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聚乙烯(PE)燃氣管道的應用與發(fā)展
一、 燃氣用埋地聚乙烯管道系統(tǒng)發(fā)展簡史
本世紀在管道領(lǐng)域發(fā)生了一場革命性的進步，即“以塑代鋼”。隨著高分子材料科學技術(shù)的飛躍進步，塑料管材開發(fā)利用的深化，生產(chǎn)工藝的不斷改進，塑料管道淋漓盡致地展示其卓越性能。在今天，塑料管材已不再被人們誤認為是金屬管材的“廉價代用品”。在這場革命中，聚乙烯管道倍受青睞，日益發(fā)出奪目的光輝，廣泛用于燃氣輸送、給水、排污、農(nóng)業(yè)灌溉、礦山細顆粒固體輸送，以及油田、化工和郵電通訊等領(lǐng)域，特別在燃氣輸送上得到了普遍的應用。
1. 國外聚乙烯燃氣管發(fā)展簡史
1933年英國ICI公司首先發(fā)現(xiàn)了聚乙烯(PE)。發(fā)展至今，聚乙烯已是由多種工藝方法生產(chǎn)的、具有多種結(jié)構(gòu)和特性及多種用途的系列品種樹脂，已占世界合成樹脂產(chǎn)量的三分之一，居第一位。
第二次世界大戰(zhàn)時期，由于銅與鋼材的短缺，國外開始研究在燃氣輸配等領(lǐng)域使用塑料管。燃氣輸配用塑料管的材料按應用的起始年代分別為：醋酸-丁酸纖維素（1949年美國），硬聚氯乙烯（1950年原西國），耐沖擊聚氯乙烯（1952年美國），環(huán)氧玻璃鋼（1955年美國），聚乙烯（1956年美國），滌綸（1963年意大利）和尼龍（1969年澳大利亞）。隨著時間的推移和對燃氣工程運行經(jīng)驗的不斷總結(jié)，人們逐漸認識到在應用塑料管時應考慮以下幾個方面的因素：
a.經(jīng)濟性
b.接口穩(wěn)定、嚴密性
c.耐環(huán)境應力開裂
d.耐腐蝕和耐化學性
e.耐老化性
f.韌性
g.柔軟、可撓性
h.耐久性
i.強度與溫度的關(guān)系
j.長期靜液壓強度的大小
經(jīng)過順序淘汰，到60年代后期，只剩下聚氯乙烯管和聚乙烯管。聚氯乙烯管雖然強度大，成本低廉，但與聚乙烯相比有如下缺點：
a.脆性，易產(chǎn)生斷裂現(xiàn)象；
b.缺乏可撓性，不能盤卷等；
c.接觸溶劑的可靠性差等。
因此，采用聚氯乙烯管的數(shù)量大幅減少，而使用聚乙烯管顯著上升。自1956年鋪設(shè)第一條聚乙烯燃氣管道以來，到70年代，在歐洲和北美，聚乙烯管道在燃氣領(lǐng)域得到迅速的推廣應用。聚乙烯管道在各國燃氣管道上的廣泛應用已成為管道領(lǐng)域最為引人注目的成就。這一方面是由于聚乙烯材料制作管道具有非常獨到的技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)勢，另一方面是由于聚乙烯管道的原料性能，管材、管件制造工藝，連接方法，連接機具以及運行中的維修手段等在多年的實踐中，已達到完善的配套系統(tǒng)。時至今日，在燃氣領(lǐng)域，無論是對于新鋪設(shè)或舊管道的修復和更新，聚乙烯管都是主要的選擇之一。歐洲的PE燃氣管道普及率極高，如英國、丹麥等國均超過90%，法國1998年新敷設(shè)燃氣管道幾乎100%采用聚乙烯管道。早在1988年，在慕尼黑召開的國際煤聯(lián)(IGU)配氣委員會會議，委員們一致認為采用聚乙烯(PE)埋地燃氣管道質(zhì)量可靠，運行安全，維護簡便，費用經(jīng)濟。這種共識顯然是五十年來聚乙烯管道與其它管道反復比較、競爭后達成的。應該指出，這不僅應歸功于PE管的優(yōu)良的綜合性能，而且緣于PE管道的原料性能，管材、管件制造工藝，連接方法，連接機具以及運行中的維修手段等在多年的實踐中，不斷取得革命性的進步。如對PE管道性能影響最大的因素之一的原料，隨著聚合工藝的改進，八十年代水平PE管材原料與七十年代水平相比較，即取得極大的進步。 經(jīng)過近半個世紀的不斷發(fā)展，時至今日，聚乙烯管道已成為最成熟的塑料管道品種之一。自六十年代初，探索聚乙烯管道用于燃氣輸送以來，圍繞聚乙烯管道系統(tǒng)的各個方面的研究和開發(fā)工作就一直未間斷，且異�；钴S。世界上很多國家聚乙烯樹脂制造商、管材制造商、管件及管路附件制造商、管材擠出設(shè)備制造商、管道的施工和使用單位（如燃氣公司和自來水公司）、施工機具的制造商、產(chǎn)品認證機構(gòu)、有關(guān)大學和科研機構(gòu)均以極大的熱情投入到這項工作中來。研究開發(fā)的廣度、深度及速度，是其他類塑料管道所難與比擬的。聚乙烯管道系統(tǒng)的高度成熟突出表現(xiàn)在：
