要保证安全，耐腐蚀，易于铺设，成本合理。
我国开发煤层气已经在推广应用HDPE管。
如韩城西5亿产能工程站外集输管网总长为103.4km，其中采用PE管道约39.2km；
临汾勘探开发一体化试采工程集气干线1条，采气干线19条共7.5km，采气支线24.3km，其中采气干支线全部采用PE管；
保德5亿产能工程站外采气管线总长为92.2km，其中D355、D315、D160三种规格的PE管材占90%左右。
目前国内没有专用于低压煤层气集输的聚乙烯管材及标准，所选用管材主要依据《油气集输设计规范》、《城镇燃气设计规范》和《燃气用埋地聚乙烯（PE）管道系统》等标准，现主要管材规格有PE100SDR11、PE100SDR17.6
1-1-1-4油气成品输配用管
原油和天然气的长途输送采用高压，历来都是采用表面涂覆或复合塑料的钢管。
进入城镇后天然气采用低压输配（<
1MPa）,早期都采用钢管，近年各国已经大量采用HDPE管道。
这些技术已经普及，本文不再叙述。
值得注意的是近来对于采用较小直径的塑料管在中压（1-4MPa）下输送天然气的探索。
这些应用常和工业有关，简单介绍如下：
因为HDPE的强度有限，很难适用于中压输送天然气，欧美都在探索采用增强热塑性塑料管。
欧洲一直在探索采用芳纶纤维增强的RTP用于天然气输配工程。
国际标准组织已经发布标准ISO/TS18226《塑料管材和管件--在压力高到4MPa（40bar）下输送燃气的增强热塑性塑料管道系统》，证明其技术已经得到广泛认可。
同时北美探索采用玻纤增强RTP于天然气输配也有不断报道。
2010年有报告[4]介绍加拿大已经有11个天然气输配工程应用RTP（玻纤增强）。
其中阿尔塔燃气公用事业公司（AltaGasUtilitiesInc）的输配工程长度约6.6公里，公称工作压力约3.5MPa。
自2007年开始运行。
在现代社会中，加油站随处可见。
加油站中危险和易燃液体的输送管道过去都采用钢管，由于腐蚀严重常常造成泄漏和污染。
瑞典康塑有限公司（KungsorsPlastAB）与北欧化工Borealis合作,在1981年开创了用聚乙烯管的加油站地下塑料管道,由瑞典壳牌公司ShellSweden投入使用。
目前发展到采用有EVOH阻隔层和抗静电衬层的PE基复合的KPS管材（图6），渗透已降到零。
国内近年已经开始采用。
为了保证安全，部分采用双层围护（secondarycontainment）管道。
用一个外层管为运输燃油的内层管提供一个安全围护。
两管之间的间隙连接泄漏持续监测系统，一旦发生泄漏现象，立即发出警报，并且可以关闭油泵[8]。
英国PatroTechnikLtd公司的UPP埋地燃油管采用黑色PE100外层，中间黏合层和特种黄色耐油尼龙内层三层复合结构，可以防静电。
据说已经在150多个国家的48,000个加油站，使用2000万米。
2010年我国‘亚大塑料制品有限公司’与UPP合作开发加油站用多层管成功（采用EVOH阻隔层），产品通过UPP认可，已开始小批量供货。
塑料管还应用于应急的成品油输送。
石油企业和油气产品用户常需要储备应急输送的管道。
我国有企业已在开发应急输油的RTP管（连接采用快速接头）。
1-1-2矿山和采挖产业
我国是矿业大国。
早期矿业都采用金属管道。
因为金属管道笨重，易腐蚀，只能用短直管连接，近年各国矿业都已经大量使用各种塑料管。
我国煤矿中应用塑料管已经很普遍。
由于工作环境恶劣，容易发生冲撞破坏，我国矿业目前较多采用的是轻，抗腐，柔韧抗冲击的高密度聚乙烯HDPE管。
但是煤矿要防瓦斯爆炸和火灾，对于管道有阻燃抗静电的严格要求，所以煤矿采用的是含抗静电和阻燃剂的聚乙烯管（所谓双抗管）[9]。
也有部分矿业用聚氯乙烯PVC管[10]，玻璃钢管和复合管道。
PVC管比较容易达到阻燃抗静电的要求（PVC材料具有自熄性），但是通常需要进行抗冲改性提高其柔韧性。
要求工作压力较高的矿山和采挖产业管道可以采用增强塑料管（玻璃钢管FRP或热塑性塑料管RTP）或衬塑覆塑钢管。
1-1-2-1采矿中输水和排水管
采矿中离不开输水和排水。
例如我国规模巨大的煤矿业大部分是地下开采，排除地下水的管网是基础设施。
煤矿用输水和排水要求阻燃抗静电，还要求抗冲击，我国应用加抗静电和阻燃剂的聚乙烯管较多，因为现场有防火要求，通常采用法兰连接。
其它采矿业同样需要输水和排水塑料管。
例如南非有丰富的金矿。
金矿常常埋藏在几千米的地下，工作的条件非常艰苦，周围的温度接近50℃。
