大口径塑料管发展的难点重点要点

　　关键词：塑料管 大口径 

 

　　大口径给水用塑料管材难以发展的症结：管材难以成型；管件难以配套；连接问题难以解决。

 

　　大口径给水用塑料管应该向聚乙烯管方向发展

 

　　近年来我国的几个聚氯乙烯管材生产企业在发展大口径聚氯乙烯管方面做了大量工作，也取得了很好的成绩。例如，河北宝硕集团多年前就生产出DN800的聚氯乙烯管，成功地应用于长途输水工程。但是，这些企业在发展能够都为两个难题困扰：生产大口径的聚氯乙烯管在工艺上相当困难，也没有好办法解决大口径的聚氯乙烯管件的配套问题。

 

　　聚氯乙烯在熔融挤出时的流动性很差、热稳定性也差，用挤出法生产大口径管材是相当困难的。大口径聚氯乙烯管的连接问题也困难。聚氯乙烯管的连接有黏合剂粘接（一般用在小直径聚氯乙烯管）和用弹性密封圈的承接连接两种方法。大口径聚氯乙烯管一般六米一根，刚性比较大，用弹性密封圈的承接连接对于施工要求较严。

 

　　更难解决的问题是管件配套问题。目前国内直径在250毫米以下的聚氯乙烯管件已经比较配套，但是较大直径的聚氯乙烯管道的配套却成了问题。目前的一种解决方法是用金属管件（钢板焊接涂塑防腐或球墨铸铁）加上专门设计的法兰接头，例如郑州自来水公司在全国化学建材会上介绍过的经验；另一种是用聚氯乙烯焊接再外缠绕玻璃钢增强层的管件，例如IPEX的聚氯乙烯管道系统。直径在200毫米以上采用这种PVC/FRP管件。

 

　　所以，国外大口径给水用塑料管主要是聚乙烯管。原因是生产大口径的聚氯乙烯管在工艺上比较容易和聚乙烯管连接方便，制造大口径的聚乙烯管件也不难。

 

　　聚乙烯在熔融挤出时的流动性很好、热稳定性也好，用挤出法生产大直径管材比较容易。过去没有大口径聚乙烯管是因为那时聚乙烯的强度比较低，要制造大口径聚乙烯管材，需要的壁厚太大，一方面不经济，另一方面也因为制造工艺的困难。后来，聚乙烯管专用材料得到了很大的发展，性能上有了明显的提高，特别是高强度PE100等级原材料出来后，就为大口径聚乙烯塑料管发展开辟了道路。

 

　　聚乙烯管材的突出优点是柔韧性和可以热熔连接。大口径的聚乙烯管材一般都采用热熔对焊，焊接强度可以达到管材本体的强度。大口径的聚乙烯管件也比较容易解决，因为可以用聚乙烯管材、板材和注塑件通过机加工和热熔焊接来制造。

 

　　综上所述，发展大口径的给水用塑料管的方向显然是聚乙烯管。

 

　　应该肯定，聚氯乙烯具有强度高、成本低的优点，聚氯乙烯管材管件应用在给水用领域也是有前途的，尤其是国外已经逐步商品化的双向拉伸聚氯乙烯管，强度更高，成本更低，抗冲更好。但是，聚氯乙烯管材管件不宜制造大口径，建议有关企业不必勉强去发展大口径的聚氯乙烯管。

 

　　大口径聚乙烯管材还有一个大市场是用作衬管。根据国外经验，采用聚乙烯衬管来修复破损的旧管道（包括给水管和排水管）是很经济使用的方法。我国也已经有成功的实例：1999年，凯威赫（大连）管道有限公司用衬入HDPE管法，成功地为大连自来水公司一条直径800毫米、长4公里的旧混凝土供水管进行了更新。

 

　　大口径排水排污塑料管市场扩大

 

　　管材比较：直接挤出塑料管和卷绕熔接管，各有千秋

 

　　生产企业：依据目标市场需求和管材自身特点来选择

 

　　早期，大口径排水排污用塑料管只有用卷绕熔接管，中小直径的排水排污管才会采用直接挤出法生产，在欧洲大量应用的是聚氯乙烯的双壁波纹管和环状肋管（国内由上海氯威首家生产，取名“加筋管”），在美国主要应用的是聚乙烯双壁波纹管。直接挤出的大口径排水排污管——双壁波纹管尤其是值得注意，它主要是聚乙烯和聚丙烯管。

