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聚乙烯(PE)燃氣管道的應用與發展
一、 燃氣用埋地聚乙烯管道系統發展簡史
本世紀在管道領域發生了一場革命性的進步，即“以塑代鋼”。隨著高分子材料科學技術的飛躍進步，塑料管材開發利用的深化，生產工藝的不斷改進，塑料管道淋漓盡致地展示其卓越性能。在今天，塑料管材已不再被人們誤認為是金屬管材的“廉價代用品”。在這場革命中，聚乙烯管道倍受青睞，日益發出奪目的光輝，廣泛用于燃氣輸送、給水、排污、農業灌溉、礦山細顆粒固體輸送，以及油田、化工和郵電通訊等領域，特別在燃氣輸送上得到了普遍的應用。
1. 國外聚乙烯燃氣管發展簡史
1933年英國ICI公司首先發現了聚乙烯(PE)。發展至今，聚乙烯已是由多種工藝方法生產的、具有多種結構和特性及多種用途的系列品種樹脂，已占世界合成樹脂產量的三分之一，居第一位。
第二次世界大戰時期，由于銅與鋼材的短缺，國外開始研究在燃氣輸配等領域使用塑料管。燃氣輸配用塑料管的材料按應用的起始年代分別為：醋酸-丁酸纖維素（1949年美國），硬聚氯乙烯（1950年原西國），耐沖擊聚氯乙烯（1952年美國），環氧玻璃鋼（1955年美國），聚乙烯（1956年美國），滌綸（1963年意大利）和尼龍（1969年澳大利亞）。隨著時間的推移和對燃氣工程運行經驗的不斷總結，人們逐漸認識到在應用塑料管時應考慮以下幾個方面的因素：
a.經濟性
b.接口穩定、嚴密性
c.耐環境應力開裂
d.耐腐蝕和耐化學性
e.耐老化性
f.韌性
g.柔軟、可撓性
h.耐久性
i.強度與溫度的關系
j.長期靜液壓強度的大小
經過順序淘汰，到60年代后期，只剩下聚氯乙烯管和聚乙烯管。聚氯乙烯管雖然強度大，成本低廉，但與聚乙烯相比有如下缺點：
a.脆性，易產生斷裂現象；
b.缺乏可撓性，不能盤卷等；
c.接觸溶劑的可靠性差等。
因此，采用聚氯乙烯管的數量大幅減少，而使用聚乙烯管顯著上升。自1956年鋪設第一條聚乙烯燃氣管道以來，到70年代，在歐洲和北美，聚乙烯管道在燃氣領域得到迅速的推廣應用。聚乙烯管道在各國燃氣管道上的廣泛應用已成為管道領域最為引人注目的成就。這一方面是由于聚乙烯材料制作管道具有非常獨到的技術經濟優勢，另一方面是由于聚乙烯管道的原料性能，管材、管件制造工藝，連接方法，連接機具以及運行中的維修手段等在多年的實踐中，已達到完善的配套系統。時至今日，在燃氣領域，無論是對于新鋪設或舊管道的修復和更新，聚乙烯管都是主要的選擇之一。歐洲的PE燃氣管道普及率極高，如英國、丹麥等國均超過90%，法國1998年新敷設燃氣管道幾乎100%采用聚乙烯管道。早在1988年，在慕尼黑召開的國際煤聯(IGU)配氣委員會會議，委員們一致認為采用聚乙烯(PE)埋地燃氣管道質量可靠，運行安全，維護簡便，費用經濟。這種共識顯然是五十年來聚乙烯管道與其它管道反復比較、競爭后達成的。應該指出，這不僅應歸功于PE管的優良的綜合性能，而且緣于PE管道的原料性能，管材、管件制造工藝，連接方法，連接機具以及運行中的維修手段等在多年的實踐中，不斷取得革命性的進步。如對PE管道性能影響最大的因素之一的原料，隨著聚合工藝的改進，八十年代水平PE管材原料與七十年代水平相比較，即取得極大的進步。 經過近半個世紀的不斷發展，時至今日，聚乙烯管道已成為最成熟的塑料管道品種之一。自六十年代初，探索聚乙烯管道用于燃氣輸送以來，圍繞聚乙烯管道系統的各個方面的研究和開發工作就一直未間斷，且異常活躍。世界上很多國家聚乙烯樹脂制造商、管材制造商、管件及管路附件制造商、管材擠出設備制造商、管道的施工和使用單位（如燃氣公司和自來水公司）、施工機具的制造商、產品認證機構、有關大學和科研機構均以極大的熱情投入到這項工作中來。研究開發的廣度、深度及速度，是其他類塑料管道所難與比擬的。聚乙烯管道系統的高度成熟突出表現在：
