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燃气用埋地聚乙烯管道元件监管工作基础知识讲座根据《特种设备安全监察条例》第五章监督检查第五十六条中“特种设备安全监督管理部门的安全监察人员应当熟悉相应的专业知识和工作经验”的规定，受国家质检总局的委托，有幸与在座的各位商讨监管燃气用埋地聚乙烯管道元件工作内容。由于本人水平所限，错误在所难免，敬请斧正。第一部分聚乙烯塑料相关知识一、塑料的组成和分类塑料的主要成分是树脂，约占塑料总量的40%～100%。树脂的分子量是不固定的，在常温下呈固态、半固态或半流动态的有机物质，但一般不包括沥青、树胶、蜡等。它们在受热时能软化或熔融，在外力作用下能流动，一般不溶于水，能溶于有机溶剂。可分为天然树脂和合成树脂两大类。在塑料工业中指用做塑料原料的未加填加配合剂的聚合物、预聚物的总称。塑料是以合成的或天然的高分子化合物为基本成分，在其制造或加工过程中的某一阶段能流动成型或借原地聚合或固化而定型，其成品状态为柔顺性或刚性固体，但非弹性体，含有填料、增塑剂、稳定剂及其他添加剂等配合物。据其受热后性能变化可分为热塑性塑料和热固性塑料。按用途可分为通用塑料、工程塑料和特种塑料。塑料一般具有质轻、绝缘、耐腐蚀、耐摩檫、易加工、美观等特点。1、热塑性塑料：树脂为线型或支链型大分子链的结构。聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、聚甲醛(POM)、聚酰胺(俗称尼龙)(PA)、聚碳酸酯(PC)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚甲基丙烯酸甲酯(俗称有机玻璃)(PMMA)、丙烯腈-苯乙烯共聚物(A/S)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PETP)2、热固性塑料酚醛树脂(PF)、环氧树脂(EP)、氨基树脂、醇酸树脂、烯丙基树脂、脲甲醛树脂(UF)、三聚氰胺树脂、不饱和聚酯(UP)、硅树脂、聚氨酯(PUR)3、工程塑料广义：凡可作为工程材料即结构材料的塑料。狭义：具有某些金属性能，能承受一定的外力作用，并有良好的机械性能、电性能和尺寸稳定性，在高、低温下仍能保持其优良性能的塑料。通用工程塑料：聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚苯醚(PPO)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBTP)及其改性产品。特种工程塑料（高性能工程塑料）：耐高温、结构材料。聚砜(PSU)、聚酰亚胺(PI)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚砜(PES)、聚芳酯(PAR)、聚酰胺酰亚胺(PAI)、聚苯酯、聚四氟乙烯(PTFE)、聚醚酮类、离子交换树脂、耐热环氧树脂4、功能塑料（特种塑料）具有耐辐射、超导电、导磁和感光等特殊功能的塑料。氟塑料、有机硅塑料5、结晶型塑料分子规整排列且保持其形状的塑料。PE、PP、PA6、非结晶型塑料长链分子绕成一团（对热塑性塑料）或结成网状（对热固性塑料），且保持其形状的塑料。PS、PC、ABS二、聚乙烯树脂合成与概况1933年英国ICI公司首先发现了聚乙烯，发展至今聚乙烯已是一个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1/3，居第一位。生产聚乙烯的原料可以从原油、轻油裂解分离中制得。聚乙烯塑料的相对分子质量在10000以上，根据密度的不同分为高密度聚乙烯、中密度聚乙烯和低密度聚乙烯。低密度聚乙烯较软，多用高压聚合；高密度聚乙烯较硬，多用低压聚合。大量使用的常为低密度（高压）聚乙烯。聚乙烯是当今世界用量最多的一种塑料。聚乙烯为蜡状，有蜡一样的光滑感，不染色时，低密度聚乙烯透明，而高密度聚乙烯不透明，最大用途是在农业大棚、食品袋等方面。