增强热塑性塑料复合管在我国的发展现状

1增强热塑性塑料复合管在我国的发展现状浙江伟星新型建材股份有限公司王登勇北京塑料集团公司吴念一、前言:我国塑料管道的生产和应用从上世纪九十年代起，开始进入一个快速发展时期；从2000年起，我国塑料管道的产量在世界各国塑料管道产量的排位已经是第二位。在新世纪的前十年，我国塑料管道行业继续快速发展，每年都以高于国民经济平均发展水平的1-2倍的速度发展，2008年的年产量达到了460万吨，超过美国而位居世界第一。2010年总产量达到800万吨以上，约占世界塑料管道总产量的40%。到目前为止，我国塑料管道已经经历了近20年持续高速发展，这在世界塑料管道发展历史上是前所未有的。表1是2000-2009年我国塑料管道产量和增长速度。表：12000年-2009年中国塑料管道产量和增长速度年份2000200120022003200420052006200720082009产量（万吨）78.6121.4136.9163.8190.7236.7288.1331.8459.3580.4增长率（%）54.412.819.616.424.121.715.228.218.9表2是国际上塑料管道主要生产国近年的产量情况，从中可以看到中国塑料管道行业在国际塑料管道行业的地位。中国塑料管道产量不仅超过了美国，也超过了欧洲的总和，是我们的近邻日本、俄罗斯等国产量的十几倍；因此中国已经毫无悬念的成为世界上塑料管道的第一生产大国。表2世界塑料管道主要生产国产量比较单位；万吨国家美国意大利德国法国英国西班牙印度日本俄罗斯中国年代2006200420042004200420042006200920082009产量44444.84236.430.830.89046.237.6580注：欧洲4国的产量根据KWDglobalpipe175中AMI报告的2004年数据；美国的产量根据Freedoniagroup,Inc.,的2006年数据。日本的产量根据JPIF日本塑料工业联合会2007年统计资料。中国产量依据2007年统计数据。相对于传统的用钢材、铸铁、水泥、陶瓷等材料制成的管道，塑料管道具有以下主要优点：质量轻，能够节省运输和施工费用；耐腐蚀、无锈蚀，对输送介质没有污染，能够有效防止介质在输送过程中的二次污染问题；铺设方便、连接快捷可靠，节2省施工、安装、维护费用和工期；使用寿命长，使用寿命周期费用低，综合经济指标好；塑料管道生产效率高，适合工业化大规模生产，容易达到较高的经济指标；塑料原料资源丰富，多数可以回收再利用；塑料的导热系数小，输送热介质时热量损失小；特别是生产同等体积塑料的能耗仅是钢铁的1/3-1/4；因此塑料管道是一种优秀的节能减排材料，符合当今世界“节能减排”、“循环经济”、“低碳经济”的经济发展大趋势。因此塑料管道近几十年来在世界范围内迅速兴起，已经成为一个相当规模的重要产业。我国的塑料管道行业也已经发展成为国民经济中的重要组成部分，生产技术和应用技术在市场需求的刺激下不断发展。其中增强热塑性塑料管(RTP)就是一个热点。二、增强热塑性塑料管(RTP)发展的市场背景我国塑料管产量已经位居世界第一大国。在塑料通用管道领域已经相当成熟，竞争非常激烈。塑料管道企业都在寻求新的发展亮点,寻找新的市场。增强热塑性塑料复合管（RTP）就是一种值得关注的产品：2.1全塑料管道性能有局限性，要进入新的应用领域必须走增强管道的道路。热塑性塑料管道系统有许多优点，但是全塑料管也有明显的缺点，比如：强度较低，刚度较小，耐热也比较差，因此在需要承受较大负载或者复杂负荷（同时承受内外压）和比较恶劣的外部环境下（海滩、海涂、沼泽、沙漠等）就不能使用全塑料管。有不少应用领域需要能够承受较大压力或者复杂负荷的塑料管道系统。比如：石油、天然气开采业、矿山、化学工业、工程和市政抢险临时管道等。传统上需要承受较大负载领域的管道都使用金属管，但是金属管容易腐蚀的缺点常常造成很高的运行费用。