增强热塑性塑料复合管在我国的发展现状

1、增强热塑性塑料复合管在我国的发展现状浙江伟星新型建材股份有限公司王登勇北京塑料集团公司吴念一、前言我国塑料管道的生产和应用从上世纪九十年代起，开始进入一个快速发展时期； 从200（年起，我国塑料管道的产量在世界各国塑料管道产量的排位已经是第二位。在 新世纪的前十年，我国塑料管道行业继续快速发展，每年都以高于国民经济平均发展 水平的1-2倍的速度发展2008年的年产量达到46（万吨，超过美国而位居世界第 一。201（年总产量达到0（万吨以上约占世界塑料管道总产量0%到目前为止， 我国塑料管道已经经历了 0年持续高速发展这在世界塑料管道发展历史上是前所 未有的。表是2000-200年我国塑料管道产

2、量和增长速度。表：12000年-2009年中国塑料管道产量和增长速度年份2000200120022003200420052006200720082009产量（万吨）78.6121.4136.9163.8190.7236.7288.1331.8459.3580.4增长率（%54.412.819.616.424.121.715.228.218.9表2是国际上塑料管道主要生产国近年的产量情况， 从中可以看到中国塑料 管道行业在国际塑料管道行业的地位。 中国塑料管道产量不仅超过了美国， 也超 过了欧洲的总和，是我们的近邻日本、俄罗斯等国产量的十几倍；因此中国已经 毫无悬念的成为世界上塑料管道的第一生产

3、大国。表2世界塑料管道主要生产国产量比较单位；万吨国家美国意大利德国法国英国西班牙印度日本俄罗斯中国年代2006200420042004200420042006200920082009产量44444.84236.430.830.89046.237.6580注：欧洲4国的产量根据 KWD globalpipe 175中AMI报告的2004年数据； 美国的产量根据 Freedonia groupnc.,的2006年数据。日本的产量根据JPIF 日本塑料工业联合会2007年统计资料。中国产量依据2007年统计数据。相对于传统的用钢材、铸铁、水泥、陶瓷等材料制成的管道，塑料管道具有以下 主要优点：质量

4、轻，能够节省运输和施工费用；耐腐蚀、无锈蚀，对输送介质没有污 染，能够有效防止介质在输送过程中的二次污染问题；铺设方便、连接快捷可靠，节 省施工、安装、维护费用和工期；使用寿命长，使用寿命周期费用低，综合经济指标 好；塑料管道生产效率高，适合工业化大规模生产，容易达到较高的经济指标；塑料 原料资源丰富，多数可以回收再利用；塑料的导热系数小，输送热介质时热量损失小; 特别是生产同等体积塑料的能耗仅是钢铁3的/4;因此塑料管道是一种优秀的节 能减排材料，符合当今世界“节能减排循环经济”“低碳经济”的经济发展大趋 势。因此塑料管道近几十年来在世界范围内迅速兴起，已经成为一个相当规模的重要 产业。我国

5、的塑料管道行业也已经发展成为国民经济中的重要组成部分，生产技术和 应用技术在市场需求的刺激下不断发展。其中增强热塑性塑料管一个热点。二、增强热塑性塑料管（RTP）发展的市场背景我国塑料管产量已经位居世界第一大国。 在塑料通用管道领域已经相当 成熟，竞争非常激烈。塑料管道企业都在寻求新的发展亮点，寻找新的市场。增强热塑性塑料复合管（RTP）就是一种值得关注的产品： 2.1全塑料管道性能有局限性，要进入新的应用领域必须走增强管道的道路。热塑性塑料管道系统有许多优点，但是全塑料管也有明显的缺点， 比如：强 度较低，刚度较小，耐热也比较差，因此在需要承受较大负载或者复杂负荷（同 时承受内外压）和比较恶

