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                大管径超高分子量聚乙烯复合管道在尾矿输送中的研制和应用

                信息来自:超高分子量聚乙烯www.eastpipe.net    发布日期:2013-5-30   浏览次数:105  

                  导读:     莱钢集团山东东方管业有限公司是专业生产超高分子量聚乙烯管材、复合管材、板材、异型件及高耐磨含油尼龙制品,并具备配套设施研制、开发、生产制造及管道工程设计、施工安装能力的高新技术企业。在超高分子∞量聚乙烯(UHMW-PE)技术领域,公司有国际先进的成型技术,建有完善的生产线,产品规格、品种也是国内最齐全

                      莱钢集团山东东方管业有限公司是专业生产超高分子量聚乙烯管材、复合管材、板材、异型件及高耐磨含油尼龙制品,并具备配套设施研制、开发、生产制造及管道工程设计、施工安装能力的高新技术企业。在超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)技术领域,公司有国际先进的成型技术,建有完善的生产线,产品规格、品种也是国内最齐全的厂家之一,生产的超高分子量聚乙烯管材被国家经贸委认定为《2002年度国家重点卐新产品》,并被国家水煤浆工程技术研究中心认定为水煤浆管道生产基地。
                1 超高分子量聚乙烯
                    超高分子量聚乙烯,是一种分子量极高的热塑性塑料。“性能卓越,加工困难”充分反映出了这种高分子材料的特点。同众多的聚合物材料相比,超高分子量聚乙烯具有磨擦系数小、磨耗低、耐化学药品性优良、耐冲出、耐压性、抗冻性、保温性、自润滑性、抗结垢性、耐应力开裂性、卫生性等优良特性。这些⌒优良特性使超高分子量聚乙烯管材具有重要的实用价值。如磨擦系数小,为0.04-0.07,相当于冰一冰之间的磨擦,作为管材呈现出极高的自润滑性和抗垢性,可以显著节省输送能耗。抗磨耗性居塑料之冠,是塑料的5-7倍、钢管的7-10倍、黄铜管的27倍,是耐磨输送管道的理想材料。同目前颇∑ 为流行的交联聚乙烯管材、铝塑复合管相比,超高分子量聚乙烯管材抗内压性能最好。耐低温性能优异,其耐冲击⊙性、耐磨性在零下269℃性能不变,是唯一经受得住接近绝对零度的工程塑料,能满足管材长寿命的要求。我国目前在电厂、煤炭、石油、矿山、冶金、化工等行业都应用,成功地解决了各行业的磨损、腐蚀、结垢、结腊等问题,为各种行业输送管道提供了一种质优价廉的新①型管材。
                1.1  主要性能
                1.1.1 耐磨性
                    耐磨是UHMW-PE的重要特性.它的耐磨性能极好,其耐磨性与分子量成正比,随着分子量增高它的耐磨性就越高.
                1.1.2 耐冲击性
                    耐冲击是UHMW-PE另一重♀要特性.它的冲击强度非常高,它比以耐用消费品冲击著称的聚碳酸酯的冲击强度还高3-5倍,其冲击强度随分子量的增加提高.当分子量达到150万时,冲击Ψ强度达到最高值,以后随分子量增加冲击强度有所降低.
                1.1.3 抗化ぷ学药品腐蚀性
                    UHMW-PE对化学药品非常稳定,除强氧化性外,它具有优于聚四氟乙烯的耐化学药品腐蚀性.
                1.1.4 自润滑性
                    UHMW-PE 的磨擦系数可与聚四氟乙烯相媲美,是理想的自润滑材料.
                1.1.5 冲〖击能吸收性
                    UHMW-PE还具有优异的冲〖击能吸收性,冲能吸收值在所有塑料中最高,因而噪声阻尼性很好,具有优良的消音效果。
                1.1.6 其它性能
                    UHMW-PE 还具有一些其它性能如耐低温性,卫生无毒¤性,不粘性,防潮性及绝缘性能.
                2、超高分子量聚乙烯复合管道
                    超高分子量聚乙烯复合管道是将超高分子量聚乙烯塑料管道内衬于钢管内壁,从而使钢塑复合管道不仅具有了高强度,同时大幅度地☆提高了内壁的韧性,使其具有了弹性体特性,当固体和液体介质冲击复合层时,复合层只存在暂时的收缩,磨损极小。当外力消失后,复合层又恢复了原状,这种“以柔克刚”的特性大大减ω轻了介质对管壁的强烈冲刷,减少了介质对管道内壁的直接磨损。
                2.1  主要性能
                2.1.1 刚性及其它〗力学性能好
                由于复合管道外管为钢管,使其具有了钢管的刚性和它的力学性能,是任何非金属管道无法比拟的;
                2.1.2 抗应力开裂性能好
                由于复合管道内衬管为断裂伸长率(≥150%)极高的UHMWPE塑料管道,当□ 管内压力突然增高时,压力经过内管的缓冲之后作用于外层的钢管,因此不会发生应力开裂的爆管现象;
                2.1.3耐压高、密封好
                由于复合管道起耐压和密封作用的主要是钢管,钢管的耐压和密封均不※存在问题;
                2.1.4 同时具备超高分子量聚乙烯塑料管道的优异性能。
                3 大管径超高分子量聚乙烯复合管道的研制
                3.1  工艺过程
                3.1.1 依据超高分子量聚乙烯的流变性和熔体性质,通过特殊配方,对原料进行改性,通过特制的】螺杆、螺筒解决物料挤出堵塞的问题,通过特殊挤出设备解决物料挤出产生熔体破裂的问题,采用分流梭模具多段压缩、自循环冷却『定型系统等辅助设备解决了超高分子量聚乙烯管材的成型,成功制得UHMWPE管材;