（1） 聚乙烯管材級原料不斷發展，八十年代末第三代聚乙烯管材樹脂（PE100）出現，使大口徑管的使用也具有了優勢。
（2） 嚴謹而科學的管道設計理念。對聚乙烯管材料長期使用性能的評價形成了系統科學的標準評價方法，從而在設計上保證了長期使用性能及使用的安全性。
（3）高度成熟的制造設備和擠出工藝。
（4）與管材同步發展，多品種配套的管件。
（5）管道連接、施工和維護的成熟技術與設備。
（6）豐富的研究成果、大量成功的工程實踐和系統完備的標準體系。從原料到工程施工，從產品要求到質量的控制方法，聚乙烯管道系統均具有完備的ISO標準。標準的高水平和系統化，標志了聚乙烯管道發展的高度成熟。
2. 國內聚乙烯燃氣管發展簡史
我國是從80年代初期開始聚乙烯燃氣管的研究工作,最早使用聚乙烯管輸送城鎮燃氣是1982年在上海。為使聚乙烯燃氣管研究工作受到重視并順利進行，國家科委1987年把“聚乙烯燃氣管專用料研制和加工應用技術開發”列為國家“七五”科技攻關項目，從專用原料─管材、管件加工─工程應用─標準規范制定進行系統研究，取得豐碩成果。1995年，國家技術監督局、建設部分別頒發了PE燃氣管材、管件的國家標準和工程技術的行業規程。目前，PE燃氣管正在國內迅速推廣使用。在PE燃氣管推動下，國內已基本掌握PE工程管道的生產與使用技術，引進了相當數量的國際一流生產線，形成了相當規模的生產能力。這對聚乙烯燃氣管的發展奠定了堅實有力的基礎。99年國內聚乙烯燃氣管材產量已近1萬噸，并以20%的年增長率向前發展。
二、 聚乙烯燃氣管原料特性及其發展
聚乙烯管習慣上按照密度分為低密度及線型低密度聚乙烯（LDPE及LLDPE）管（密度為0.900-0.930g/cm3），中密度聚乙烯（MDPE）管（密度為0.930-0.940g/cm3）和高密度聚乙烯（HDPE）管（密度為0.940-0.965g/cm3）。由于材料的不斷進步，根據發展階段和性能的不同，產生了材料的等級分化，密度不能反映聚乙烯作為管材的本質性能，因此目前國際上根據聚乙烯管的長期靜液壓強度（MRS）對管材及其原料進行分類和命名。長期靜液壓強度是指連續施加在該聚乙烯樹脂制管管壁上50年時引起管材破壞時所計算的在管壁上的環向張應力，該值是管材結構設計的基礎。聚乙烯管的工程設計概念與金屬管不同，對于金屬管的設計，廣泛的使用環境溫度下的屈服強度系數。而聚乙烯管與金屬管不同，它受持續應力及溫度變化的影響，因此聚乙烯管的設計應力應根據長期強度來決定，即通過繪制恒溫下應力與破壞時間的曲線來確定。根據聚乙烯管的長期靜液壓強度（MRS），國際上將聚乙烯管材料分為PE32、PE40、PE63、PE80和PE100五個等級。目前國際上使用量最大的管材樹脂的MRS值為8.0MPa(PE80級)，而MRS值為10MPa(PE100級)的管材樹脂的已開發成功，這種樹脂采用雙峰
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