6、劣的外部环境下（海滩、海涂、沼泽、沙漠等）就不能 使用全塑料管。有不少应用领域需要能够承受较大压力或者复杂负荷的塑料管道系统。比如：石油、天然气开采业、矿山、化学工业、工程和市政抢险临时管道等。传统 上需要承受较大负载领域的管道都使用金属管， 但是金属管容易腐蚀的缺点常常 造成很高的运行费用。并且金属管是刚性管道，不可能做成盘卷管，施工铺设费 用也很高。因此，近年来，随着塑料管道技术的发展，国外在探索开发既具有热塑性塑料管道系统优点（有一定柔韧性，能够制成较长的盘管）又能克服其缺点（强度低、刚性小）的增强热塑性塑料管道系统（RTP）。2.2 原材料不断上涨的压力，促使在塑料管道的通用领域应用增

7、强技术来降低 成本。国际石油价格的不断上涨，引起塑料原材料价格的不断上涨，因此对塑料管 道行业形成极大的生产成本不断升高的压力。实践已经证明，在塑料管道通用领 域采用增强塑料管，可以比全塑料管明显减少树脂的消耗量，从而降低生产成本。,并且取得较好的市所以近年国内不少企业投资生产“钢丝缠绕增强聚乙烯管” 场回报。2.3市场需求的分析：需要使用增强塑料管道的市场， 基本可以分成三个领域。 其一：小直径高压柔性管道（5-25MPa）用于油田注水等。直径50-150mm， 盘卷管。小直径高压柔性管道是用来替代目前油田注水使用的钢管和玻璃钢管的，因为耐腐蚀性好，并且以盘卷形式供应方便铺设，因此取代的优势

8、非常明显，如果 性能可靠、价格合理，能够取代传统的钢管和玻璃钢管。在这个领域国内目前只有“长春高祥”和“海王星海上工程公司”少数企业 的钢带缠绕增强塑料管道（RTP ）可以达到“即耐高压又有柔性”的要求。这个 市场竞争对手少，产品利润率较高；但是生产技术复杂，进入油田需要办理入网 许可。其二：小直径中压柔性管道（1.6-5MPa）用于油田和矿山输水、输气、输浆， 工程和市政抢险或者临时铺设的管道。直径100-200mm，盘卷管。小直径中压柔性管道用来替代目前油田和矿山使用的钢管和玻璃钢管， 因为 耐腐蚀性好，可以盘卷供应，方便铺设（尤其在沙漠，海滩等环境中） ，如果性 能可靠、价格合理能够逐步

9、推广使用。工程和市政抢险中要大量使用管道， 近年来重量轻、连接和铺设方便的塑料 管道被逐步看好，在地震和矿难中发挥了巨大的作用。在今天国家重视“民生” 的政策下，会有较好的市场前景。在这个领域国内目前有“长春高详”的钢带缠绕增强塑料管道和钢丝编织增 强塑料管道，以及“南京航天晨光股份”的芳纶纤维增强管道。国内比较多的“钢丝缠绕增强聚乙烯管”，目前公称压力值也能够达到1.6-3MPa，主要缺点是不能盘卷，并且使用压力还不够高，连接方式则只有单 一的“直管段+电熔管”件连接。其三：大中口径的低压管道 （1.6MPa ）用于 城乡输 水管道。直径 100-1600mm 或者更大，200-250mm

10、以下以盘卷形式供应，200-250mm 以上 直管供应。在这个领域预计市场较大，但是竞争的产品也会很多。在这个市场目前主流产品是全塑料的 PE和PVC管道，开发增强热塑性塑 料管道的可以减少塑料材料的消耗并降低生产成本。符合当今“节能减排”的世界经济发展潮流。目前国内在这个领域进入市场的增强管主要是“钢丝缠绕增强聚乙烯管”，直径可以做到630mm。国内已经有超过100条生产线，估计年销售在5-6亿左 右。缺点是：小直径不能盘卷供应，大直径不能超过630mm ;只能采用单一的电熔管件连接；使用压力不够高。市场期望能够开发出的增强塑料管应该具有以下优势： 系统成本（管材、管 件加铺设）低于全塑料管

