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

本站编辑 | 2017-12-07 16:26:47

    中国是世界第一产煤大国,煤炭产量占世界的30%,作爲中國的主要能源,煤炭在能源生産和消費結構中一直占2/3以上,因此煤炭資源的安全生産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准。

    我国煤矿最初的鋼管由于笨重、搞腐能力差、易氧化脱层等诸多原因,已逐渐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
    现阶段我国煤矿用管道主要分以下几类:鋼管、煤矿用PE管、煤礦用鋼絲網骨架PE複合管道,此幾類管道在生産和應用中各有不同,下面從材料性能、當前生産與使用狀況、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
    鋼管虽然作为抽放管路最传统的管道,有断裂强度高的特点,但是也有其重量大、安全性差、不易安装、易磨损、容易受酸碱流体或空气的腐蚀,使用寿命短,更换繁索等缺点。
1.1.2當前生産與使用狀況、發展前景
    在煤矿中特殊的地方,比如垂直高落差输水、排水、以及高压差抽排风等方面还占有重要地位,但是鋼管在整个煤矿中的使用比例不断下降,逐渐被其它种类的管道所代替。
1.2普通PE雙抗管(現主要爲MPE100
    煤矿管要求比较高,PE80性能較低,所以廠家多用PE100級樹脂作主體生産原料。
1.2.1性能指標
    PE双抗管大量应用以来逐渐成为鋼管的替代品。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 时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,雙抗改性後抗沖擊強度則只有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當前生産與使用狀況
    目前我国普通PE雙抗管市場占有率約爲50%,一方面産品用量巨大,另一方面幾乎所有的生産廠家都發生過雙抗PE管井下開裂和接頭斷裂事故,因此現在生産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生産廠家都非常謹慎,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,生産企業都很謹慎,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,生産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
    鉴于本身的材料性能,MPE100在井下使用存在嚴重缺陷和巨大事故隱患。據了解,PE雙抗管的産地主要集中在山東省,生産企業衆多,生産技術很成熟,但如果解決不了PE雙抗管道在煤礦中的安全問題,此類管道的生産企業將同時面臨著競爭激烈與售後客戶服務問題。
    综之,煤矿用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複合管
    钢丝网骨架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
    此类複合管的综合性能比实壁管高,比重只有钢材的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生産與使用
    此类管道的生产厂家很多,竞争也很激烈,价格比普通管高,但安全性比普通管好。
    钢丝网骨架PE複合管主要应用在市政供排水、燃气输送,以及煤矿中普通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
    超高雙抗管是相关研究机构或生产企业一直在进行研究的一种材料,特别是近几年在国内发展很快,近期有报导上海某机构成功研发出超高雙抗料,其它也有些生产厂家成功开发出了自己的超高雙抗管。
2.1性能指標
    超高雙抗管抗拉强度达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、不粘性使它成爲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後的各項性能的對比。可以看到PE100改爲MPE100後,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%,同樣的雙抗改性後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,是煤炭部頒標准(9MPa[3]2.5倍,抗沖擊也由大于130 kj/m^2,降到大于40 kj/m^2,降幅爲70%,仍是MPE100抗沖能力的4倍多。另外雙抗改性後的環剛度也是MPE1001.2倍。
1.各管材性能
 

超高管

超高雙抗

PE100

MPE100

部標准

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
生産狀況
    现国内有多家公司用普通管材料改性通过顶出法成功开发出了超高分子量聚乙烯双抗管。另据报道,上海某机构联合北京某高校,使用全新的改性原料,通过真空定径法,也成功开发出了超高分子量聚乙烯双抗管,刚开发出的时间不长,原料价位比较高,用此种新改性原料生产管道,国内还不多见。
3、總結
    MPE100以及鋼絲網PE複合管有市场空间,同时它的利润较低,而超高虽然有很好的性能,但它的生产技术还不成熟。
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産品就會被淘汰。市場競爭過大甚至供過于求的項目,成本戰最後可能孕育著大浪費、大風險,有關專家分析認爲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、新技術産品來打開塑料管道新局面。
 
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