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压力管道基础知识

作者:admin 发布时间:2018-07-10 15:50

1 概述
管道已成为国民经济和各行各业基础设施的重要组成部分,管道运输在发展国民经济中的作用日益增强。管道从根本上加强了运输。首先是采油企业,油库和储气库,石油化学和化学工业的运输,食品行业和其它工业的运输,管道在市政设施中的作用越来越大,可用于输送饮用水、供暖水、污水、煤气等。
管道种类很多,按材质构成大体可分为无机材料管、金属材料管、高分子材料管、及高分子复合材料管。高分子材料管又分为橡胶管及塑料管;高分子复合材料管则分为钢塑复合管、铝塑复合管、多层复合管等。本章将重点介绍几种新型的塑料管,铝塑复合管及我公司产品——钢骨架塑料复合管。
2 几种新型塑料复合管。
用于各种介质输送的管材主要有两大类:一类是金属管,另一类是塑料管。在金属管材中,钢管价格低,强度高,一直占主导地位。但由于钢管有耐腐蚀性差、易磨损、不易联接等缺点,人们一直想开发出新型管材将其取代。不锈钢管及铜、铝管等虽在一定场合下耐腐蚀性好,但价格太高,不可能大面积使用。塑料管材自从工业化生产以来,在各个领域得到广泛应用,特别是在排水管路施工中大量取代了传统的钢管。然而,单一的塑料管材也存在其致命缺点;一是耐热性差,长期使用温度不超过60℃;二是刚性不好、耐压性差,因而不能广泛地取代传统钢管。为此,众多科研及企业单位竞相开发性能更加优异、价格适中的新型管道。
2.1超高分子量聚乙烯管
超高分子量聚乙烯(UHMW—PE)是一种优异的工程塑料,其耐磨性,冲击强度,耐低温性均居各种工程塑料之首,尤其是耐磨性及润滑性,均优于除聚四氟乙烯外的其它塑料材料。但由于UHME—PE树脂分子量极大(约150—400万),熔体粘度高,流动性极差,并且临界剪切速度低,加工打滑,挤出不稳定,过去多采用压制烧结法生产一些板材,棒材为短管。最近,清华大学研制出了采用传统的塑料管材成型工艺,生产此种管材的新技术,其工艺过程如下:
备料——挤出机中混合——压缩——烧结——挤出——定型——冷却——切断——包装
产品及技术特点:
2.1.1 具备普通聚乙烯管的所有特点;
2.1.2优异的耐磨损性及润滑性;
2.1.3较高的韧性及抗冲击性;
2.1.4缺点为设备投资大、加工困难,尚无法生产与之配套的管件;
2.2 化学交联聚乙烯管材
交联聚乙烯管以高密度聚乙烯作为主要原料,通过高能射线或化学引发剂的作用,将线型大分子结构转变为空间网状结构,生产出的交联聚乙烯管材可以在-75℃—+110℃和0.6Mpa压力下长期使用。
交联聚乙烯管材具有卓越的耐环镜应力开裂性、耐热性、耐蠕变性、较高的抗撕裂性及抗缺口开裂性,并克服了普通聚乙烯对填料的敏感性,既使配混较多的改性填料如增强剂、导电填料、阻燃剂等。
无论是用化学方法还是用物理机械方法使聚乙烯交联,均可以改善聚乙烯的性能。聚乙烯交联后,耐热性及热强度、耐热老化性、耐环境应力开裂性、电绝缘性、阻燃性、阻隔性、耐汽油和芳烃性、耐蠕变性等都得到较大的提高。
化学交联聚乙烯管材生产工艺流程:
原料配混——反应剂出——管材成型——水解交联——检验——成品
产品及技术特点:
2.2.1具备普通聚乙烯管的所有特点;
2.2.2适用温度范围宽,可以在–75℃——+110℃ 下长期使用;
2.2.3交联度高,质地坚实而有韧性,抗内压强度高,20℃时的爆破强度大于4MPa,95℃时爆破强度大于2Mpa,95℃下使用寿命长达50年;
2.2.4缺点为工艺流程长,生产难以控制。
2.3铝塑复合管
在所有金属——塑料复合管中,最引人住目的是铝塑复合管。这种管的外壁和内壁各为一层高密度聚乙烯或交联聚乙烯,中间为一层薄铝板焊管;铝管与内外壁层聚乙烯之间各右一层粘合剂牢固粘结。
生产工艺流程如下:
卷铝——铝带成型——铝管焊接——内壁复合挤出成型——外壁复合挤出成型——冷却——牵引——打印——锯切——卷取——包装
产品及技术特点:
2.3.1具备普聚乙烯管的所有特点;
2.3.2较高的强度;
2.3.3较高的使用压力;
2.3.4缺点是长期使用内壁塑料管与中间铝管易剥离。
3钢骨架塑料复合管
钢骨架塑料复合管的先进性体现在其产品结构的先进性及合理性上。纯塑料管如PVC(聚氯乙烯)管、PP(聚丙烯)管、PE(聚乙烯)管等具有优良的抗腐蚀性能,但其耐压强度较低,虽然交联聚乙烯较好地解决了耐热性和耐老化问题,但该管材仍存在刚度和耐压能力偏低,以及气液阻隔性差的问题,在一定程度上限制了其广泛应用;目前输送腐蚀性流体的管路一般采用玻璃管、酚醛石棉管及玻璃钢管,玻璃易碎,使用不安全;酚醛石棉管对环镜有污染,且成本高;玻璃钢管加工工艺复杂,成本也难降下来;钢塑、铝塑复合管则由于管壁内外塑料被它们包覆的钢管或铝管完全隔离开来,此类产品虽耐压较高,但在使用的过程中因金属和塑料的热收缩相差太大(线膨胀系数:PE/钢=10),长时间使用时因两者间滑动易产生剥离,仍会造成中间的金属管和腐蚀性介质接触而被腐蚀以致管道的泄漏。钢骨架塑料复合管则是结合塑料的耐腐蚀性与金属(钢丝)的高强度各自的优势,即管壁的内外层塑料通过管壁中间的金属网孔连接为一体(如同钢筋混凝土的结构形式),即解决了因双方热收缩差异较大易剥离的问题,又提高了管材的抗腐蚀性能,同时和相同规格、相同壁厚的纯塑料管相比耐压强度大大提高(表1)。