 

　　随着政府对环境保护和治理的日益重视，排水排污管市场迅速扩大，目前国内不少企业在筹划发展埋地排水排污塑料管。埋地排水排污塑料管的材质、品种、设计有很多种，各有其优点和缺点，各有其适用的领域。如何选择？笔者提出以下意见和建议：

 

　　卷绕熔接管的优点之一是可以制造很大直径的埋地排水管，至今国际上直径大于1800毫米的热塑性塑料埋地排水管还只有卷绕熔接管。如果企业的目标市场是较大直径的埋地排水管，不选择热固性的玻璃钢管，就选择卷绕熔接管。优点之二是设备投资比较小，比较容易改变产品的规格和性能。如果预测当地市场需求量有限，采用投资较大的双壁波纹管或环状肋管生产线不能充分发挥能力，而选择卷绕熔接结构壁管可能比较经济。

 

　　卷饶熔接管的缺点之一是整体强度的可靠性比较差，理由是熔接焊缝很长，熔接的质量又难以监测；缺点之二是在同样直径和达到同样环刚度下，卷绕熔接管一般要比直接挤出的双壁波纹管耗费更多的原材料。在埋地排水管的成本中原材料的成本一般要在70%以上，耗费材料过多的埋地排水管就可能因为产品成本高而缺乏竞争力。所以在较小直径范围，在有双壁波纹管大量供应的市场，卷绕熔接管的销售就比较难。

 

　　近来国内一些企业在减少卷绕熔接管的原材料消耗上做了不少探索，取得一定成果。但是因为结构设计和成型条件限制，卷绕熔接管还是要比双壁波纹管耗用材料多。此外，卷绕熔接管的生产效率比较低，单条卷绕熔接管生产线的投资比双壁波纹管生产线低，但是单位产量的投资不一定低。

 

　　所以，如果企业的目标市场是较小直径的埋地排水管，预测市场需求比较大，选择投资直接挤出的双壁波纹管或环状肋管比较好，除了韩国，国际上塑料埋地排水管的主体是直接挤出的双壁波纹管，卷绕熔接管的用量比较小。

 

　　国际上还有其他种类的直接挤出的结构壁管应用于埋地排水管。如芯层发泡管、管壁有纵向孔的中空壁管。这些结构壁管都有各自的优点和缺点，只在一定的范围内适用，在保证环刚度下尽量节省原材料方面都不及双壁波纹管，所以主要应用在中小直径范围。

 

　　塑料埋地排水管应用的材料有聚氯乙烯、聚乙烯和聚丙烯三大类。从材料的弹性模量E可以看出，聚氯乙烯最高，聚丙烯次之，聚乙烯最低。因为聚氯乙烯材料的弹性模量E大于聚烯烃材料，达到同等的环刚度可以用比较小的惯性矩?，如果采用同样的波形设计可以用比较小的壁厚。在一定范围内聚氯乙烯双壁波纹管在经济性上占优势。所以在埋地排水管领域聚氯乙烯双壁波纹管应用最早用量也最大。

 

　　近年聚烯烃的双壁波纹管发展比较快，分析其原因在：聚烯烃材料可以生产很大直径的双壁波纹管（有报道最大直径达1800毫米）；聚烯烃材料的柔韧性较好，可以在低温环境下施工；在某些地区，承插连接的密封可能因为草木根系的伸入而被破坏，而聚烯烃管材可以熔接；聚烯烃双壁波纹管可以用两台挤出机分别挤出内外层，内外层可以用不同材料，内层用原新材料保证密封性，外层用回收材料降低成本；聚烯烃材料弹性模量E比较小，需要较大惯性矩I的缺点可以通过波形设计弥补一部分，同时聚烯烃材料的比重要比聚氯乙烯很多，所以在正确设计下达到同等环刚度时每米管材的重量可以接近。

 

　　因此，在500毫米直径以下范围，采用聚氯乙烯双壁波纹管比较经济；在更大直径范围比较适合采用聚烯烃的双壁波纹管。

 

　　在聚烯烃双壁波纹管中聚乙烯双壁波纹管的柔韧性最好，而聚丙烯的双壁波纹管刚性较高，可以根据需要选择。

 