它不怕水，也不怕油，抗化学腐蚀性强，且美观实用。什么是聚乙烯：聚乙烯是最结构简单的高分子，也是应用最广泛的高分子材料。它是由重复的–CH2–单元连接而成的。聚乙烯是通过乙烯（CH2=CH2）的加成聚合而成的。聚乙烯的性能取决于它的聚合方式。在中等压力(15-30大气压)，有机化合物催化条件下进行Ziegler-Natta聚合而成的是高密度聚乙烯(HDPE)。这种条件下聚合的聚乙烯分子是线性的，且分子链很长，分子量高达几十万。如果是在高压力(100-300MPa)，高温(190–210°C)，过氧化物催化条件下自由基聚合，生产出的则是低密度聚乙烯(LDPE)，它是支化结构的。1．聚乙烯的分类：按聚合压力大小分：高压、中压、低压；按聚合实施方法分：淤浆法、溶液法、气相法；按产品密度大小分：高密度、中密度、低密度、线性低密度；按产品分子量分：低分子量、普通分子量、超高分子量。2，聚乙烯特性聚乙烯无臭，无毒，手感似蜡，具有优良的耐低温性能(最低使用温度可达-70～-100℃)，化学稳定性好，能耐大多数酸碱的侵蚀(不耐具有氧化性质的酸)，常温下不溶于一般溶剂，吸水性小，电绝缘性能优良；但聚乙烯对于环境应力(化学与机械作用)是很敏感的，耐热老化性差。3，聚乙烯的性质因品种而异，主要取决于分子结构和密度。4，聚乙烯的种类（1）LDPE：低密度聚乙烯又称高压聚乙烯密度为0.91～0.925g／cm3，是聚乙烯中最轻的一个品种。分子中支链较多、结晶度较低(60%～80%)，优点是具有优良的电性能和耐化学药品性能，在柔软性、伸长率、耐冲击性和透明性等方面均比中、低压聚乙烯好。缺点是易透气、透湿，机械强度比中、低压聚乙烯稍差，主要用作电线、电缆包皮、各种注射品、薄片、薄膜和涂层等方面。（2）LLDPE：线型低密度聚乙烯有一定数量无规分布支链的较低密度的聚乙烯称为线型聚乙烯，密度为0.915～0.93g／cm3。（3）MDPE：中密度聚乙烯、双峰树脂中密度聚乙烯的密度为0.926～0.940g／cm3，MDPE为乙烯与少量的α-烯烃如丙烯、1-丁烯、1-己烯或1-辛烯的共聚物，与乙烯共聚的α-烯烃的用量和共聚物的密度相关。分子的主链中平均每1000个碳原子引入20个甲基支链或乙基支链，便可制得密度为0.930g／cm3的MDPE。（4）HDPE：高密度聚乙烯又称低压聚乙烯低压聚乙烯密度为0.941～0.96g／cm3，分子中支链较高压聚乙烯少，接近或略高于中压聚乙烯，结晶度达80%～90%，机械强度和硬度介于中、高压聚乙烯之间，最高使用温度为100℃，制品可进行煮沸消毒；耐寒性好，在-70℃仍有柔软性；耐溶剂性比高压聚乙烯好，比高压聚乙烯难透气和透湿；在高温下几乎不被任何溶剂侵蚀，并耐各种强酸(除浓硝酸等氧化性酸外)和强碱的作用；吸湿性很小，有良好的绝缘性能。(5)中压聚乙烯又称为高密度聚乙烯中压聚乙烯密度为0.95～0.98g／cm3，是各种聚乙烯中最重要的一种。分子中支链较少，结晶度高达90％，耐热性和机械性能均优于其它聚乙烯，比高压和低压聚乙烯难透气、透湿，还具有优良的电性能积化学稳定性。主要用作电绝缘材料、汽车零件、管道、医用和日用瓶子、各种工业用板材和鱼网等。（6）UHMWPE：超高分子量聚乙烯分子量为300～600万的线性聚乙烯称为超高分子量聚乙烯(UHMWPE)。超高分子量聚乙烯的强度非常高，可以用来做防弹衣。机械强度、抗冲性和耐磨性极佳，加工成型难，一般采用压缩与活塞挤出成型，主要用作齿轮、轴承、星轮、汽车燃料槽及其它工业用容器等。（7）改性聚乙烯：CPE、交联聚乙烯（PEX）（8）乙烯共聚物：乙烯-丙烯共聚物（塑料）、EVA、乙烯-丁烯共聚物、乙烯-其它烯烃（如辛烯POE、环烯烃）的共聚物、乙烯-不饱和酯共聚物（EAA、EMAA、EEA、EMA、EMMA、EMAH）5，聚乙烯合成主要方法：液相法（又分为溶液法和淤浆法）和气相法（物料在反应器中的相态类型）。我国主要采用齐格勒催化剂的淤浆法。