聚乙烯燃气管材的生产工艺设计.docx

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聚乙烯燃气管材的生产工艺设计

引言．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2

一概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．31.1聚乙烯燃气管发展简史．．．．．．．．．．．．．．．．．．3

1.2现状与发展展望．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4

1.3应用扩展．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5

二PE燃气管材的生产工艺设计．．．．．．．．．．．．．．．．7

2.1材料性能的要求．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7

2.2材料的选用．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8

2.3各工艺流程的控制．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8

2.4挤出生产设备．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10

2.5操作工艺条件及控制．．．．．．．．．．．．．．．．．．14

三PE燃气管材的质量控制标准．．．．．．．．．．．．．．．15

3.1原料的质量控制．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15

3.2生产工艺过程的质量控制．．．．．．．．．．．．．．．．16

3.3产品性能与检测．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．17

3.4常见问题的解决办法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．18

四生产工艺的改进．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．19

五总结．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．20

致谢．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21

参考文献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．22

引言：

聚乙烯管习惯上按照密度分为低密度及线型低密度聚乙烯（LDPE及LLDPE）管（密度为0.900-0.930g/cm3），中密度聚乙烯（MDPE）管（密度为0.930-0.940g/cm3）和高密度聚乙烯（HDPE）管（密度为0.940-0.965g/cm3）。

由于材料的不断进步，根据发展阶段和性能的不同，产生了材料的等级分化，密度不能反映聚乙烯作为管材的本质性能，因此目前国际上根据聚乙烯管的长期静液压强度（MRS）对管材及其原料进行分类和命名。

一.概述

1.1.聚乙烯燃气管发展简史

1933年英国ICI公司首先发现了聚乙烯（PE）。

发展至今，聚乙烯已是由多种工艺方法生产的、具有多种结构和特性及多种用途的系列品种树脂，已占世界合成树脂产量的三分之一，居第一位。

第二次世界大战时期，由于铜与钢材的短缺，国外开始研究在燃气输配等领域使用塑料管。

燃气输配用塑料管的材料按应用的起始年代分别为：

醋酸-丁酸纤维素（1949年美国），硬聚氯乙烯（1950年原西国），耐冲击聚氯乙烯（1952年美国），环氧玻璃钢（1955年美国），聚乙烯（1956年美国），涤纶（1963年意大利）和尼龙（1969年澳大利亚）。

聚乙烯管材以其突出的耐腐蚀性、耐热、耐磨、对输送介质无污染性、使用寿命长、制造安装费用低等优异性能，越来越受到青睐，在燃气输送、供水、供热、建筑给排水等领域得到了广泛的应用。

目前世界上聚乙烯管材的年消费量已达100多万吨，其中以高密度聚乙烯管材产量最大，应用范围最广。

　　我国对高密度聚乙烯管材及其专用料的开发与推广应用起步较晚，直到20世纪80年代，这种管材才逐步应用于建筑、农田灌溉及地矿、石油化工、冶金、有色金属、煤炭、轻工等行业，各大树脂生产厂及科研部门相应开发出一系列管材专用料。

如高密度聚乙烯矿用固液输送管，使用温度最低可达－40℃，其专用料各项技术指标均达到国际先进水平，其中大口径厚壁管，已在青海盐湖钾肥工程水采浮管系统中得到了成功应用，替代了美国进口的系列矿用管，敷设长度达数十公里，在高原恶劣的气候条件下，管道的使用情况良好，特别是防腐性能优异。

该管材还代替价高的合金管，首次应用于一段1400米长的具有较强腐蚀性的含硫污水管线，使用情况也很好。

高密度聚乙烯燃气管专用料攻关也获得了成功，其中可用于输油或输气管道防腐及保温层的高密度聚乙烯专用料，已在国家重点工程“陕－京”输气管线上得到大规模应用，铺设管线长达960公里，取得了良好的经济效益和社会效益。

