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北京塑料工业协会零五年五月为什么要探索开发增强热塑性塑料管•热塑性塑料管道系统有许多优点:例如:聚乙烯管道系统柔韧,耐腐蚀,容易连接,轻,可盘卷供应,适合不开挖铺设…等。但是热塑性塑料有明显的缺点--强度较低,耐热也比较差。•需要承受较大压力或/和较高温度的领域和比较恶劣的环境就不能使用普通的热塑性塑料管道系统。例如:聚乙烯管道系统最大压力1.6MPa,在1.6MPa用PE100料要SDR11,最大直径630mm,不少领域需要能够承受较大压力或/和较高温度的管道系统。•石油天然气开采业，•化学工业，•输送含泥砂管道，•特殊恶劣环境用的管道系统金属管的缺点突出•传统上压力和温度较高的领域用金属管道,但是金属管容易腐蚀,常常造成严重的经济负担.胜利油田管理局调查,一般钢管在投产4-5年后就因为腐蚀需要更换.•没有柔软性不能做成很长的盘卷管，铺设时费时费力,常常还需要笨重的施工机械.热固性塑料管也有缺点•在压力和温度较高又要求耐腐蚀的领域,部分可以采用热固性塑料管.在石油天然气开采业已经采用.•但是热固性塑料管也有缺点:最突出的是抗冲击性能较差,对于损伤的容忍性低.此外柔韧性低难以连续的长盘管供用户.世界各国都在探索增强塑料管•能不能开发既具有热塑性塑料管道系统优点又能克服其缺点的增强热塑性塑料管道系统呢？•历年来，国内外都有许多增强热塑性塑料管的新设计新专利提出来。但是能够在市场上立足的并不多，因为真正要做到优势互补需要解决很多技术问题。所以增强塑料管一直是个热门的科研课题。RTP-ReinforcedThermoplasticPipes•RTP增强热塑性塑料管包括范围很广,例如海上采油的多层复合增强塑料管.目前开发的热点,常说的RTP是指三层结构的增强聚乙烯管.•内层是耐腐蚀耐磨损的聚乙烯管,•中层是增强的缠绕层.缠绕的材料有高强度合成纤维(纺纶,聚脂等),玻璃纤维，碳纤维和细金属丝多种.•外层是保护用的聚乙烯层.外层•保护用•提供刚度•常用PE100/PE80增强层(带/纤维)•抗内压•抗轴向负载•最常用的增强材料是芳纶纤维Aramidfiber.内层•支撑增强带•密封输送的流体•抗外压(土壤,交通)的刚度•常用PE100RTP最突出的优势•耐很高的压力和较高的温度.在工作温度65℃下工作压力可高达到9-14MPa，爆破压力可高达40MPa.•柔韧.能抵抗强烈变形不开裂不泄漏.•铺设方便和迅速.直径200mm以下可以制成连续长盘管,还容易收回再用.•耐腐蚀,耐磨损.可以长期应用于恶劣环境.•经济.在不少场合RTP的全寿命周期费用低.比较芳纶纤维RTP和钢管的费用020406080100120钢管RTP运行测试弯头管材连接铺设RTP的经济性RTP管材费用比钢管高,但是铺设,连接,运行等费用低根据SpecialPlasticspipe中HelmutLuhrsen报告ReinforcedThermoplasticsPipesRTP的应用•目前:主要应用于石油和天然气的开采中油,气和水的高压输送.已经应用在炎热的中东沙漠地区，在酷寒的西伯利亚，开始应用在海上采油。•将来:天然气的高压输送.海上油气的开采.•可能:较大直径的中压和低压输水管.RTP开发的历史•1996年在阿曼的油田铺设第一根RTP(Tube’Aquitane)1998年Pipelife的第一根RTP用于油+气的输送1999年成立JIP(在石油和天然气产业应用各种增强热塑性塑料管的行业合作计划),通过‘用RTP输送石油的推荐规范’.1999年Zapsiptechnologies在俄罗斯生产和铺设RTP.2000年Pipelife投产Soluforce管道系统.2004年DVGW公布VP642标准-RTP应用于16bar燃气.2005年德国Thuga的领先项目-RTP应用于燃气.2005年国内引进Krauss-Maffei的RTP生产线.