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我国煤矿用管道的格局与超高分子量聚乙烯管道在其中的应用

文字:[大][中][小] 手机页面二维码 2017/11/10    浏览次数:    

中国是世界第一产煤大国,煤炭产量占世界的30%,作为中国的主要能源,煤炭在能源生产和消费结构中一直占2/3以上,因此煤炭资源的安全生产是关系到国民经济和社会持续稳定发展,关系到国家能源安全的大事[1],对于煤炭行业,由于静电引起的瓦斯爆炸事故时有发生,国家相关部门也几次提高煤矿用塑料管道的技术标准。
    我国煤矿最初的钢管由于笨重、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年国家安监局明令限制玻璃钢双抗管和PVC双抗管在井下的使用[2]
1我国煤矿用管道主要分类
    现阶段我国煤矿用管道主要分以下几类:钢管、煤矿用PE管、煤矿用钢丝网骨架PE复合管道,此几类管道在生产和应用中各有不同,下面从材料性能、当前生产与使用状况、发展前景等方面对此四类管道分别作介绍。
1.1钢管
1.1.1材料性能
    钢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当前生产与使用状况、发展前景
    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,但是钢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双抗管(现主要为MPE100
    煤矿管要求比较高,PE80性能较低,所以厂家多用PE100级树脂作主体生产原料。
1.2.1性能指标
    PE双抗管大量应用以来逐渐成为钢管的替代品。PE100的特点就是比重轻、综合性能良好,不像尼龙管、PVC管有致命的缺陷,但同 时PE100的主要指标没有一样是突出的:PE100抗冲击强度太低,只有25 kj/m^2-10℃时抗冲击能力骤降到13kj/m^2,双抗改性后抗冲击强度则只有15-20 kj/m^2,刚过底线,很容易被破坏。拉伸强度不如PVCABS,更不如尼龙。不具备抗快速开裂能力。耐磨性一般。耐蠕变能力(抗疲劳性)差,管道经常在法兰盘部位因应力集中而折裂。
1.2.2当前生产与使用状况
    目前我国普通PE双抗管市场占有率约为50%,一方面产品用量巨大,另一方面几乎所有的生产厂家都发生过双抗PE管井下开裂和接头断裂事故,因此现在生产厂家对煤矿的管材供应非常谨慎,矿用PE管道根据其用途不同可分以下几类:
a,井下供排水管。对于落差较大的矿井,考虑到管材的承压能力,现在的双抗PE生产厂家都非常谨慎,只是在低落差的矿井中应用。
b,负压风管、压风管。当工作压力很高时,生产企业都很谨慎,现在煤矿PE管材仅在普通压力环境中比较普及。
c,喷浆管。由于PE100材料的耐磨性能一般,生产企业在此领域销售都比较谨慎。
d,抽放瓦斯管。PE双抗管在低压力差时应用比较成熟,安全系数比较高。
    PE做煤矿井下用管道原料时,阻燃与抗静电指标都比较容易保证,反倒是由于其材料本身的特性,影响了其在煤矿井下的普及。
1.2.3发展前景
    鉴于本身的材料性能,MPE100在井下使用存在严重缺陷和巨大事故隐患。据了解,PE双抗管的产地主要集中在山东省,生产企业众多,生产技术很成熟,但如果解决不了PE双抗管道在煤矿中的安全问题,此类管道的生产企业将同时面临着竞争激烈与售后客户服务问题。
    综之,煤矿用PE塑料管用量巨大,但亟待解决性能瓶颈,以便扩大使用领域和降低使用安全成本。
1.3钢丝网骨架双抗PE复合管
    钢丝网骨架PE管是在钢丝网内层与外层分别通过专用热熔胶粘附一层PE树脂或PE双抗改性树脂制成。
1.3.1材料性能
    此类复合管的综合性能比实壁管高,比重只有钢材的1/5,抗压能力高,抗冲击、抗开裂能力、柔韧性等比实壁管好,抗压最高达3.5MPa,安全性能较好。
1.3.2生产与使用
    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复合管主要应用在市政供排水、燃气输送,以及煤矿中普通MPE100材料难以胜任的高压力垂直供排水、供排风、瓦斯抽放以及喷浆(耐磨性一般)等领域。
2超高分子量聚乙烯管道
    超高双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双抗料,其它也有些生产厂家成功开发出了自己的超高双抗管。
2.1性能指标
    超高双抗管抗拉强度达25MPa(与未改性PE100持平)[2],抗冲、抗开裂远比MPE100超出很多,而且其优异的耐磨性(耐磨性是钢的4--7倍)、自润滑性、不粘性使它成为耐磨抗冲击类管道的理想材料,开发与应用前景非常广阔,另外超高PE的耐疲劳性能是PE100几十倍。
    附表1是国内相关资料上对PE100UHMWPE以及对它们分别进行改性后的各项性能的对比。可以看到PE100改为MPE100后,拉伸强度由25降到15-20MPa,降幅达20-40%,抗冲击也由25降到10 kj/m^2左右,降幅达60%,同样的双抗改性后的超高性能也降低了很多:拉伸强度由原来的大于32MPa降到25MPa,降幅是20%,仍比MPE10010MPa高出许多,是煤炭部颁标准(9MPa[3]2.5倍,抗冲击也由大于130 kj/m^2,降到大于40 kj/m^2,降幅为70%,仍是MPE100抗冲能力的4倍多。另外双抗改性后的环刚度也是MPE1001.2倍。
1.各管材性能
 

超高管

超高双抗

PE100

MPE100

部标准

抗拉(MPa

>32

25

25

15-20

9

抗冲(kj/m^2

>130

>40

25

10

耐疲劳(万次)

 

>15

>3

   

环刚度

 

123

100

100

磨耗率%

 

1

2.5

5

2.2
生产状况
    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、总结
    MPE100以及钢丝网PE复合管有市场空间,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 材在煤炭系统是一个大宗消耗物资,年年要更换,年年要增加,而且煤炭系统管理非常集中、严格。一旦应用,在煤矿企业中确立了使用价值,其它不安全和高价位 的产品就会被淘汰。市场竞争过大甚至供过于求的项目,成本战最后可能孕育着大浪费、大风险,有关专家分析认为我国塑料管道行业已经到达结构转变的关键时 机,应该避免低水平扩张,走创新发展之路,借鉴我们还没有掌握的国外先进技术或者超越现有国际水平自主研发创新,靠新市场、新质量、新技术产品来打开塑料 管道新局面。
 
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