　　从国外资料看，美国应用聚乙烯双壁波纹管，做了大量的实验和研究，有比较成熟的使用经验和比较完备的标准和规范；欧洲今年有些国家在用冲击性能较好的嵌段共聚聚丙烯PP—B双壁波纹管的应用上发展较快，一些著名的塑料管跨国生产公司，如PIPELIFE、UPONOR、WAVIN都相继开发了此种产品。美国、澳大利亚也在开发聚丙烯的埋地排水管。这是一个值得我们注意的动向。北欧化工BORELIS还专门开发了无压排水管用的高刚度聚丙烯管，其弹性模量达到1.6Gpa（BA212E）和1.8Gpa（BC50*MOD）。无论是用做挤出实壁管、双壁波纹管还是注塑管件，这种高刚度聚丙烯的加工性能都较好。

 

　　目前我国生产直接挤出聚氯乙烯双壁波纹管的企业还不多，最大外径800毫米；还没有见到国内生产聚丙烯双壁波纹管的消息。北京塑料工业协会和燕化树脂所合作，准备帮助国内开发聚丙烯双壁波纹管。以前，生产大口径双壁波纹管的生产线全部是引进的，近来国内一些机械企业在努力开发大直径双壁波纹管生产线，并有可喜的进展。但是，生产大口径双壁波纹管（内径500~1200毫米）的生产线难以很快国产化。国外几家著名的双壁波纹管生产线制造企业（如加拿大CORMA公司，德国的DROSSBACH公司、FRANKISCHE公司、UNICOR公司、HEGLER公司）已经进行了多年的研究，积累了非常丰富的经验，并拥有很多发明专利，国内机械企业要赶上还需要相当长的过程。

 

　　我国已从德国、韩国和芬兰（正在进行）引进了卷绕熔接管的技术和设备。国内也有多家机械企业在开发生产卷绕熔接管的生产线。 卷绕熔接管有不同的设计。管壁截面设计不同，在同样的直径和环刚度下材料的消耗量相差也很大。例如，根据我们的调查，同类的卷绕熔接管，芬兰KWH的设计在同样的直径和环刚度下材料的消耗量就比较低。

 

　　当然，卷绕熔接管的设计不能只考虑材料的节约，还要考虑制造时成型的可能性、抗冲击性能、连接的方便和可靠性等。我国在引进和开发卷绕熔接管设备时要注意吸收国外的先进经验，应特别注意比较在同样的直径和环刚度下材料的消耗量。如果决定引进技术和设备，要作好调查，争取引进最先进的技术。

 

　　目前国内已经有多家企业开发了制造卷绕熔接管的设备，在降低材料消耗、方便连接等方面也做了不少探索。

　　发展大口径塑料管需要一个开发的过程，不能过急也不能盲目追求

　　塑料管不可能在所有领域和范围内代替和淘汰其他管材

　　生产企业应该严格按国际标准严格要求自己

　　大口径拒绝野蛮施工

 

　　国内目前出现了投资发展大口径塑料管的热潮。我国正面临发展塑料管（包括大口径塑料管）的历史机遇。但是，在积极参与其中的同时，企业要注意到发展大口径塑料管需要一个过程，不能过急也不能盲目追求，应该充分注意经济合理性。 有的企业宣称要生产直径2~3米的埋地排水管。从技术上讲，制造直径2~3米的卷绕熔接管是可行的，但是因为环刚度是和直径的三次方成反比，直径很大的塑料埋地排水管要达到足够的环刚度必须有较大的惯性矩。换句话说，随着直径的加大，原材料的消耗增加很快。很大直径的塑料埋地排水管在经济上是否能接受就应该认真分析。例如：按韩国林光设计，直径2000毫米的卷绕熔接管（环刚度6.5KN/M3）每米重量400公斤。每米管材要几千元，每公里管材要几百万元，一般情况下，用户难以接受。必须看到，无论给水管还是排水管，用户都有很多种管材可以选择。各种管材都在发展，都在竞争，塑料管确实是在不断扩大其市场份额，但是并不可能在所有领域和范围内代替和淘汰其他管材。

 