制造--较小直径的连续RTP•两步法用两条生产线,一条挤出生产线制造纤维增强带(用聚乙烯把纺纶纤维线聚结成带),一条挤出内层管-缠绕增强带-挤出外护层的生产线.先由一台挤出机挤出内层聚乙烯管;在内层管冷却定型后,缠绕纤维增强带(以一定的角度正反向螺旋形缠绕),缠绕同时熔融焊接到一起;然后再通过另外一台挤出机挤出覆盖外保护层,冷却定型后盘卷起来.德国Krauss-Maffei(Kuhne)可提供生产线,.•一步法是在内层聚乙烯管上直接缠绕增强纤维的长丝线或钢丝(可以预覆树脂).国内目前已经能制造钢丝增强聚乙烯管(到500mm)生产线,并开始探索用芳纶纤维增强.金石一步法:直接把很多根细钢丝交错缠绕在内层管上,然后通过一台挤出特殊黏合剂的挤出机覆盖一层黏合剂.K-M两步法:先用聚乙烯把纺纶纤维聚结成增强带,再在主生产线上把增强带缠绕并熔焊到内层管上.两种连续制造方案制造--较大直径的非连续RTP•较大直径RTP不可能盘卷供应,连续生产也困难.•先生产内层管段(如13.5米),再在旋转的内层管段上缠绕增强带或增强长丝线,再缠绕外保护层.(类似玻璃钢管生产方法)RTP连接技术•RTP长盘卷管,减少了连接工作量和管件需要量.出厂时已经接好有标准法兰端面的管件。•需要两种连接：RTP和RTP间的连接:盘卷RTP管端和其他管材和管件(如阀门,三通等)的连接.•两种连接技术—电熔-热熔连接和机械压紧方式连接。RTP连接技术•电熔-热熔连接是先把RTP管热熔对接，然后把专用的增强电熔连接套移到连接处通电熔接(连接套可以承受轴向负载).所用的焊接设备和普通聚乙烯管道系统用的类似.•机械压紧连接是把一个金属管件的插口端插入RTP,在RTP外套一个金属套,用机械方法把金属套-RTP管端-管件插口端压紧成为可以保证密封并承受轴向负载的接头.盘卷RTP的铺设技术•专门设计的车辆和配套装置(能把已经铺开的RTP再盘卷起来).•在油田常铺在地面.也可采用不开挖铺设(如犁入法).•Tubesd‘Aquitaine工程实例:在热带森林中铺设20公里管道，用其他管道需要6月，铺设RTP只用了一周。RTP的标准和规范•国际上正开展合作研究,有关标准和规范的制定已在进展中:1)JIP:增强热塑性塑料管材的推荐规范2)API标准草案:可盘卷的复合管材.3)DVGWVP642:在16bar以上输送燃气用的RTP和管件4)DVGWVP672:用于输送和分配燃气5)ISO标准开始准备:ISO/TC138/SC4,ISO/TS18226:用于燃气供应技术文件•国内已有多个有关行业标准和规程.如钢丝网骨架(聚乙烯)塑料复合管CJ/T189-2004等.国际上目前生产RTP的主要企业各企业生产的RTP结构类似，但是规格性能不同（如有的直径达到350毫米，有的工作压力达到140bar）。企业名称国家商品名称PIPELIFE奥地利Soluforce’SWELLSTREAM美国HALLIFLOW™法国领先开发已12年。2001进入HALLIBURTON’SWELLSTREAMTechnip-CoflexipandCosmoplast,GroupHarwal法国Coflexlite•Soluforce内层PE100,中间是芳纶Aramid或聚脂纤维增强层,外保护PE100.•有4英寸和5英寸两常用规格,以连续长盘管(400米和280米)方式供应。工作压力可以达到32-95bar,耐温65℃.设计寿命是20年.•端部管件采用标准的钢发兰盘连接,管段中间用电熔管件.铺设的速度很快,大约在每小时1公里.•成功应用在阿曼,科威特和沙特阿拉伯等地的石油业.