必须通过几公里的垂直管道再沿着运送坑道输送冷却水，并泵回地面。
因为是在高度潮湿有腐蚀性的环境，并且要求抗冲击，从在上世纪70年代就开始采用强度和韧性兼优的改性聚氯乙烯PVC-M管（图7）和取向聚氯乙烯PVC-O管来替代钢管[11]。
采矿业常需要输送有腐蚀性的流体，更适合采用塑料管。
我国瓮福集团在西南有亚洲规模最大的磷厂。
在生产磷的过程中,需要消耗大量的水,同时也会产生大量腐蚀性极高的酸性废水。
输送采用直径316mm，长度41公里，压力80bar，内衬8mmPE100的钢管（采用缩径法）。
每年可减少用水270万立方米，节省700万元。
1-1-2-2瓦斯抽排管和通风管
排除瓦斯和通风是保证煤矿安全的基础。
煤矿一旦发生瓦斯爆炸或瓦斯突出事故，就会造成人员大量伤亡。
近四年来，我国煤矿重特大事故死亡人数近70%都是瓦斯事故造成的。
过去只是从安全角度抽放瓦斯，今后我国将以安全生产，资源利用和环境保护相结合为出发点，加大瓦斯及煤层气的开发利用，统筹规划煤层气管管网建设。
因为煤矿瓦斯中甲烷含量大于90%，1立方米瓦斯发热量大于8000千卡，是与天然气相当的优质清洁能源。
搞好煤矿瓦斯抽采利用也是减少环境污染的重要举措。
煤矿瓦斯的温室效应是二氧化碳的21倍。
据计算，每利用1亿立方米甲烷，就相当于减排150万吨二氧化碳。
当前我国煤矿瓦斯抽采利用还处在起步阶段，存在较大差距。
我国矿井瓦斯平均抽采率仅有23%，而美国、澳大利亚等主要产煤国家的抽采率均在50%以上；
大量的井下抽采瓦斯没有得到有效利用。
我国政府十分重视煤矿瓦斯抽采利用，制定了长期规划，采取了一系列促进煤矿瓦斯抽采利用的重大政策措施[12]。
据调查我国埋深2000米以浅的煤层气地质资源量有36.8万亿立方米，煤矿瓦斯抽采利用必然发展成一个大产业，为塑料管开辟一个大市场。
瓦斯抽排管和通风管传统采用的钢管笨重，井下铺设难，容易腐蚀。
近年逐步开发采用塑料管，但是发展得不理想。
煤矿用的塑料瓦斯抽排管和通风管同样要求阻燃抗静电，特点是直径比较大。
其中瓦斯抽排管承受的是负压，采用实壁管往往不很经济，可以采用结构壁管或钢塑复合管。
1-1-2-3矿浆和泥沙输送管
矿山和采挖产业需要长距离大量输送矿砂和泥沙等物料，采用管道输送常是最经济和环保的方法。
一般是以水为载体以浆液方式泵送。
输送的管道除要求强度和韧性以外，特别要求抗磨损和抗腐蚀。
用钢管道输送矿沙在我国已有很成功的经验，如中国昆明钢铁公司的大红山矿在2007内建成一条171公里，229mm，年输送2300万吨的铁矿沙管道（AusencoPSI公司承建）。
去年完成二期工程把输送能力提高到年输送2300万吨。
正着手三期工程计划扩大到年输送5000万吨。
但是国内应用塑料管输送矿沙还刚起步。
因为在一定条件和范围内塑料管的抗磨损和抗腐蚀明显优于钢管等，各国都根据经验越来越多采用塑料管，包括全塑料管，增强塑料管和衬塑钢管等。
输送矿砂和泥沙的全塑料管，增强塑料管和衬塑钢管最常应用的塑料材料是高密度聚乙烯HDPE，高分子量聚乙烯HMWPE，超高分子量聚乙烯UHMWPE和交联聚乙烯PEX等。
我国不少企业在生产HMWPE和UHMWPE管，但是国外报道最常采用的是HDPE，HMWPE或PEX管。
[注：
通常把分子量在150万以上，不能熔融挤出的称超高分子量聚乙烯UHMWPE，分子量在50万-150万，可以熔融挤出的称高分子量聚乙烯HMWPE。
]
南非Noordhoek高岭土矿1996年铺设一条输送高岭土矿沙的PE100管道，250x28mm，5,5公里，工作压力1.6MPa。
管道用13米管材对接熔焊成，设计使用寿命20年（容许磨损2mm）。
矿浆密度1.03-1.08,颗粒尺寸1.5-100µ
m,流速>
1.0米/秒。
芬兰KarelskyOkatysh铁矿原来用一钢管道输送铁矿沙，2009年开始试验用KWH生产的WehoSlurry系统（内衬抗磨层的聚乙烯管），根据试验结果使用寿命可以达到5年，而钢管的寿命是6个月。
2009年我国中鋁廣西分公司（平果鋁业）年產88萬噸氧化鋁三期工程中采用了煌盛集团钢丝增强聚乙烯管输送尾矿。
在采盐行业需要大量输送有高腐蚀性又含有固体盐粒的流体。
国内外都报道采用塑料管的成功经验。
国外应用实例如：
以
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