聚丙烯工業(yè)管道應(yīng)用進(jìn)展

宋 波

(江門職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 江門 529000)

近年來，隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，工業(yè)企業(yè)新增建設(shè)和擴(kuò)建項(xiàng)目不斷，為管道材料的大量使用提供了難得的機(jī)遇。 在工業(yè)生產(chǎn)中，除了建設(shè)大量的供水網(wǎng)絡(luò)之外，工業(yè)生產(chǎn)過程中的物料輸送和傳熱也需要依靠大量的管道。

最常用的金屬管道的耐腐蝕性能很差，管道腐蝕是當(dāng)今世界亟待解決的一個大問題。在發(fā)達(dá)國家，管道腐蝕造成的直接和間接經(jīng)濟(jì)損失約占全國產(chǎn)品總量的2%～4%。根據(jù)設(shè)備事故統(tǒng)計(jì)，杜邦公司連續(xù)三年因管道腐蝕事故占事故總數(shù)的56.9%。中國大慶油田、勝利油田、新疆油田等因腐蝕原因，平均2～3年就要更換管道一次。同樣由于腐蝕原因，中國每年有30%的鋼管被報廢。另外，由于形成腐蝕和污垢，降低熱效率，一年多消耗700萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤，相當(dāng)于兩年來煤炭工業(yè)的增長。據(jù)勞動部門統(tǒng)計(jì)，目前中國各類管道的85%已經(jīng)處于超期服務(wù)狀態(tài)，正在等待更換。

塑料工業(yè)管道具有優(yōu)良的強(qiáng)度，剛度和耐溫性，良好的耐腐蝕性，節(jié)能性和高性價比優(yōu)勢，使用壽命達(dá)50年以上，可取代金屬管道并符合使用非金屬的基本要求，因此可最大限度地取代不銹鋼管道，玻璃道管和復(fù)合材料管道[1]。

1 聚丙烯管道特點(diǎn)

聚丙烯管(PP)是我國目前主要的三大塑料管材之一，用量僅次于PVC-U 和PE 管[2]。相比其他兩種塑料管材，聚丙烯管在化工傳熱傳質(zhì)方面有很多明顯優(yōu)勢。聚丙烯分子結(jié)構(gòu)中沒有極性官能團(tuán)，化學(xué)結(jié)構(gòu)十分穩(wěn)定，首先可以解決輸送介質(zhì)如酸堿物質(zhì)等對管道內(nèi)壁的腐蝕以及環(huán)境中的酸雨等對管道外壁的腐蝕，這一點(diǎn)是PVC-U 所不具備的。其次，聚丙烯的強(qiáng)度、剛度和耐熱性遠(yuǎn)高于聚乙烯(PE)。另外，聚丙烯在塑料中密度最小，質(zhì)量輕，在土建工程中也可節(jié)約基建投資。而且聚丙烯管和PE 管一樣，都可熱熔連接，因此它是最有可能在化工生產(chǎn)中替代金屬管道的塑料管道。

聚丙烯根據(jù)其組成和分子鏈的排列分為三類：均聚聚丙烯(PPH)、共聚聚丙烯(PPB)和無規(guī)共聚聚丙烯(PPR)。這三類聚丙烯中，共聚聚丙烯(PPB)抗沖性能最好但耐熱性較差，無規(guī)共聚聚丙烯(PPR)抗沖性能次之但結(jié)晶低、耐腐蝕性差，均聚聚丙烯(PPH)的結(jié)晶度、耐熱性、耐腐蝕性較好但沖擊性能差。

2 聚丙烯工業(yè)管道應(yīng)用現(xiàn)狀

聚丙烯工業(yè)管道主要有玻纖增強(qiáng)PP管道(FRP管)、玻璃鋼/聚丙烯復(fù)合管道(PP/FRP管)和β晶純PP全塑管道(βPPH管)三種。其中我國主要生產(chǎn)和使用前兩種管道(都有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn))，后一種管道則主要在歐洲國家使用(已有ISO標(biāo)準(zhǔn))。

國內(nèi)生產(chǎn)玻纖增強(qiáng)PP管道的廠家主要有江蘇省綠島管閥件有限公司、鎮(zhèn)江大洋星鑫工程管道有限公司、長沙玻璃纖維總廠等。這種管道材料為玻璃纖維(含量20士2%)增強(qiáng)聚丙烯，能在溫度-20～120℃輸送酸、堿和鹽類等。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)HG20539-92《增強(qiáng)聚丙烯(FRPP)管和管件》對該種管道用材料和管材要求如表1所示。