条件与过程描述：纯度99%以上的乙烯在催化剂四氯化钛和一氯二乙基铝存在下，在压力0.1-0.5MPa和温度65-75℃的汽油中聚合得到HDPE的淤浆。经醇解破坏残余的催化剂、中和、水洗，并回收汽油和未聚合的乙烯，经干燥、造粒得到产品第二部分燃气用埋地聚乙烯管道系统简介一、塑料管材取代传统管材是不可抗拒的趋势1.塑料管材的发展：在现代化社会中物流业日趋重要，相对于水运、公路、铁路、航空业来说，在未来的社会中，管道输送将占据第二的位置。对于一个现代化国家，遍布城乡象人的血管一样的各种管道网是保障社会正常生产、生活，促进经济发展的基础设施。根据世界各国的历史经验，在现代化的过程中塑料管的发展速度都超过同期经济发展的速度，用塑料管代替传统管材是历史发展不可抗拒的趋势。即使在已建成密布塑料管网的发达国家，塑料管的应用量仍然在逐年增长。例如，欧洲塑料管总用量1986年是213.4万吨，到1998年达到346.5万吨，年均增长5.2%超过同期国民经济增长速度。我国塑料管的市场在过去十年里，平均每年增长20%到2000年已达年产量70—80万吨，2002年达130万吨，2003年达150万吨，增速达15%，其中PVC管占55%，PE管占40%。预计到2010年以前，塑料管材仍然达到年增长超过20%的一个历史性大发展时期。上世纪在管道领域发生了一场革命性的进步，即“以塑代钢”。随着高分子材料科学技术的飞跃进步，塑料管材开发利用的深化，生产工艺的不断改进，塑料管道详尽展示其卓越性能。在今天，塑料管材已不再被人们误认为是金属管材的“廉价代用品”。在这场革命中，聚乙烯管道倍受青睐，日益发出夺目的光辉，广泛用于燃气输送、给水、排污、农业灌溉、矿山细颗粒固体输送，以及油田、化工和邮电通讯等领域，特别在燃气输送上得到了普遍的应用。2.国外聚乙烯燃气管发展简介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）。自1956年铺设第一条聚乙烯燃气管道以来，到70年代，在欧洲和北美，聚乙烯管道在燃气领域得到迅速的推广应用。聚乙烯管道在各国燃气管道上的广泛应用已成为管道领域最为引人注目的成就。这一方面是由于聚乙烯材料制作管道具有非常独到的技术经济优势，另一方面是由于聚乙烯管道的原料性能，管材、管件制造工艺，连接方法，连接机具以及运行中的维修手段等在多年的实践中，已达到完善的配套系统。时至今日，在燃气领域，无论是对于新铺设或旧管道的修复和更新，聚乙烯管都是主要的选择之一。欧洲的PE燃气管道普及率极高，如英国、丹麦等国均超过90%，法国1998年新敷设燃气管道几乎100%采用聚乙烯管道。早在1988年，在慕尼黑召开的国际煤联(IGU)配气委员会会议，委员们一致认为采用聚乙烯(PE)埋地燃气管道质量可靠，运行安全，维护简便，费用经济。这种共识显然是五十年来聚乙烯管道与其它管道反复比较、竞争后达成的。应该指出，这不仅应归功于PE管的优良的综合性能，而且缘于PE管道的原料性能，管材、管件制造工艺，连接方法，连接机具以及运行中的维修手段等在多年的实践中，不断取得革命性的进步。如对PE管道性能影响最大的因素之一的原料，随着聚合工艺的改进，八十年代水平PE管材原料与七十年代水平相比较，已取得极大的进步。经过近半个世纪的不断发展，时至今日，聚乙烯管道已成为最成熟的塑料管道品种之一。自六十年代初，探索聚乙烯管道用于燃气输送以来，围绕聚乙烯管道系统的各个方面的研究和开发工作就一直未间断，且异常活跃。世界上很多国家聚乙烯树脂制造商、管材制造商、管件及管路附件制造商、管材挤出设备制造商、管道的施工和使用单位（如燃气公司和自来水公司）、施工机具的制造商、产品认证机构、有关大学和科研机构均以极大的热情投入到这项工作中来。研究开发的广度、深度及速度，是其他类塑料管道所难与比拟的。聚乙烯管道系统的高度成熟突出表现在：（1）聚乙烯管材级原料不断发展，八十年代末第三代聚乙烯管材树脂（PE100）出现，使大口径管的使用也具有了优势。（2）严谨而科学的管道设计理念。对聚乙烯管材料长期使用性能的评价形成了系统科学的标准评价方法，从而在设计上保证了长期使用性能及使用的