                3.1.2采用过盈配合、间隙配合,将超高分子量聚乙烯管材与钢管复合;
                3.1.3复合管材翻边;
                3.1.4复合管材打压试验。
                3.2 关键技术
                3.2.1 大管径超高分子量聚乙烯管材挤出成型
                通过特█殊设计挤出设备、成型模具,解决三大技术难题,作为热塑性工程塑料,UHMW-PE在固态时具有优良的综合性能,但其熔体特性和普通聚乙烯等一般热塑性塑料又截然不□同,给加工带来极大的困难,特别是大管径薄壁管材在挤出过程中物料主≡要表现在以下几个方面。
                3.2.1.1熔融粘度高
                超高分子量聚乙烯特有的弹性体状态,其熔体流动速率近似为0,流动性极差,使用普通挤出设备容易形∮成“塞流”,物料容易堵塞在压缩段,无法挤出。
                3.2.1.2摩擦因数小
                    UHMW-PE摩擦因数极低,因此在进料过程中容易在进料段发生打滑,无法向前◣推进,这是螺杆挤出加工时遇到的第二大难题。
                3.2.1.3临界剪切速率低
                   相对分子质量●极高的UHMW-PE在剪切速率很低时就可能产生熔体破裂现象,因此挤出加工时常会遇到由于熔体破裂而引起的裂纹现象,这是加工超高分子量聚乙烯管材的又一╳大难题。
                3.2.1.4 挤出过程中壁厚√不均匀
                相比较小管径、壁厚的管材,大管径薄壁管材在挤出过程中温度不容易控制,壁厚不均匀,我们通过改造单螺杆挤出设备,依据超高挤出特性设计特殊成型模具,设计♀特殊挤出工艺,且在生产实际中采用自循环冷却系统,充分应用了电子压力跟踪系统,彻底解决了薄壁大管径超高分子量聚乙烯挤出▓过程中的难题,实现了薄壁大管径超高分子量聚乙烯管材的挤出成型。
                3.3 大管径超高分子量聚乙烯复合管道研制
                3.3.1 依据钢管规格开发内衬超高▽薄壁管道
                    薄壁管外径尺寸的大小以国产螺旋焊管或直缝焊管为参考,保证超高管与钢管的成功↘复合,并且控制两者间隙尽可能的小。应用了“工艺参数动态显示”技术,实行了自循环冷却定型工艺,改变了某些生产工艺参数,并使其趋㊣于稳定,生产出质量合格的产品。
                3.3.2 使用特制设备,完成机械化复合操作。
                    由于大管径薄壁超高分子量聚乙烯在复合过△程中容易变形,通过改变复合方式,在现有复合←设备的基础上,制作了一些配套的附属定位设施,完善了复合工艺,达到了工艺独创,技术领先。
                3.3.3 开发复合管道新型翻边连接工艺
                    复合管的连接及其密封性能是能否被用⊙户所接受的主要因素之一,其中钢管的连接以法兰连接最为便捷,而复合管又外套钢管,因此采用外套钢法兰翻边对接作为超高分子量聚乙烯复合管材的连接工艺,通过对翻边设备进行技术改造∩,采用复合管道新型翻边连接工艺。
                3.3.4 解决♂钢管与超高管的线膨胀系数不一致
                    线膨胀系数的不一致导致在外界温度变化时,使得钢管与超高管的伸缩量有很大的差异,针对这一现象,要紧密关注温度这一关键因素。首先了解复合管材使用区环境温度及输送介质☆温度,然后读取超高管生产线环境温度,分别计算出钢管及超高管对应状态的伸缩量,计算公式如下:
                                 ΔL=αLΔt
                ΔL——伸缩量(米)
                α—— 线膨胀系数(℃-1)       
                L——计算长度(米)
                Δt——温差(℃)
                选取最佳的复合加工温度(此温度一般是◣接近用户输送介质温度,目的是使复合管长时间在相对稳定状态下工〓作,提高其使用寿命),根据上式计算伸缩量,并对照钢管的长度来确定超高管下线长度,然后将超高管与钢管复合,然后通过辅助控温设备来调节复合管温度至↘最佳加工温度,并在此温度下翻边。显然,成品复合管在离开控温设备后,钢管及超高管的伸缩量又出现不一致的情况,但是超高所特有的抗应力开裂性能,使的它相对钢管运动所产生的应√力远小于其开裂应力,这就保证了复合管道在运输、安装、使用过▲程中的稳定。
                4 工程应用实例
                2005年8月,鞍山矿业公司选用超高分子量聚乙烯复合管道用于尾矿输送,工程的设计压力为4MPa,并且在露天环境下使●用,对管道的耐腐蚀性要求相对较高,输送线路也较长,根据用户的使用要求,山东东方管业有限公司设计生产了¢530×8超高分子量聚乙烯钢塑复合管道。这种管道内层采用512×8mm的超高分子量聚乙烯工程塑料管,利用塑料管耐磨、摩擦阻力系数小、不粘附性、耐冲击等特性;外层采用了直径530×6mm的焊管作为ξ 耐压层,采用4MPa标准法兰焊接的连接方式以满足高压力输送的需要,同时根据产品使用环境的特点特定了安装工艺。该工『程完成以后于2005年11月完成,通过实际运行,能够满足实际使用要求,充分◇体现了超高分子量聚乙烯复合管道的优异性能。
                5 结论
                大管径超高分子量聚乙烯复合管道的研制和应用,解决了UHMWPE 塑料管▓材受温度影响收缩大、不适宜高空敷设、使用压力低等问题,同时具备了金属材料的刚性、耐刮、耐碰、线膨胀系数较低等优点,又融合了超高分子量聚乙烯塑料耐磨、水流性好、重量轻、施工方便等优》点,是一种更为理想的矿用工程管道。 




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