并且金属管是刚性管道，不可能做成盘卷管，施工铺设费用也很高。因此，近年来，随着塑料管道技术的发展，国外在探索开发既具有热塑性塑料管道系统优点（有一定柔韧性，能够制成较长的盘管）又能克服其缺点（强度低、刚性小）的增强热塑性塑料管道系统（RTP）。2.2原材料不断上涨的压力，促使在塑料管道的通用领域应用增强技术来降低成本。国际石油价格的不断上涨，引起塑料原材料价格的不断上涨，因此对塑料管道行业形成极大的生产成本不断升高的压力。实践已经证明，在塑料管道通用领域采用增强塑料管，可以比全塑料管明显减少树脂的消耗量，从而降低生产成本。3所以近年国内不少企业投资生产“钢丝缠绕增强聚乙烯管”，并且取得较好的市场回报。2.3市场需求的分析：需要使用增强塑料管道的市场，基本可以分成三个领域。其一：小直径高压柔性管道(5-25MPa)用于油田注水等。直径50-150mm，盘卷管。小直径高压柔性管道是用来替代目前油田注水使用的钢管和玻璃钢管的，因为耐腐蚀性好，并且以盘卷形式供应方便铺设，因此取代的优势非常明显，如果性能可靠、价格合理，能够取代传统的钢管和玻璃钢管。在这个领域国内目前只有“长春高祥”和“海王星海上工程公司”少数企业的钢带缠绕增强塑料管道（RTP）可以达到“即耐高压又有柔性”的要求。这个市场竞争对手少，产品利润率较高；但是生产技术复杂，进入油田需要办理入网许可。其二：小直径中压柔性管道(1.6-5MPa)用于油田和矿山输水、输气、输浆，工程和市政抢险或者临时铺设的管道。直径100-200mm，盘卷管。小直径中压柔性管道用来替代目前油田和矿山使用的钢管和玻璃钢管，因为耐腐蚀性好，可以盘卷供应，方便铺设（尤其在沙漠，海滩等环境中），如果性能可靠、价格合理能够逐步推广使用。工程和市政抢险中要大量使用管道，近年来重量轻、连接和铺设方便的塑料管道被逐步看好，在地震和矿难中发挥了巨大的作用。在今天国家重视“民生”的政策下，会有较好的市场前景。在这个领域国内目前有“长春高详”的钢带缠绕增强塑料管道和钢丝编织增强塑料管道，以及“南京航天晨光股份”的芳纶纤维增强管道。国内比较多的“钢丝缠绕增强聚乙烯管”，目前公称压力值也能够达到1.6-3MPa，主要缺点是不能盘卷，并且使用压力还不够高，连接方式则只有单一的“直管段+电熔管”件连接。其三：大中口径的低压管道（1.6MPa）用于城乡输水管道。直径100-1600mm或者更大，200-250mm以下以盘卷形式供应，200-250mm以上直管供应。在这个领域预计市场较大，但是竞争的产品也会很多。在这个市场目前主流产品是全塑料的PE和PVC管道，开发增强热塑性塑料管道的可以减少塑料材料的消耗并降低生产成本。符合当今“节能减排”的世4界经济发展潮流。目前国内在这个领域进入市场的增强管主要是“钢丝缠绕增强聚乙烯管”，直径可以做到630mm。国内已经有超过100条生产线，估计年销售在5-6亿左右。缺点是：小直径不能盘卷供应，大直径不能超过630mm；只能采用单一的电熔管件连接；使用压力不够高。市场期望能够开发出的增强塑料管应该具有以下优势：系统成本（管材、管件加铺设）低于全塑料管道，直径可以达到1600mm或者更大，小直径范围（小于200-250mm）可以盘卷供应，要有多种简便可靠的连接方法。三、增强热塑性塑料管(RTP)简介增强热塑性塑料复合管（ReinforcedThermoplasticPipe，简称RTP）是近年在国际上新发展起来的一种塑料管道，主要的特点是即能够承受较高工作压力，同时还保持了聚乙烯管道有一定柔韧性的优点，可以做成盘管（连续管）形式，每盘长度从几十米到近千米。国外主要应用在石油、天然气开采，高压长距离输送天燃气以及各种需要较高压力输送介质的管线领域。增强热塑性塑料复合管是一种塑料复合压力管，其种类很多。