11、道，直径可以达到1600mm或者更大，小直径范围（小 于200-250mm ）可以盘卷供应，要有多种简便可靠的连接方法。三、增强热塑性塑料管（RTP）简介增强热塑性塑料复合管（Reinforced Thermo plastic Pipe简称RTP）是近年 在国际上新发展起来的一种塑料管道，主要的特点是即能够承受较高工作压力， 同时还保持了聚乙烯管道有一定柔韧性的优点，可以做成盘管（连续管）形式， 每盘长度从几十米到近千米。国外主要应用在石油、天然气开采，高压长距离输 送天燃气以及各种需要较高压力输送介质的管线领域。增强热塑性塑料复合管是一种塑料复合压力管， 其种类很多。但是主要特征 是管壁由三

12、层组成（图1），一般内层是耐腐蚀耐磨损的聚烯烃内管（目前用PE 居多）；中间层为增强材料层，可以用高强度的各种合成纤维 （如芳纶）、无机纤 维（比如玻璃纤维、玄武岩纤维）、钢丝等先制成增强带（图：2）或者直接使用 钢带，通过缠绕来增强，一般称为二步法。外层一般是用聚烯烃（目前用PE居多） 的功能保护层（如加抗划痕、抗静电、阻燃等），以满足不同的应用要求。也可以直接使用高强度的各种合成纤维（如芳纶）、无机纤维（比如玻璃纤 维、玄武岩纤维）、钢丝等直接缠绕在内管上成为增强层； 也即被称为一步法的 工艺。国内目前应用比较多的钢丝缠绕增强管道即是属于这一类。1，内管 2，增强层 3，外层图：1 RTP

13、管道结构图：2 RTP的增强带四、国外发展概况国外RTP管道发展比较快，已经有多种产品进入应用市场，以下分别介 绍一种二步法使用增强带缠绕的 RTP管道以及直接使用纤维缠绕增强（一步法） 的RTP管道。1、荷兰的“ Pipelife Nederland B.V. （） （ ）” 所生产的商品名为“SoluForce ”的RTP管道，其结构特征是三层复合，即PE 内衬层/芳纶纤维增强带或钢丝增强带/PE外护套层。可盘卷成长管带。其常用 规格：直径3，4英寸，最大工作压力2.9-15MPa。如下表：（表：3）表：3“SoluForce ”常用规格分类SOLUFORCELIGHTSOLUFORCEC

14、LASSSOLUFORCEHEAVY结构PE100-合成纤维-抗UV白色PE100PE100-钢丝-抗UV 白色 PE100型号L450L540M450M570H415H512天然气用压力2.54.2-碳氢化合物用压力2.62.16.55.2?水用压力（MPa）3.62.99.07.21515ID （mm/ 英寸）100 /4 ” 1125 /5 ”100 /4 ”125 /5 ”100 /4 ”125 /5 ”OD （mm/ 英寸）125 /5 ” 1150 /6 ”125 /5 ”150 /6 ”125 /5 ”150 /6 ”重量（kg/m）4.55.84.65.97.09.0最小弯曲半

15、径 MBR卷长（m）400400400400280280国内“南京航天晨光股份”所引进的 RTP生产技术就是属于这种产品，采 用的是合成纤维（芳纶）增强带来缠绕增强。2、加拿大 Calgary旗下的一家非金属抗腐管道企业“ Flexpipe Systems Inc. （ ）” 所生产的商品名为“ Flexpipe line pipe （FPLP） ”RTP管道（图：3），结构特征是 三层复合HDPE/玻璃纤维增强层/HDPE，经 过处理的玻璃纤维缠绕在内管上作为增强层，由于玻璃纤维没有涂覆环氧树脂， 因此保留有一定的柔软性。外护套层是含有抗紫外线添加剂的PE，是可盘卷管道，长度可以达到2100

16、米。主要市场在加拿大和美国的石油、天然气开采业。主要规格为：直径2, 3, 4英寸，最大工作压力等级 2.1，5.2，10.3MPa。（300， 750，1500psi）。见下表：（表:4）THERMOPLASTIC LINER图：3玻纤增强管表：4Flexpipe line pipe (FPLP)主要规格FP150FP 301FP601最大工作压力2.1MPa5.2MPa (750psi)10.3MPa (1500psi)60 C(300psi)公称直径（英寸）34234234ID(mm)7799547799547799OD(mm)95122699712473101130重量(kg/m)2.