　　由于聚乙烯管独特的性能，近年来发展明显快于聚氯乙烯管，尤其是高密度聚乙烯管的应用发展迅速。

在欧洲市场上，高密度聚乙烯管在各种管材中的比例已近30％。

与国外相比，我国高密度聚乙烯管材的开发应用还有比较大的差距，主要表现在：

专用树脂牌号少，原料供应不足；产品质量不稳定；产品规格品种不配套；各种高性能品种牌号的开发力度不够。

我国目前自来水管、煤气管、油水管、矿山管等使用聚乙烯树脂，特别是高密度聚乙烯树脂的还不多，这是一个亟待开发的广阔市场。

1.2现状与发展展望

我们通常把塑料管的市场分为建筑内给水管、建筑内排水管、建筑外给水管、建筑外排水管、埋地排水管、燃气用管、电缆和光缆的护套管、工业用管、农业用管共八个市场领域。

在每个市场领域内还可以再细分，例如建筑内给水管市场领域有供生活用冷热水塑料管道系统、散热器采暖用塑料管道系统、地板采暖用塑料管道系统的分别；在工业用管中，有应用于油田等场合要求耐较大压力和较高温度的增强管，有应用于化工生产等场合要求特别耐化学腐蚀的特种塑料管，有应用于输送砂浆灰浆泥浆等场合要求特别耐磨损的塑料管等等。

中国塑料管业是从建筑内排水给水采暖和线缆护套管起步的，仅仅几年前，在建筑外的给水、埋地、排水、燃气输配等城镇市政公用工程领域内，应用塑料管还很有限。

例如在埋地排水管领域，2000年前我国只有几家企业少量生产埋地排水用的双壁波纹管。

当时国内还不能制造较大直径双壁波纹管的生产线。

每年塑料埋地排水管的用量只有几万吨。

过去能够大量生产的主要是PVC-U管道系统，应用聚乙烯PE管道系统的不多。

到2000年我国还只有两家年生产能力达到万吨的聚乙烯管道生产企业，不少给排水领域的用户还不知道可以采用聚乙烯管道系统。

进入新世纪后，我国塑料管业发展的热点，转向城镇市政公用工程和基础建设工程领域。

由于各地区各方面共同努力，我国市政工程领域各种塑料管的推广应用进展很快。

例如2002年我国塑料埋地排水管的用量已经在10万吨以上，以前只有在上海和江浙一带应用较多，现在很多地区包括四川、贵州、新疆等西部地区都可以看到。

因为普遍看好各种塑料管在市政工程领域广泛应用。

各地纷纷投资发展，其中最突出的是对于市政给水用、燃气用聚乙烯压力管道系统和埋地排水用聚乙烯或聚氯乙烯非压力管道系统。

根据不完全的统计，在近3年中新建聚乙烯压力管的生产能力已经超过30万吨，新建聚乙烯或聚氯乙烯埋地排水管的生产能力已经超过20万吨。

而且目前还有新项目在建设或在筹备。

我国塑料管的产品结构正在发生迅速变化，塑料管在各个领域应用量的分布逐步，接近于发达国家的市场情况。

据中国塑料加工工业协会消息，目前，中国塑料管材的年增长率已达15%，位居世界第一位，这已经引起了行业人士的普遍关注，这种发展速度是喜人的，预示着巨大的市场容量和整个行业的兴盛。

