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國內聚乙烯管材專(zhuān)用料的生產(chǎn)現狀及展望
  瀏覽次數:6448  發(fā)布時(shí)間:2024年04月28日 08:56:58
[導讀] 本文介紹了聚乙烯(PE)管材的優(yōu)點(diǎn)和應用領(lǐng)域,從承壓給水管材、燃氣管材、耐熱聚乙烯管材、耐開(kāi)裂聚乙烯管材等方面詳細介紹了相關(guān)的生產(chǎn)情況和標準,并結合國內未來(lái)的產(chǎn)業(yè)政策,提出了我國PE管材的發(fā)展方向。
 李連鵬1,孫大勇2,趙勝利3
(1.中國石油吉林石化公司 研究院.吉林 吉林 132021;2.中國石油吉林石化公司北方公司.吉林 吉林 132022;3.中國石油吉林石化公司 質(zhì)量檢驗中心中部質(zhì)檢一車(chē)間.吉林 吉林 132021)

摘要:本文介紹了聚乙烯(PE)管材的優(yōu)點(diǎn)和應用領(lǐng)域,從承壓給水管材、燃氣管材、耐熱聚乙烯管材、耐開(kāi)裂聚乙烯管材等方面詳細介紹了相關(guān)的生產(chǎn)情況和標準,并結合國內未來(lái)的產(chǎn)業(yè)政策,提出了我國PE管材的發(fā)展方向。
關(guān)鍵詞:聚乙烯;管材;耐熱聚乙烯;耐開(kāi)裂聚乙烯    

聚乙烯(PE)是由乙烯均聚或者與α-烯烴共聚而成的高分子化合物,是通用合成樹(shù)脂中應用最為廣泛的品種之一。由于PE具有良好的耐化學(xué)腐蝕性能、化學(xué)穩定性能好和優(yōu)異的電絕緣性能等,因此廣泛的應用在石油化工、市政工程、農業(yè)生產(chǎn)以及建筑行業(yè)等領(lǐng)域。近幾年來(lái),隨著(zhù)國內煤化工項目和煉化一體化項目得投產(chǎn),PE產(chǎn)能得到快速釋放,2022年國內PE總產(chǎn)能已經(jīng)超過(guò)3000萬(wàn)噸。

于PE管材在耐化學(xué)腐蝕性能、耐熱和耐低溫性能、焊接性能、對輸送介質(zhì)無(wú)污染、制造安裝費用低以及使用壽命長(cháng)等方面具有突出的優(yōu)越性,成為PE樹(shù)脂下游主要消費領(lǐng)域之一。2022年2月國務(wù)院辦公廳轉發(fā)發(fā)改委《關(guān)于加快推進(jìn)城鎮環(huán)境基礎設施建設指導意見(jiàn)的通知》,提出“新增和改造污水收集管網(wǎng)8萬(wàn)公里”。2022年6月,國務(wù)院辦公廳發(fā)布了《城市燃氣管道等老化更新改造實(shí)施方案(2022-2025年)》,提出了“2025年底前,基本完成城市燃氣管道等老化更新改造任務(wù)。2023年7月,發(fā)改委、環(huán)境部、住建部三部門(mén)發(fā)布了《環(huán)境基礎設施建設水平提升行動(dòng)( 2023-2025年)》,提出到2025年新增和改造污水收集管網(wǎng)4.5萬(wàn)公里。這些對于PE管材今后的發(fā)展創(chuàng )造了良好的戰略機遇。

PE管材下游主要應用在建筑和市政建設的給排水及采暖、農業(yè)給排水以及灌溉用管、排污和工業(yè)流體介質(zhì)輸送、燃氣管材、電力通信護套管等,其中給水管、燃氣管和地暖管是目前應用較大的領(lǐng)域[1-2]。

1承壓給水管材
常PE管材的分級方法按照GB/T 18252-2020《塑料管道系統用外推法確定熱塑性塑料材料以管材形式的長(cháng)期靜液壓強度》和GB/T 18475-2001《熱塑性塑料壓力管材和管件用材料分級和命名總體使用(設計)系數》,根據最小要求強度(MRS)將PE管材分為PE63,PE80,PE100,PE112和PE125等級別。目前,國內石化企業(yè)主要生產(chǎn)PE100級和PE80級管材(如表1所示)。