17、64.01.73.04.92.54.36.9MBR(O)(m)1.82.11.21.82.11.21.82.1卷长（m）75075010007507501000700600五、我国发展概况:1、“南京航天晨光股份”从“克劳斯-玛菲”所引进的RTP生产技术，采用的是 合成纤维（芳纶）增强带来缠绕增强的（图：4）。其产品规格如下表（表：5）所示：图：4 芳纶带缠绕表：5芳纶增强带增强的RTP管材常用规格管材通径（mm）英吋管材 内径（mm）管材外径（mm）工作压力（60C） Mpa可供货长度（m）低压系列中压系列咼压系列743”74102三5三9三1518001014”101135三4三6三121

18、0001275”127162三3三5三94501526”152191三2三4三84002、国内自行开发的增强管道主要是钢增强管道，在上世纪90年代中期就已经有 产品进入市场，其中比较有影响的是被称为“华创管”（图：5）和“东泰管”（图:6）的钢增强管道。“华创管”是以环状钢丝和轴向钢丝构成增强骨架，并且在钢 丝交叉点进行焊接，形成管状骨架。“东泰管”是以冲孔的钢板纵向卷成管状， 再对接缝进行焊接形成增强骨架。二者都是把增强骨架穿过机头，使用聚乙烯一 次挤出内外层而成型。一次共挤出从成型工艺上讲比较简单， 但是由于塑料和金属的收缩率相差200倍以上，因此在冷却过程中会在管壁内部形成较大的内应 力

19、，而在焊接点和冲孔的边缘处，容易产生应力集中点，因此增加了管道破坏的 风险。所以这二种增强管道工作压力比较聚乙烯管道并没有明显的提高，并且由于可靠性的原因都没有成为市场上增强管道的主流产品。8#图：6 “东泰管”#3、金属丝编织增强管。“长春高祥特种管道有限公司”所开发的钢丝编织增强管（图：7），是我国市场上开发比较早，应用也比较成功的增强管道，它基本上模仿橡胶高压管道的 原理和增强方法，管壁由三层组成，增强层是由高强度钢丝编织而成，由于受到 编织机的限制，因此直径一般仅在 100mm以下。图：7钢丝编织增强管钢丝编织增强管的生产工艺与国外的 RTP类似，也是先生产聚乙烯内管， 然后把钢丝紧密

20、编织在内管外表面， 并且涂覆热熔胶，最后涂覆一层聚乙烯的外 保护层。热熔胶的作用是把管道的多层结构连接成一个整体。并且由于是分层逐 步生产，管壁内部的内应力有释放的机会，因此比较可靠，使用压力也比较高。 表：6所列即这种管道的规格和技术参数。钢丝编织增强管在“高祥”被称为“连续增强管”,每个盘卷的长度可以达到1000米，主要应用在油田高压注水上表：6“高祥” “连续增强管”规格公称内径mm外径mm工作压力MPa破坏压力MPa42575. 5三17425912三30425916三40425920三5051673. 5三1251675. 5三17517012三30517016三4060783. 5

21、三1260785. 5三17608016三30608020三三404、钢丝缠绕增强管：我国增强管市场上最多的是钢丝缠绕增强塑料复合管（图：8），并且经过近十年的市场实践，已经取得了一定的成功经验。钢丝缠绕增强塑 料复合管是一种经过改进的新型的钢骨架塑料复合管，这种管材又称为PSP。这种管道以高密度聚乙烯（HDPE）内管为基体，高强度涂塑钢丝缠绕网层作为增 强骨架，外面复合一层高密度聚乙烯（HDPE）保护层，并且用聚乙烯接枝改性 树脂将钢丝网骨架与内、外层高密度聚乙烯紧密地粘接在一起， 使之能够承受较 高的压力，并且塑料和热熔胶保护钢丝不受腐蚀， 这种直接用钢丝进行缠绕增强 的一步法工艺，省去了