表1.钢骨架塑料复合管与纯塑料管性能比较(见GB/T4219-1996和GB/T13663-92,钢骨架塑料复合管的承压能力为华创天元实业发展有限责任公司企标)

 

材料 公称外径mm 承压能力MPa 管材壁厚mm
HDPE 250 1.0 22.7
PVC-U 250 1.0 18.4
钢骨架塑料复合管 276 1.6 13.0


工艺流程(略)
产品及技术特点:
3.1耐腐蚀性:就防腐性能来说,钢骨架复合管不亚于任何其他的纯塑料管。从外观来看,我们的管子和纯PE管毫无区别,钢骨架完全复合于塑料中,真正做到了双面防腐。我们采用的聚乙烯原料具有很高的化学稳定性,可总结如下:20℃时,它不溶于所有的无机和有机溶剂,只有长时间与温度较高的强氧化剂接触后(如浓硫酸,浓硝酸),它才会分解。
3.2耐老化性:我们采用的聚乙烯原料在20℃实验情况下,预期服务寿命达100年,50年以上允许的连续使用温度明显高于40℃。一般来说钢骨架塑料复合管道适用于暴露于高能辐射状态下的各种应用。HDPE管成功的用来输送放射性排放物和用做核能技术的冷却水管道已有多年。长期暴露于户外由于风吹日晒的作用,特别是在阳光中的短波紫外线和大气的共同作用下,聚乙烯的性能会下降。我们原料中加入的稳定剂可以抵消任何可能性的热老化现象。
3.3耐磨性:钢骨架塑料复合管的内壁绝对粗糙度为Ra=0.22-0.47um,比钢管的Ra(约为20-50um)小约100倍。对于输送粉状物料、液体及气固混合物料,如矿浆、煤粉、烟尘等有良好的耐磨性。塑料管道行业普遍认为由于塑料管不结垢,同样管径(内径)塑料管的输送能力比钢管提高20-30%,钢骨架塑料复合管材具有和塑料管相同的输送能力(相同规格)。
3.4耐压性能:钢骨架塑料复合管的特殊之处就在于它既防腐又耐压。钢网作为增强相,是复合管的主要承力体,它在管子输送介质时承担大部分的压力,并且约束塑料的蠕变和收缩、膨胀变形,它会把管内的径向压力变成轴向的拉力。通过实验可知,其承压能力是相同规格纯塑料管的几倍。
3.5保温性能:钢骨架塑料复合管的导热系数可以认为就是HDPE的导热系数:0.43W/MK,比钢管的导热系数要小很多,因此,除有特殊要求外,一般不需要采取保温措施。
3.6其他性能:钢骨架塑料复合管还可以耐微生物的侵蚀;采用法兰或电熔连接,连接可靠;由于它的密度仅为钢材的40%,所以施工操作简单,维修方便。

 

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