（1） 聚乙烯管材級原料不斷發(fā)展，八十年代末第三代聚乙烯管材樹脂（PE100）出現(xiàn)，使大口徑管的使用也具有了優(yōu)勢。
（2） 嚴謹而科學的管道設(shè)計理念。對聚乙烯管材料長期使用性能的評價形成了系統(tǒng)科學的標準評價方法，從而在設(shè)計上保證了長期使用性能及使用的安全性。
（3）高度成熟的制造設(shè)備和擠出工藝。
（4）與管材同步發(fā)展，多品種配套的管件。
（5）管道連接、施工和維護的成熟技術(shù)與設(shè)備。
（6）豐富的研究成果、大量成功的工程實踐和系統(tǒng)完備的標準體系。從原料到工程施工，從產(chǎn)品要求到質(zhì)量的控制方法，聚乙烯管道系統(tǒng)均具有完備的ISO標準。標準的高水平和系統(tǒng)化，標志了聚乙烯管道發(fā)展的高度成熟。
2. 國內(nèi)聚乙烯燃氣管發(fā)展簡史
我國是從80年代初期開始聚乙烯燃氣管的研究工作,最早使用聚乙烯管輸送城鎮(zhèn)燃氣是1982年在上海。為使聚乙烯燃氣管研究工作受到重視并順利進行，國家科委1987年把“聚乙烯燃氣管專用料研制和加工應用技術(shù)開發(fā)”列為國家“七五”科技攻關(guān)項目，從專用原料─管材、管件加工─工程應用─標準規(guī)范制定進行系統(tǒng)研究，取得豐碩成果。1995年，國家技術(shù)監(jiān)督局、建設(shè)部分別頒發(fā)了PE燃氣管材、管件的國家標準和工程技術(shù)的行業(yè)規(guī)程。目前，PE燃氣管正在國內(nèi)迅速推廣使用。在PE燃氣管推動下，國內(nèi)已基本掌握PE工程管道的生產(chǎn)與使用技術(shù)，引進了相當數(shù)量的國際一流生產(chǎn)線，形成了相當規(guī)模的生產(chǎn)能力。這對聚乙烯燃氣管的發(fā)展奠定了堅實有力的基礎(chǔ)。99年國內(nèi)聚乙烯燃氣管材產(chǎn)量已近1萬噸，并以20%的年增長率向前發(fā)展。
二、 聚乙烯燃氣管原料特性及其發(fā)展
聚乙烯管習慣上按照密度分為低密度及線型低密度聚乙烯（LDPE及LLDPE）管（密度為0.900-0.930g/cm3），中密度聚乙烯（MDPE）管（密度為0.930-0.940g/cm3）和高密度聚乙烯（HDPE）管（密度為0.940-0.965g/cm3）。由于材料的不斷進步，根據(jù)發(fā)展階段和性能的不同，產(chǎn)生了材料的等級分化，密度不能反映聚乙烯作為管材的本質(zhì)性能，因此目前國際上根據(jù)聚乙烯管的長期靜液壓強度（MRS）對管材及其原料進行分類和命名。長期靜液壓強度是指連續(xù)施加在該聚乙烯樹脂制管管壁上50年時引起管材破壞時所計算的在管壁上的環(huán)向張應力，該值是管材結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)。聚乙烯管的工程設(shè)計概念與金屬管不同，對于金屬管的設(shè)計，廣泛的使用環(huán)境溫度下的屈服強度系數(shù)。而聚乙烯管與金屬管不同，它受持續(xù)應力及溫度變化的影響，因此聚乙烯管的設(shè)計應力應根據(jù)長期強度來決定，即通過繪制恒溫下應力與破壞時間的曲線來確定。根據(jù)聚乙烯管的長期靜液壓強度（MRS），國際上將聚乙烯管材料分為PE32、PE40、PE63、PE80和PE100五個等級。目前國際上使用量最大的管材樹脂的MRS值為8.0MPa(PE80級)，而MRS值為10MPa(PE100級)的管材樹脂的已開發(fā)成功，這種樹脂采用雙峰
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