表1 增強(qiáng)聚丙烯(FRPP)管材指標(biāo)要求

表1(續(xù))

國內(nèi)生產(chǎn)以均聚聚丙烯管為內(nèi)襯、外纏玻璃纖維或其織物的增強(qiáng)塑料玻璃鋼為加強(qiáng)層的復(fù)合管道及管件(簡稱PP/FRP管) 有揚(yáng)中市優(yōu)耐特塑膠有限公司，常州金諾玻璃鋼有限公司等公司，這種管道可用于在-15～100℃間輸送酸、堿、鹽等腐蝕性介質(zhì)(我國已有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)HG/T 21579-95)。

聚丙烯全塑工業(yè)管為β晶型均聚聚丙烯管(βPPH管)。在上世紀(jì)九十年代，北歐化工公司(Borealis)就開發(fā)了 β-PP管材以成功應(yīng)用于化工管道。這種管道長期使用溫度低于80℃，已有ISO標(biāo)準(zhǔn)ISO15494:2003(E)《PP工業(yè)管道系統(tǒng)的性能和要求》，其性能指標(biāo)要求如表2所示。

表2 PP工業(yè)管道系統(tǒng)指標(biāo)要求

βPPH全塑管較之PPH除韌性大幅提高外，其它性能如強(qiáng)度、剛性和耐熱性方面基本沒有變化，其強(qiáng)度、剛性和耐熱性均不及玻纖增強(qiáng)復(fù)合材料管道[3]。除國內(nèi)尚無規(guī)模原料供應(yīng)，原料價格較高因素之外，這也可能是在我國得不到推廣應(yīng)用的原因。

此外，目前國內(nèi)生產(chǎn)的普通聚丙烯管受材質(zhì)性能局限，在強(qiáng)度、耐熱性、韌性、線膨脹系數(shù)、耐老化等方面仍與實(shí)際需求存在一定差距，限制了其發(fā)展。塑料管材的使用性能除了受其成型工藝影響外，更主要的是取決于原材料配方，因此塑料管材原材料的改性發(fā)展對最終制品品質(zhì)提升具有決定性作用。

3 結(jié)束語

聚丙烯工業(yè)管道由于具有優(yōu)良的強(qiáng)度，剛度和耐溫度，防腐性能好，節(jié)能節(jié)材及性能價格比高等優(yōu)點(diǎn)，使用壽命長達(dá) 50年，在取代金屬管道和滿足目前非金屬使用要求的基礎(chǔ)上，可以最大限度地取代不銹鋼、玻璃管和復(fù)合管道，其市場潛力巨大。而且塑料工業(yè)管道標(biāo)準(zhǔn)也是SC3標(biāo)委會近來工作的重點(diǎn)。但存在標(biāo)準(zhǔn)相當(dāng)落后，如沒有長期使用壽命要求，而有停留在短期爆破試驗(yàn)，沒有進(jìn)行長期靜液壓試驗(yàn)要求等。

因此，開發(fā)出應(yīng)用于化工生產(chǎn)領(lǐng)域的高強(qiáng)度、高剛度、高韌性、高耐熱性、低膨脹系數(shù)、尺寸穩(wěn)定性好、耐腐蝕的高性能管道專用料及工業(yè)管道，將提高我國塑料管道制品的技術(shù)水平和產(chǎn)品檔次，填補(bǔ)國內(nèi)在化工生產(chǎn)傳熱傳質(zhì)用塑料管的應(yīng)用空白，大幅提高工業(yè)管道使用壽命實(shí)現(xiàn)"低碳經(jīng)濟(jì)"，仍具有積極的意義。

[1] 趙啟輝，左壽華，劉志偉,等.工業(yè)常用塑料管道設(shè)計(jì)手冊[M].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

[2] 許江菱，鐘曉萍，朱永茂,等. 2015～2016年世界塑料工業(yè)進(jìn)展[J].塑料工業(yè),2017(3)：1-44.

[3] 何 陽，黃 銳，鄭 德. β晶型聚丙烯研究進(jìn)展[J]. 高分子通報,2008(1):24-32.

(本文文獻(xiàn)格式：宋波.聚丙烯工業(yè)管道應(yīng)用進(jìn)展[J].山東化工，2018，47(02)：51-52.)