表1
表1 國內主要給水PE管材用樹(shù)脂生產(chǎn)情況

從表1可以看出,國內生產(chǎn)PE100級管材料所采用的生產(chǎn)工藝以Hostalen淤漿工藝和Hostalen ACP淤漿工藝為主,PE80級管材料生產(chǎn)的企業(yè)相對較少[3-4]。揚子石化公司開(kāi)發(fā)的高密度聚乙烯管材專(zhuān)用料YEM-4902T,獲得了國際權威檢測機構瑞典Bodycote實(shí)驗室的PE112等級認證,是國內第一家獲得PE112等級認證的產(chǎn)品。對于PE給水管材,國內主要執行GB/T 13663.1-2017《給水用聚乙烯(PE)管道系統第1部分:總則》和GB/T 13663.2-2018《給水用聚乙烯(PE)管道系統第2部分:管材》標準,在這兩個(gè)標準中主要針對PE80級和PE100級管材制定了相關(guān)標準,刪除了原有的PE63級管材分級和命名。

 在生產(chǎn)大口徑PE管材時(shí)(通常DN≥800mm),由于管材壁厚較大,因此冷卻固化時(shí)的速度慢,在重力作用下熔體下垂即熔垂效應,導致管材下面壁厚大,上面壁厚小,生產(chǎn)的管材不能滿(mǎn)足使用要求。國內的一些生產(chǎn)企業(yè),根據大口徑PE管材結構的特點(diǎn),通過(guò)對聚合生產(chǎn)工藝條件的優(yōu)化,開(kāi)發(fā)了適合生產(chǎn)大口徑PE管材的專(zhuān)用樹(shù)脂[5-6],取得了非常好的效果(如表2所示)。

表2
表2 國內大口徑PE管材用樹(shù)脂生產(chǎn)情況

2燃氣管材
PE燃氣管材主要應用于城鎮中低壓埋地氣管材領(lǐng)域,由于涉及到燃氣的安全輸送和使用,因此對原料要求非常嚴格。根據國家標準GB 15558.1-2015《燃氣用埋地聚乙烯(PE)管道系統第1部分:管材》要求,生產(chǎn)燃氣用埋地聚乙烯管材的原料應采用混配料,該標準是強制性國家標準。

在國內,為了促進(jìn)聚乙烯燃氣管道市場(chǎng)的健康發(fā)展,2008年在中國城市燃氣協(xié)會(huì )指導下,由北京燃氣集團、香港中華煤氣有限公司(包括港華燃氣)發(fā)起,成都城市燃氣有限責任公司、廣州燃氣集團、深圳市燃氣集團參與,組成了燃氣企業(yè)聚乙烯(PE)輸配系統質(zhì)量控制合作小組(以下簡(jiǎn)稱(chēng)"G5+合作小組”)。該組織借鑒了國際相關(guān)技術(shù)標準及管理經(jīng)驗,制定了一系列嚴格的相關(guān)產(chǎn)品技術(shù)要求,明確了其所有的供應商向其提供的原料必須為指定原料,而進(jìn)人其指定原料目錄的全部為混配料。

在歐洲,為了保證在生產(chǎn)和使用PE100樹(shù)脂時(shí),保持最高水平性能和安全性,1999年由Solvay、Borealis和Elenac(已并入basell)成立了PE100+協(xié)會(huì ),該協(xié)會(huì )對專(zhuān)用樹(shù)脂有更高的性能要求,在PE壓力管道行業(yè)具有重要影響。該聯(lián)盟認證的樹(shù)脂每隔7個(gè)月就蠕變破壞強度、耐慢速裂紋增長(cháng)、耐快速裂紋擴展三個(gè)性能重復測試一次,通過(guò)認證的產(chǎn)品代表著(zhù)當今PE壓力管道專(zhuān)用料的最高水平,全球高端燃氣生產(chǎn)商均把歐洲PE100+協(xié)會(huì )產(chǎn)品目錄作為原料供應商的準入門(mén)檻。在我國雖然上海石化公司、齊魯石化公司、揚子石化公司和獨山子石化公司均進(jìn)行過(guò)聚乙烯燃氣混配料的開(kāi)發(fā)工作,但是長(cháng)期量產(chǎn)的只有上海石化公司的YUH041T和獨山子石化公司的TUI3121N3000I3(如表3所示),這兩種混配料分別在2015年和2017年入選PE100+協(xié)會(huì )產(chǎn)品目錄[7]。