　　据介绍，有的企业在申请引进生产直径1600毫米聚乙烯管材的生产线。笔者建议对此要慎重考虑。因为生产直径1600毫米管材需要的投资余额较大（包括配套的熔接设备等），要求的技术很高（对原材料有特殊要求），目前市场有限，现在投资可能很不经济。

 

　　根据国际经验，塑料管的优势主要在中小口径和比较小的大口径范围。所以，目前国内发展大口径塑料给水管应以1000毫米以下为宜，发展排水排污用塑料埋地排水管目前应该在2000毫米以下（其中1200毫米以下以双壁波纹管为主，1200~2000毫米范围采用卷绕熔接管）。

 

　　大口径塑料管是为大型给水和排水工程用的，一旦出现质量问题可能造成严重事故和经济损失。为了保证最少安全使用50年（近年国际上在讨论重要工程用的管道要保证安全使用100年），必须坚持高标准严要求。国内目前在建设工程领域开始执行监理制、责任终身制等一系列质量保证和监督制度，加入WTO后很多重要工程还将采取国际招标。今后只有达到国际标准要求的产品和服务才能立足。虽然由于各种条件的限制，我国的标准工作还比较落后，但加入WTO后直接采用国际标准是必然的趋势。所以决定发展大口径塑料管的企业要在刚起步时就应该严格按国际标准的要求做。

 

　　有的国内企业想采用卷绕熔接管做给水用压力管，依据是短期试验可以耐一定压力。但是，没有任何标准依据也没有做过长期系统试验就应用到重要工程上是很危险的。国际标准综合反映了世界各国长期试验研究的成果和长期实用经验。我们应该清醒地认识到我国在塑料管领域至今还没有长期而又系统的试验研究，也缺乏长期而又广泛的实用经验。要赶超国际水平必须在充分利用其已有成果的基础上进行，在没有深入理解和掌握前急于自主创新是很容易走弯路的。所以，严格按国际标准要求做即是加入WTO后市场的需要，也是保证企业发展顺利和避免投资失败的需要。

 

　　实践证明，各种管道系统的成败常常取决于连接和铺设技术。大口径塑料管在我国发展是否顺利很大程度也将取决于对其连接和铺设技术的研究和掌握。

 

　　大口径塑料管绝大部分是埋地铺设，管道都要承受外压负载，包括土量的静负载和地上交通带来的动负载等。因为塑料管属于柔性管，外压负载是由管材和周围土壤共同承受的，铺设的条件和质量对于其是否能够安全工作常常起到决定性的作用。近年来，在欧洲塑料管材管件协会TEPPEA组织下，对于埋地塑料管的负载机理和设计方法进行了系统实验及研究，研究成果反映在新的欧洲标准prENI3476—3中。最近发表的报告明确指出：对于埋地柔性管，铺设是最重要的。比较起来，负载大小、环刚度高低和设计的方法都不及控制好铺设重要。换句话说，如果铺设搞的好，承受的负载可以很大，环刚度不必很高，设计的方法可以简化。

 

　　国内使用大口径塑料管的初步经验也证实了铺设的好坏十分关键。在上海等地已经出现过大口径塑料管铺设后因压塌造成很大损失的事故。因为施工队伍素质普遍较低，习惯于铺设混凝土管的粗放野蛮施工，所以工程界的不少专家担心，我国推广大口径塑料管的最大障碍，可能就在于不能保证铺设施工的质量。对于埋地塑料管的铺设问题，国内在理论研究和实地试验方面，都和国际上有很大差距。希望塑料管的生产企业和设计、施工及使用单位能够密切合作，共同来发展和掌握其铺设技术，保证大口径塑料管的顺利推广。 大口径塑料管的连接问题同样需要认真的试验研究。例如，国内在双平壁中空卷绕熔接管（国内习惯称为“双重壁管”）的连接方法上就已经开发了多种形式，但是都没有见到进行系统试验检测的报告。对于塑料埋地排水管的连接密封性，欧洲标准是专门有试验标准的（ENI277）。建议企业在开发和推广连接方法前必须进行系统的试验，例如，按标准要试验在管材和连接处发生不同变形量时密封的可靠性。塑料埋地排水管的主要优点是不泄露，防止对地下水系的污染。如果连接处没有密封的保证，塑料埋地排水管就没有竞争优势。（摘自《建设科技》）