同时近年来随着塑料管材工业的迅速发展，塑料管材的品种也不断的增加。

且市场前景十分广阔。

1、中国经济持续高速增长，生活水平提高。

居民迫切要求改善居住条件，同时中国正在实施城镇化的发展战略，预计城镇人口每年要增加1800万。

住宅建设规模空前，过去5年中国城镇住宅年平均竣工面积高达6.8亿平方米。

2、中国政府大规模投资于基础建设；西部大开发，西气东输，南水北调以及全国公路网铁路网建设等巨大工程，都为塑料管开辟了空前的市场。

3、中国更加重视环境保护和治理，重视卫生保健，各地防治江河湖海污染和改善生态环境的工程，为塑料管的应用创造了新机遇。

同时由于中国水资源短缺的压力日益严重，农业的发展要依靠节水已经形成共识。

各种节水的灌溉措施都需要塑料管。

4、经过近十几年的建设和广泛引进国外先进技术，中国塑料管生产和应用的基础已经初步完备，大量推广应用的条件已经成熟。

中国塑料管业已经成长起一批有实力参与国际市场竞争的企业集团。

中国塑料管业正在实现产业水平的提升和结构的优化，加快从塑料管大国向塑料管强国发展的步伐。

5、中国政府大力提倡和支持发展化学建材，各级和各地有关部门采取了很多推广应用塑料管的措施。

6、塑料管已经成为目前中国的投资热点，不少有实力的企业集团在金融业支持下，正在实施或策划规模很大的新建或扩建项目。

7、在全世界市场上，塑料管一直保持稳定增长。

新兴技术在不断的发展，在很多应用领域内塑料管替代传统管材是不可抵挡的趋势。

1.3聚乙烯（PE）管材的应用扩展

　现如今聚乙烯（PE）管材以扩用于城市燃气、城市给水、城市排水、建筑给水等输送管道等领域，其主要类型有：

1.普通聚乙烯管材

　这是最传统的塑料管材之一，按所使用的原料树脂的不同分为高密度聚乙烯（HDPE）管材、低密度聚乙烯（LDPE）管材及线性低密度聚乙烯（LLDPE）管材等。

HDPE管材主要用于给水管道、农村打井用管及电信电缆用外护套管等；LDPE管材主要用于给水管道，农田灌溉用管等。

2.交联聚乙烯管材

交联聚乙烯管材主要分为硅烷交联聚乙烯管材、过氧化物交联聚乙烯管材及辐照交联聚乙烯和。

由于地面辐射采暖在北方等寒冷地区的普及，交联聚乙烯管材近1～2年来发展速度较快，生产厂家不断增加，尤其是过氧化物交联聚乙烯管材的生产设备投资小，产品价廉而迅速占领了市场。

我省有十几家生产交联聚乙烯管材的生产企业，而多数是过氧化物交联聚乙烯管材。

3.缠绕结构壁聚乙烯管材

按缠绕成型后的产品结构的不同分为几种，最常见的有产品类似双壁波纹管结构的管材，主要用于农村找井用管材，规格多在∮600mm一下。

另一种为内外壁基本平滑的双壁管材，主要用于市政排水。

4.聚乙烯双壁波纹管材

该管材主要用于通信电缆的套管。

大口径高密度聚乙烯挤出双壁波纹管材，主要应用领域是市政排水。

5.电线电缆套管用阻燃聚乙烯

该种和是以低密度聚乙烯（LDPE）为原料，添加阻燃剂等或阻燃母料经挤出而成，主要用于建筑物内的电线电缆套管。

6.保温管道用的高密度聚乙烯外护管

该种管材作为聚氨酸泡沫塑料预制直埋保温管的外护管，主要用于市政供暖管线上。

7.燃气管道用聚乙烯管材

该种管材的开发及使用的时间较早，主要用于建筑物外的燃气管道上，该管材的生产要求较严格，所使用的原料中密度聚乙烯（MDPE）需要进口。

8.硅芯管

硅芯管是由高密度聚乙烯（HDPE）与含硅物质材料经共挤而成的管材，主要用于光纤通信电缆的套管。

二、聚乙烯管材的生产工艺

2.1材料性能要求

燃气用PE管材是传统的钢铁管材、聚氯乙烯燃气的换代产品。

燃气管必须承受一定的压力，通常要选用分子量大、机械性能较好的PE树脂，如

HDPE树脂。

LDPE树脂的拉伸强度低，耐压差，刚性差，成型加工时尺寸稳定性

差，并且连接困难，不适宜作为给水压力管的材料。

但由于其卫生指标较高，

LDPE特别是LLDPE树脂已成为燃气管的常用材料。

LDPE、LLDPE树脂的熔融

粘度小，流动性好，易加工，因而对其熔体指数的选择范围也较宽，通常MI在

0.3-3g/10min之间。

一种好的管道，不仅应具有良好的经济性，而且应具备接口稳定可靠、材料抗冲

击、抗开裂、耐老化、耐腐蚀等一系列优点

2.2材料的选用

1．聚乙烯的熔融指数

聚合物分子量的大小直接影响聚合物分子间作用力，而分子间作用力又决定物质内聚能密度的高低，所以聚乙烯无论是作为热熔胶或作为涂覆材料，其熔融指数都影响着教结强度。

一般来说，随着分子量的增加，大分子缠结点及吸引点增多，内聚力增大。

在内聚力和教附力大致相等的分子量下，教结强度最大，破坏从内聚破坏变为混合破坏；当分子量超过某一数值时，教结强度减少，破坏转变为界面剥离破坏，即使分子量再增加