说明:PIPELIFE派来福是欧洲最大塑料管企业集团之一SoluforceM480L440M570内层材料HDPE(黑)PE100HDPE(黑)PE100HDPE(黑)PE100增强材料芳纶纤维/HDPE聚脂纤维/HDPE芳纶纤维/HDPE外层材料HDPE(白)耐紫外线PE100HDPE(白)耐紫外线PE100HDPE(白)耐紫外线PE100公称内径(mm)100100125公称外径(mm)125125150输水工作压力65℃（巴bar）954067SoluforceM480L440M570输原油工作压力65℃（巴bar）743060输天然气工作压力65℃（巴bar）423242最高工作温度℃656565设计寿命20年20年20年每卷管材长度(米)400400280重量(公斤/米)4.64.55.9说明:其他企业生产的RTP有的直径达到350毫米，有的工作压力达到140barSoluforce和钢管比较(第一部分)Soluforce内衬的黑钢管投产早铺设快就能早投产铺设慢就晚投产，少获利铺设速度最少比钢管快12倍很慢维护不用维护维护量大检查不需要检查需要定期检查耐腐蚀不腐蚀腐蚀，取决于H2S，CO2和含盐量阴极保护不需要需要阴极保护磨损很耐磨损磨损，特别在弯头处积垢不积垢没有发现过可能积垢出现油/液合成物CaSo4和CaCo3流动方式多相流动限制较少3-4米/秒多相流动限制速度最大2米/秒设计寿命在设计条件下20-50年在H2S多的严酷不利环境寿命1-5年Soluforce和钢管比较(第二部分)Soluforce内衬的黑钢管可否再使用可以使用一次以上不能使用一次以上供货接到定单迅速供货铺设供货慢，不能快速反应重量66公斤/12米800-1000公斤/12米每段长度400米12米铺设速度可能达到每小时1.5公里，每天10-15公里。取决于焊接工数量，每天1公里运货车运送能力每辆运货车装载1600米每辆运货车装载360米需要的铺设设备轻型设备，叉车，起重机重型设备劳动力铺设工程师,2技师,2劳工几个人员和培训过的焊工有技术的人员1个培训过的焊工，1个司机和2个无技术的助手。需要很多有技术的人员，特别是焊工。安全铺设人员少，不泄漏，不要修理，不暴露在流体中需要重型设备和很多人员，油漏出使人员暴露在油产品中。我国开发的增强热塑性塑料管•‘钢骨架塑料复合管’--‘河北华创’、‘新疆华创’、‘深圳华翰’、‘大庆长恒’•‘孔网板钢骨架塑料复合管’--‘法尔胜东泰’、‘天津东泰’、‘胜利东泰’、‘温州煌盛’•‘钢丝缠绕增强复合塑料管’--‘温州煌盛’、‘天津东泰’、‘东营胜工’•‘连续复合增强塑料输油管’--‘长春高详’国内探索RTP已有多年.有很大成绩也有不小差距,目前市场上有四种:‘钢骨架塑料复合管’和‘孔网板钢骨架塑料复合管’•加入金属骨架增强复合所得到的效果不很显著(最大工作压力2.5MPa).•钢塑结合较差,每段直管还要有一封端面的处理.•连接比较困难,不能对焊.失去了柔韧性,只能直管供应.•结构问题：较大和不均匀的内应力，塑料和钢骨架交界处内有大量应力集中点.‘钢丝缠绕增强复合塑料管’‘连续复合增强塑料输油管’•应力集中和内应力问题较小，增强效果较显著(最大工作压力3-6MPa).•钢丝预涂塑料,钢塑结合较好.•较小直径可能做成盘卷,简化和方便铺设.•差距:增强材料方面目前只有细钢丝一种,大部分没有做成盘管供应.不能对焊.目前最大直径500mm.国内增强热塑性塑料的应用•小直径较高压的已经应用于石油开采(高压输油和注水).•在中低压输水,输气和工业管道系统都有部分应用.•较大直径的应用于中低压输水可能比全聚乙烯管节省.比较1.6Mpa下钢丝增强管和PE100管的壁厚:外径250315400500钢丝增强管壁厚14171924PE100管壁厚22.728.636.345.4比较61.7%59.4%52.3%52.9%建议开发RTP的理由•目前已经有市场,潜在的市场更广阔.•国外RTP技术已经比较成熟.•可利用国内现有基础和资源.•在掌握RTP技术基础上可以进一步开发新产品.如:柔性多层复合增强管道(海洋石油开采).开发RTP的建议•一方面