22、复杂的制作钢丝增强带的设备和工序。节省了投资和生产 成本，得到市场的青睐。但是由于数量很多的钢丝在缠绕中不容易把张力和间距 调整成完全一致，因此这种管道不容易做到能够承受较高的压力。图：8钢丝缠绕增强塑料复合管钢丝缠绕增强塑料复合管目前执行行业标准：CJ/T 189-2007钢丝网骨架塑料（聚乙烯）复合管材及管件和 SY/T6662-2006石油天然气工业用钢丝骨 架增强聚乙烯复合管，在这两个标准中，公称直径200mm勺复合管规定的公称 压力，最高分别为2.5MPa和1.6MPa属于低压管道级别,与聚乙烯管道比较， 相差无几。但是由于有钢丝增强层的存在，从而减薄了管材壁厚，节约了比较昂 贵的聚

23、乙烯材料。使之有较低的生产成本，据有市场竞争优势。表7列出了当工 作压力等于1.6MPa时，钢丝缠绕增强塑料复合管与 PE100管材壁厚的比较：表：7PSP与PE100管材壁厚比较表单位mm夕卜径250315400500PSP管材壁厚14171924PE100壁厚22.728.636.345.4比较61.70%59.40%52.30%52.90%由上表可知，PSP管在工作压力等于1.6MPa时，比PE100管材可节省PE 材料50%以上。因此在市场竞争中，PSP管道具有明显的成本优势，并且 PSP 管道最大公称直径可以达到630,可以有较大的适用范围，成为我国塑料管道市 场中一个畅销的品种。当

24、然目前 PSP管道仍然有明显的缺点，主要是使用压力 不高，限制了它的市场拓展。由于国内塑料管道市场对小直径中压柔性管道 （1.6-5MPa）的需求，“江苏联 冠科技发展有限公司”、“浙江康润机械科技有限公司”等企业借助现有的钢丝缠 绕增强塑料复合管技术，加以改进，采用“密集缠绕技术” ，最大限度的增加缠 绕钢丝的数量、甚至层数，以提高管材的承压能力，并且已经取得一定的成绩。以钢增强的塑料复合管道从力学角度分析，由于钢和塑料的弹性模量相差几 乎是200倍，因此可以看成是全部由钢来承受压力， 塑料仅起到密封、隔离和支 撑结构的作用，如果把钢丝密集排列缠绕，外径200左右的管材，一层可以缠绕 200

25、根左右钢丝，要超出目前常规钢丝缠绕增强塑料复合管所缠绕的钢丝数量的 一倍，通过精心制作，管材的爆破压力可以达到16MPa以上，取安全系数3,使用压力可以达到 5MPa以上，大大高于目前市场上的钢丝缠绕增强塑料复合 管，从而开拓一个新的应用市场。以钢丝为增强材料的PSP管道，其长期静液压强度和使用时间关联不大，在PSP使用温度范围内，钢的蠕变可以忽略，而聚乙烯部分在PSP管道的静液压强 度中起的作用不大。所以PSP的静液压强度可以通过在聚乙烯允许的最高使用温 度65 C下的短期爆破试验来测定。测定的置信下限压力（LPLP ）除以适当的总 体使用系数（比如2-3），直接得出PSP在最高使用温度65

26、 C和使用寿命20年下 的公称压力。目前市场上的钢丝缠绕增强塑料复合管，连接采用加长的电熔管件，可以满 足压力不高的使用条件，但是使用条件为中等压力（4-6MPa）的PSP管道不能 采用普通PSP使用的电熔连接，而采用金属扣压式管件（见下图：9）,可以满足 使用压力（4-6MPa）条件。图：9扣压式管件扣压式管件要在管材生产厂内装配好， 可以做成快速接头的形式，提高了管 道系统的铺设速度，可以广泛应用在沼泽地带等铺设环境恶劣条件下的石油开 采、天然气等工业上，也可以应用在矿山抢险，民用临时性的输水，输气管道中， 由于输送压力比较高，较小的直径，同样可以获得较大的输送量，满足工程抢险 的要求；从

