鋼塑復合管的發展歷程

發布:2015-03-22 16:05      點擊:
鋼塑復合管簡介
 
 
 
    鋼塑復合管的發展
    1 技術背景
    傳統的金屬管道存在著許多不足之處:管壁粗糙、笨重、接頭多、易滲漏、使用壽命短、對水質污染嚴重等。同時,非金屬管道在機械強度、抗沖擊、抗老化等方面性能較差,管材熱膨脹系數大,易產生快速開裂,管線連接處易拉脫,使其使用領域受到限制,也不是一種理想的管道材料。
有關行業及專家一直在為研制開發出一種兼具金屬和塑料管材優點、綜合性能優良的管材而努力。金屬與塑料的復合管是一種金屬/高聚物的宏觀復合體系,金屬基體通過界面結合承受管材所受內外壓力,塑料基體在防腐蝕方面發揮作用。它既有金屬的堅硬、剛直不易變形、耐熱、耐壓、抗靜電等特點,又具有塑料的耐腐蝕、不生銹、不易產生垢漬、管壁光滑、保溫性好、清潔無毒、質輕、施工簡易、使用壽命長等特點。
    2 發展過程
    鋼塑復合管在國外前期采用鋼管內襯或外套塑料管、鋼管內外表面噴塑或塑料管加鋼板筋結構。如日本積水株式會社早于1962年就開發出一種稱為“LP”的復合管,其內層是PVC-U管,外層為鋼管,鋼管表面涂有環氧涂料?;げ?,內外層之間有聚氨酯泡沫層,以消除噪音,增加耐沖擊力和隔熱性等。美國也早已開發出以金屬為加強筋的PVC管材。英國Bayer公司開發出一種金屬/塑料(HDPE)套管,據稱可承受100℃以上的高溫。國外近幾年開發出開孔鋼管與熱塑性塑料相復合結構的鋼塑復合管,較好的解決了鋼管襯套塑料管或表面噴涂層易脫落的問題,但也存在承壓能力較低,管壁塑料層較厚的缺陷。美國專利中也介紹了幾種金屬編織或纏繞制造的復合管技術,但多數都未付諸實踐,未見形成規格市場。鋁塑復合管是20世紀80年代由德國UNICOR公司首先開發研制成功的,隨后英國和荷蘭也相繼開發出五層共擠鋁塑復合管。目前鋁塑復合管技術較成熟,市場應用也很廣泛。但鋁塑復合管管徑較小,通常在Φ63以下,另外強度也不夠,使其使用范圍受到很大限制。
    國內鋼塑復合管的趨勢
    在鍍鋅鋼管不準用作給水管的決定出臺之后,種種新的給水管材很快出現,其中金屬與塑料組合、兼有兩者長處而避開它們缺點的復合管是新管材開發的熱點。近年,在市場上已出現多種復合管,除鋼塑復合管壓力管外,它們大致可分為以下幾類:
    1)孔網鋼帶聚乙烯復合管(PESI管):產品結構是由PE包容分布有圓孔的鋼管。因工藝所致,鋼管層系一個不完整的焊管,塑料層也承擔著一定的承壓作用,因而當使用溫度升高或塑料層老化,其承壓能力必然下降。該管材連接現采用電熱熔式連接管件。
    2)不銹鋼管襯里塑料管:由外層不銹鋼(厚度0.50mm~0.60mm)、內層塑料和中間粘膠復合而成。內層塑料有PE和PVC-U兩種。優點是外觀豪華,除能作輸水、輸氣管外,還可做室內外裝飾和裝飾結構。缺點是外層不銹鋼層較薄,承壓低、成本高。管件聯接方式有兩種:熱熔固化膠接和螺紋卡套式連接。目前國內主要用于高檔建筑室內裝飾性、小口徑輸水管道。
    3)孔網鋼絲骨架塑料復合管(PESI)管:孔網鋼絲骨架塑料復合管是一種以纏繞并焊接成型的鋼絲網作為加強骨架,以聚乙烯或聚丙烯等熱塑性塑料為基體,包容為一體的鋼塑復合管道。這種管道,鋼絲網點焊質量不穩定,成本較高,塑料層也承擔著承壓作用。因而其使用安全性受溫度和老化時間的影響。鋼網編織與點焊部分設備數量多,生產速度低,另外施工過程中斷管和連接分支管較困難。其管件為專用法蘭連接方式和電熱熔方式兩種。
    4)內襯(涂)塑鋼管(SP管):以焊接鋼管(低壓流體輸送用焊接鋼管、鍍鋅鋼管)為主體,內壁以種種方法襯上PVC、PE塑料層,如聚乙烯粉末樹脂襯里鋼管(粉末樹脂襯里鋼管)、聚乙烯管襯里鋼管(PE襯里鋼管)、聚氯乙烯管襯里鋼管(PVC襯里鋼管)等。
    這幾種復合管都存在著自身結構形成的不可避免的缺陷,由于對鋼塑復合界面的粘結問題不能很好地解決,才采取了鋼絲點焊和鋼帶打孔的方式來避免出現鋼塑的復合粘結界面,從而避免了復合界面的開膠問題,但也對鋼塑復合管的承壓能力和使用壽命造成了一定的犧牲。
    武漢金牛經濟發展有限公司開發研制成功的鋼塑復合壓力管是采用鋼帶輥壓成型為鋼管并進行氬弧對接焊,采用內外均為塑料層,中間為增強焊接鋼管的復合結構,克服了鋼管存在的易銹蝕、有污染、笨重、使用壽命短和塑料管存在的強度低、膨脹量大易變形的缺陷,而又具有鋼管和塑料管的共同優點,如隔氧性好、有較高的剛性和較高的強度,埋地管容易探測等,使鋼管與塑料管各自的優異性能得到充分的發揮,而又消除了各自存在的不可避免的缺陷。鋼塑復合壓力管與其它類型鋼塑復合管相比,主承壓層完全由復合其中的焊接鋼管承擔,其塑料層僅單純發揮防腐?;ぷ饔?,因此該鋼塑管的承壓能力基本不受溫度變化和塑料層老化的影響??曬惴河τ糜誚ㄖこ?、石油、化工、制藥、食品、礦山、燃氣等領域。
    到目前為止,該管材已經在全國范圍內迅速推廣,已有多家企業、院??忌蜓兄普庵中灤凸懿募捌湎嚶Φ納璞?。鋼塑復合壓力管以性能好、價格低、符合國家發展化學建材的產業政策等優點得到用戶的贊譽。
    鋼塑復合壓力管的性能
    鋼塑復合壓力管即繼承了金屬管和塑料管的優點,又克服了它們各自的缺點,是集金屬管和塑料管優點為一體的新型管材。具有以下特點:
    1)優良的物理力學性能
    作為供水、輸氣管道的鋼塑復合壓力管具有超過塑料管強度的較高強度、剛性、抗沖擊性,具有類似鋼管的低膨脹系數和抗蠕變性能,埋地管可以承受大大超過全塑管的外部壓力。
    各種管材物理力學性能比較
    項目                     鋼塑復合壓力管     純塑料管(PE、PP)     鍍鋅鋼管
    抗拉強度(MPa)      275-320                34~38                  335
    斷裂伸長率(%)       24~45                   >600                    24
    環剛度                         較好                         差                       好
    耐腐蝕性能                    好                           好                       差
    抗蠕變性能                    好                           差                       好
    2)專利封口工藝形成的優異抗腐蝕性能
    采用專利封口工藝,解決了管材整體的防腐效果不受端面腐蝕的影響,杜絕了類似的復合粘結管材因切斷端面防腐效果差,形成“撕布效應”而影響整個系統防腐和流體輸送的重大缺陷。
    3)膨脹系數小
   