表3
表3國內燃氣PE管材用樹(shù)脂生產(chǎn)情況

3耐熱聚乙烯管材
熱聚乙烯(PE-RT)是一種采用齊格勒-納塔催化劑或者茂金屬催化劑,進(jìn)行乙烯與共聚單體α-烯烴共聚得到的中密度聚乙烯(MDPE)或者高密度聚乙烯(HDPE),其中共聚單體α-烯烴包括1-丁烯、1-己烯及1-辛烯,國內主要以1-丁烯和1-己烯為主(如表4所示)。PE-RT由于分子結構的改進(jìn),使其在高溫條件下仍具有良好的耐環(huán)境應力開(kāi)裂性能和耐靜液壓強度,因此該類(lèi)產(chǎn)品主要用于冷熱水輸送管、地面輻射采暖系統以及在油田集輸油領(lǐng)域等領(lǐng)域[8-15]。

表4
表4 國內PE-RT管材用樹(shù)脂生產(chǎn)情況

在國內,PE-RT管材主要標準有GB/T 28799.1-2020《冷熱水用耐熱聚乙烯(PE-RT)管道系統第1部分:總則》和GB/T 28799.2-2020《冷熱水用耐熱聚乙烯(PE-RT)管道系統第2部分:管材》。標準中將PE-RT管材分為PE-RTI型和PE-RTII型管材,其中PE-RTII型管材在110℃以下各個(gè)溫度條件下靜液壓曲線(xiàn)不能出現拐點(diǎn)。國內市場(chǎng)上典型的PE-RTI型管材專(zhuān)用料齊魯石化的QHM22F、大慶石化公司的DQDN3711和獨山子石化公司的DGDZ3606等,PE-RTII型管材專(zhuān)用料有中沙(天津)石化公司的PN049-030-122RTII和蘭州石化公司的mPE3010等。

4耐開(kāi)裂聚乙烯管材
耐開(kāi)裂聚乙烯(PE100-RC)是一種具有高抗慢速裂紋增長(cháng)的PE100材料,在全缺口蠕變試驗(FNCT)測試條件下,其耐慢速裂紋增長(cháng)時(shí)間超過(guò)8760h。PE100-RC繼承了PE管材的技術(shù)優(yōu)點(diǎn),并可用于管道更新、非開(kāi)挖安裝和管道快速敷設技術(shù),可以降低管材施工難度,大大降低施工費用。在我國生產(chǎn)PE100-RC樹(shù)脂的企業(yè)相對較少,具體情況如表5所示[16-19]。

表5
表5 國內PE-RT管材用樹(shù)脂生產(chǎn)情況

在國家標準GB 15558.1-2015《燃氣用埋地聚乙烯(PE)管道系統第一部分:管材》附錄D和GB/T 13663.2-2018《給水用聚乙烯(PE)管道系統第2部分:管材》附錄D中,推薦采用一些特殊敷設環(huán)境(如無(wú)沙床回填)或者非開(kāi)挖施工等領(lǐng)域,可能需要采用具有高耐慢速裂紋增長(cháng)性能PE100混配料。同時(shí),中華人民共和國城鎮建設行業(yè)標準CJ/T358-2019《非開(kāi)挖工程用聚乙烯管》明確了非開(kāi)挖工程為在地表少開(kāi)挖或不開(kāi)挖的情況下,進(jìn)行管道鋪設或修復更新的管道工程,材料為具有優(yōu)異耐慢速裂紋增長(cháng)(耐應力開(kāi)裂)性能的PE100管道混配料。