但是主要特征是管壁由三层组成（图1），一般内层是耐腐蚀耐磨损的聚烯烃内管(目前用PE居多)；中间层为增强材料层，可以用高强度的各种合成纤维(如芳纶)、无机纤维（比如玻璃纤维、玄武岩纤维）、钢丝等先制成增强带（图：2）或者直接使用钢带，通过缠绕来增强，一般称为二步法。外层一般是用聚烯烃(目前用PE居多)的功能保护层(如加抗划痕、抗静电、阻燃等)，以满足不同的应用要求。.也可以直接使用高强度的各种合成纤维(如芳纶)、无机纤维（比如玻璃纤维、玄武岩纤维）、钢丝等直接缠绕在内管上成为增强层；也即被称为一步法的工艺。国内目前应用比较多的钢丝缠绕增强管道即是属于这一类。1，内管2，增强层3，外层图：1RTP管道结构图：2RTP的增强带5四、国外发展概况国外RTP管道发展比较快，已经有多种产品进入应用市场，以下分别介绍一种二步法使用增强带缠绕的RTP管道以及直接使用纤维缠绕增强（一步法）的RTP管道。1、荷兰的“PipelifeNederlandB.V.()()”所生产的商品名为“SoluForce”的RTP管道，其结构特征是三层复合，即PE内衬层/芳纶纤维增强带或钢丝增强带/PE外护套层。可盘卷成长管带。其常用规格：直径3，4英寸，最大工作压力2.9-15MPa。如下表：（表：3）表：3“SoluForce”常用规格分类SOLUFORCELIGHTSOLUFORCECLASSSOLUFORCEHEAVY结构PE100-合成纤维-抗UV白色PE100PE100-钢丝-抗UV白色PE100型号L450L540M450M570H415H512天然气用压力(MPa)20℃2.54.2----碳氢化合物用压力(MPa)65℃2.62.16.55.2??水用压力(MPa)65℃3.62.99.07.21515ID(mm/英寸)100/4”125/5”100/4”125/5”100/4”125/5”OD(mm/英寸)125/5”150/6”125/5”150/6”125/5”150/6”重量(kg/m)4.55.84.65.97.09.0最小弯曲半径MBR(m)卷长(m)400400400400280280国内“南京航天晨光股份”所引进的RTP生产技术就是属于这种产品，采用的是合成纤维（芳纶）增强带来缠绕增强。2、加拿大Calgary旗下的一家非金属抗腐管道企业“FlexpipeSystemsInc.()”所生产的商品名为“Flexpipelinepipe(FPLP)”RTP管道（图：3），结构特征是三层复合HDPE/玻璃纤维增强层/HDPE，经过处理的玻璃纤维缠绕在内管上作为增强层，由于玻璃纤维没有涂覆环氧树脂，因此保留有一定的柔软性。外护套层是含有抗紫外线添加剂的PE，是可盘卷管道，长度可以达到2100米。主要市场在加拿大和美国的石油、天然气开采业。主要规格为：直径2，3，4英寸，最大工作压力等级2.1，5.2，10.3MPa。(300，750，1500psi)。见下表：（表：4）6图：3玻纤增强管表：4Flexpipelinepipe(FPLP)主要规格FP150FP301FP601最大工作压力60℃2.1MPa(300psi)5.2MPa(750psi)10.3MPa(1500psi)公称直径(英寸)34234234ID(mm)7799547799547799OD(mm)95122699712473101130重量(kg/m)2.64.01.73.04.92.54.36.9MBR(O)(m)1.82.11.21.82.11.21.82.1卷长(m)75075010007507501000700600五、我国发展概况：1、“南京航天晨光股份”从“克劳斯-玛菲”所引进的RTP生产技术，采用的是合成纤维（芳纶）增强带来缠绕增强的（图：4）。其产品规格如下表（表：5）所示：7图：4芳纶带缠绕表：5芳纶增强带增强的RTP管材常用规格管材通径（mm）英吋管材内径（mm）管材外径（mm）工作压力（60℃）Mpa可供货长度（m）低压系列中压系列高压系列743”74102≦5≦9≦1518