    鋼塑復合壓力管線性膨脹系數小,有利于作為主干輸水管道使用,可以大大克服塑料管材線性膨脹系數大不能做輸水主立管的缺陷。
    各種管材膨脹系數比較
管材類型   純塑料管材(PE、PPR) 鋼管(鍍鋅鋼管、SP管) 鋼塑復合壓力管
線膨脹系數 14~16×10-5/℃        1.1~1.2×10-5/℃   1.2~10×10-5/℃
    4)阻力系        數小
    管壁光潔,流體阻力小,不結垢,在同等管徑和壓力條件下比金屬管材水頭損失低30%。
    5)承壓性能穩定
    完整的鋼管層為管體的主承壓層,管材的承壓能力不受塑料層性能變化的影響。聚乙烯塑料的機械強度受溫度的影響較大,在其許用溫度范圍內,一般溫度每提高10℃,其短期機械強度降低10%以上,高溫情況下,蠕變速度會加快,脆性斷裂會提前發生,在國際標準中對純PE管的使用溫度限制較低,最高不超過40℃。但鋼塑復合壓力管其承壓強度按焊接鋼管設計,未考慮塑料層在管材中起的承壓性能,溫度升高雖會造成整個管材實際承壓能力有所降低,但不會使管材設計最大工作壓力降低。
    6)優異的管件性能
自行研制的帶襯芯壓接內密封剛性管件,具有優異的承壓能力,抗拔脫,易安裝。也可采用市場通用的球鐵溝槽管件、承插管件,卡壓(卡套)管件,具有易安裝、易維修等優點。
    7)具有自示蹤性
    鋼塑復合壓力管具有完整的鋼帶層,內外塑料層不干擾電磁波的穿透性,管材埋地深度一般也不會超過5米,所以可以用磁性金屬探測器進行尋蹤,不必另外埋設跟蹤或?;け曇?,可避免挖掘性破壞,為搶救和維護提供極大的便利。
    8)可撓性好
    管材可以彎曲,從而使裝卸、運輸、安裝的適應性及運行可靠性較高。地下安裝可有效承受由于沉降、滑移、車輛等造成的突發性沖擊載荷。定尺單支鋼塑復合壓力管可以單向彎曲,節省了小角度轉向彎頭的用量(彎曲時應將管材焊縫置于彎曲弧的側面)。
    鋼塑復合壓力管彎曲半徑應≥5Dn。
    9)溫度適應范圍廣
    可在-40℃~95℃范圍內使用。
    10)導熱系數低,保溫性好
    導熱系數接近塑料管的導熱系數,有極好的隔熱保溫性能。在我國大部分地區冬季使用外壁不需保溫,夏季使用亦不結露。在條件有限的情況下甚至可以不作保溫處理,對于主配水干管及回水管、屋面及室外可能結凍的管仍需保溫,而對于埋墻地板敷設的配水支管不需考慮。管材的保溫一般采用PVC/NBR閉孔橡塑海綿保溫管、高發泡聚乙烯(PE)閉孔型保溫管、硬聚氨酯泡沫塑料管和現場噴聚氨基多元脂發泡劑等。
    11)重量輕,便于運輸保管。
    鋼塑管與鍍鋅鋼管重量比較
   