5其他管材
(1)交聯(lián)聚乙烯管材
交聯(lián)聚乙烯(PEX)是HDPE通過(guò)交聯(lián)改性的方法,形成三維立體網(wǎng)狀熱固性高分子,得到的管材制品具有耐熱性、耐腐蝕性和耐壓性等,主要應用在熱水輸送和地板采暖等領(lǐng)域。國內執行的標準有GB/T 18992.1-2003《冷熱水用交聯(lián)聚乙烯(PE-X)管道系統第1部分:總則》和GB/T18992.2-2003《冷熱水用交聯(lián)聚乙烯(PE-X)管道系統第2部分:管材》。由于PEX管材不能用熱熔焊接的方法連接和修復、膨脹系數大易發(fā)生漏水等缺點(diǎn),在地熱采暖領(lǐng)域主要采用PE-RT管材,目前國內主要由中國石化燕山石化公司采用三井CX淤漿聚合工藝生產(chǎn)的2300XM[20]。

(2)超高分子量聚乙烯管材
   超高分子量聚乙烯(UHMWPE)管材具有耐磨性、自潤滑、耐沖擊和對輸送介質(zhì)無(wú)污染等優(yōu)異性能,因此在礦漿輸送、礦井井下充填、電廠(chǎng)粉煤灰輸送、河道清淤輸沙等領(lǐng)域得到了廣泛應用。行業(yè)標準QB/T 2668.1-2017《超高分子量聚乙烯管材》對UHMWPE管材進(jìn)行了分類(lèi),該標準規定的管材適用于輸送漿體、粉體、顆粒狀固體、水、45℃以下某些腐蝕性化學(xué)液體以及低溫下的流體。在國內能夠生產(chǎn)UHMWPE管材專(zhuān)用料的企業(yè)有很多,其中典型牌號有遼陽(yáng)石化的PZUH2600/PZUH2300以及北京燕化高科公司的GKO1/GK02/GK03等[21-22]。

6發(fā)展建議
隨著(zhù)國內經(jīng)濟“雙循環(huán)”,國家大力推動(dòng)水利重大工程建設、城鎮化建設、城市燃氣管材等管網(wǎng)更新改造、農村集中供水和灌溉等基礎設施建設,這些因素為我國PE管材的發(fā)展創(chuàng )造了條件。各個(gè)石化企業(yè)應把握好機遇,建議重點(diǎn)做好以下幾個(gè)方面工作:

(1)加大高端催化劑研發(fā)力度,推進(jìn)催化劑國產(chǎn)化進(jìn)程。催化劑作為聚烯烴生產(chǎn)過(guò)程中的核心技術(shù),其性能直接決定終端產(chǎn)品的性能。目前,生產(chǎn)PE-RT管材使用的茂金屬催化劑,對外依存度較高,限制了生產(chǎn)裝置的發(fā)展。
(2)開(kāi)發(fā)高性能PE管材料,提高產(chǎn)品附加值。目前,國內PE100級管材料以本色料為主,主要用于承壓給水管材領(lǐng)域,用于燃氣管材的混配料大部分需要國外進(jìn)口。同時(shí)在一些高端聚乙烯管材,例如PE100-RC、抗熔垂厚壁管材料等方面還與國外石化企業(yè)有著(zhù)很大的差距和不足,需要進(jìn)一步加大企業(yè)創(chuàng )新力度,實(shí)現管材差別化,避免同質(zhì)競爭,提高企業(yè)的市場(chǎng)競爭力。
(3)完善產(chǎn)品質(zhì)量體系,強化管材專(zhuān)用料的認證工作。在各大PE管材生產(chǎn)企業(yè),下游用戶(hù)對于PE管材原料的要求非常嚴格,特別是燃氣管材領(lǐng)域,在保證產(chǎn)品質(zhì)量穩定的前提下,需要開(kāi)展國內外權威機構的等級認證,確保產(chǎn)品滿(mǎn)足下游客戶(hù)的需求,使國產(chǎn)原料與進(jìn)口料站在同一科技水平上,同時(shí)也為產(chǎn)品的出口做好鋪墊。

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