27、而为钢丝缠绕增强塑料复合管开拓了一个新的市场。比如矿井下的通风、排水使用的钢丝缠绕增强聚乙烯复合管， 只需要把内外层聚乙烯料改性成为 符合煤矿要求的双抗料（阻燃、抗静电）就可以生产矿用钢丝缠绕增强聚乙烯双抗复合管。煤矿用阻燃抗静电钢丝缠绕增强聚乙烯复合管道参考了MT558.1-2005、MT181-88煤矿井下用塑料安全性能检验规范和 CJ/T 189-2004钢丝网骨架 塑料（聚乙烯）复合管标准，单独编制了煤矿行业标准。并巳编入煤矿行业安 全标志管理规范。目前市场上已经有这种产品。钢丝缠绕增强塑料复合管生产线主要配备了四台挤出机及相应的辅机（见图：10）,四台挤出机分别为：芯管（PE）挤出机

28、和外（PE）管挤出机，以及色 条线挤出机，另外还有一台挤出粘合剂的挤出机。 辅机则主要是钢丝缠绕机、真 空水箱、冷却水箱、牵引机，切割机等；以及挤出机头和复合机头。fin ran"n四皿辛弓I枫包用找耳包画項且图：10钢丝缠绕增强塑料复合管生产线钢丝缠绕机是生产线的核心设备，每一组缠绕机由正反向旋转的两台缠绕机 组成（见图11），依据所生产的管材不同，配置不同数量的锭子数量，有时需要 两组或者更多的缠绕机；当然锭子数量要受到缠绕机转盘直径的限制， 并且锭子 数量越多，钢丝张力均匀性调整就越难。生产时将钢丝按照正反向缠绕在芯管上， 在管壁上形成重叠钢丝的网状结构， 钢丝网将是承受增强管

29、材的内压的主体。 钢 丝的直径和数量可以根据不同的使用压力要求进行调整。经涂塑的钢丝在管子通 过高频加热器加热后，钢丝上的高强度粘合胶部分融化，从而使钢丝与芯管牢牢 地粘合在一起，然后再通过粘合层复合模头，复合上一层高强度粘合胶，冷却后 再通过外管复合模头，复合上外管 PE保护层，经过真空定径箱和冷却水箱冷却 定型后，切割成指定的长度后即成最后的成品管材。图：11钢丝缠绕机5)钢带缠绕增强管道：国内另外还有一种钢带缠绕增强管道(图：12),最 早是“长春高祥特种管道有限公司”引进的钢带缠绕机，自行配套形成生产线的； 之后“海王星海上工程公司”开发了使用压力更高的类似产品。 所生产的管道能 够达

30、到很高的使用压力(20-25MP3,主要用于近海石油开采。表：8所列即是 “高祥”钢带增强管的规格。图：12钢带缠绕增强管道表：8“高祥”钢带缠绕增强管规格及公称压力型号公称内径(mr)i公称外径(mr)i公称壁厚(mr)i公称压力(MPaZMG-70< 14.0/PN2542701425ZMG-67< 12.5/PN206712.520ZMG-59< 8.5/PN16598.516ZMG-57< 7.5/PN12577.512ZMG-83< 16.0/PN25518316.025ZMG-8CX 14.5/PN208014.520ZMG-7& 13.5/PN167813.516ZMG-7X 9.5/PN12709.512ZMG-6X 8.0/PN7678.07ZMG-8X 13.0/PN25608613.025ZMG-84.4X 12.2/PN2084.412.220ZMG-83.6X 11.8/PN1683.611.816ZMG-8X 10.0/PN78010.07ZMG-102.6X 13.8/PN2575102.613.825ZMG-99.4X 12.2/PN1699.412.216ZMG-95.4X 10.2/PN7