    公稱外徑(Dn)mm   鋼塑復合壓力管Kg/m   公稱口徑mm    普通鍍鋅鋼管Kg/m
                50                          1.12                     40                    3.84
                63                          1.52                     50                   4.88
                75                          1.99                     65                   6.64
                90                          2.75                     85                   8.34
    12)使用壽命長
    塑料聚合物是鏈狀高分子化合物在催化劑的作用下聚合成網狀高分子化合物,一個聚乙烯分子中有幾十萬個碳原子和氫原子,由于受熱、光照等原因,引起大分子鏈斷裂和化學結構發生在害變化,形成塑料老化現象。鋼材中的分子是有序緊密排列,分子量很小,一個鐵分子中只有一個鐵原子,鋼材本身不會發生老化現象。大部分塑料抗紫外線性能差,在陽光直接照射下加快老化。鋼塑復合壓力管的外層塑料老化,不會影響管材的承壓能力,鋼帶不會發生老化現象,內層塑料管因不受光照,也不易產生老化現象。由于中間鋼管是強度支撐,且鋼管不與流體接觸,不會形成微電池,故不易產生氧化腐蝕。所以,鋼塑復合壓力管的使用壽命既大于鋼管,又大于塑料管,博采鋼管和塑料管兩者之長,使用壽命超過50年。
    13)絕緣性能好
    鋼是導體,塑料是絕緣體,高密度聚乙類的絕緣強度達到380伏/毫米,聚丙烯的絕緣強度達380伏/毫米,鋼塑復合壓力管的塑料厚度為1.6-5.5毫米,絕緣電壓達到608-2090伏,故鋼塑復合壓力管做電纜?;す?,中間鋼管有強度,內外層塑料絕緣性能好。
 
 
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