中国油气产业用增强热塑性塑料管rtp的发展.doc
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1、 RTP 我国油气产业用增强热塑性塑料管 RTP的发展 张玉川 北京塑料工业协会 2014-4 增强热塑性塑料管 RTP 是一种把热塑性塑料柔韧,抗腐蚀,耐磨损等独特优点和增强材料高强度等特长结合起来的新型管道。在不少应用领域 RTP 比传统管道有明显的优势,甚至成为唯一的选择。随着全球经济的发展和科技的进步,高技术含量高附加价值的 RTP 在世界各国都在日新月异地发展。 1 中国的 RTP 已经从探索孕育期进入发展增长期 我国塑料管业对于增强热塑性塑料管 RTP 一直很积极, 起步也比较早。多年来经过努力探索,不断发展,已经打开不小的市场。过去十年可以说是中国 RTP 的探索期,孕育期,预期
2、今后十年将是中国 RTP 的发展期,增长期。预期进入发展增长期的依据是: 一方面, RTP 的优异特性逐步被广泛认识,近年我国石油天然气产业对应用 RTP 很积极,多次组织专题调研,制定了一批相关的标准。 RTP 已经越来越多应用于陆地和海上油气田的注水管、集输管等。石油天然气产业还提出希望能够把 RTP 应用到 长输管道 ,认为突破后每年将有数万公里的工程量。同时其他 1领域的管道用户也在扩大应用 RTP,在建筑和市政输水输气工程应用继续扩展的同时,在矿井输水、盐田输卤、军用输油、海底管道,温泉利用等领域 RTP 都已经有成功应用的实例。 另一方面,国内通过自主创新,结合引进和借鉴国外技术,
3、积累了不少经验和教训。目前,各种 RTP 的生产工艺技术,机械装备,专用材料,和铺设施工的条件都已初步配套,具备了加快发展增长的基础条件。国内现在已经有一批生产 RTP 的骨干企业,有了多家制造 RTP 设备的企业, 有了配套的材料企业。 中国作为全球第二大经济体,能源产业无疑是我国最迫切需要 发展和最优先投资建设的产业。目前还依靠大量进口的石油和天然气更是保证我国持续发展和国家安全的基础。我国油气管网建设任重道远,尤其是油气资源西部很多在沙漠,东部很多在沼泽,海滩和海上。可以肯定地预计我国石油和天然气产业的 RTP 应用会有较快增长。同时,我国作为 世界工厂 ,工业各领域对于 RTP 的需求
4、也有很大潜力。 以下分别介绍我国油气产业用 RTP 的发展概况。 重点在说明国内已有 RTP 产品,对目前还空白,预计有广阔前景的 待开发 和 在开发 产品也简要介绍。 各种增强热塑性塑料管 1 我国油气产业用增强热塑性塑料管 RTP 的发展 2014-04 RTP 我国目前生产的油气产业用 RTP 通常是三层结构,由内衬层(芯管),缠绕增强层和外保护层构成(少数采用更多层复合)。内衬层通常用高密度聚乙烯 HDPE,也有采用耐热聚乙烯 PE-RT,交联聚乙烯 PEX 管和超高分子量聚乙烯 UHMWPE 等。缠绕增强材料有钢带,钢丝,合成纤维 (芳纶,聚脂纤维 )和玻璃纤维等。外层通常是高密度聚
5、乙烯 HDPE。其他材料也在探索中,如超高分子量聚乙烯纤维等。有的各层之间结合 (bonded),也有的 各层之间不结合 (unbonded)。 RTP 缠绕增强有两种方式。一种是增强材料以丝、线或带的形式直接缠绕。另一种是预先把增强丝或线和热塑性塑料复合成增强带,再把增强带缠绕到内衬层(芯管)上。这种方式的优点是容易保证增强丝或线的排列均匀和张力一致,但是只适合制造直径较下的 RTP。 钢丝直接缠绕的 RTP 预制增强带缠绕的 RTP 油气产业用 RTP 大部分直径在 150mm(6 英寸 )以下,制造成能曲挠可以连续长盘管(几百到几千米)供应。通常的连接 方法是采用不锈钢的机械压紧管端管件
6、,也可以采用增强和加长的特殊电熔管件连接。因为以柔韧的连续长盘管供应,具有容易铺设的明显优势,尤其应用在海底,沙漠,沼泽,海滩和矿井等地区可以显著减少铺设时间和费用。近年我国根据需要自主开发了直径在 150mm(6 英寸 )以上的中高压 RTP。连接方法可以采用机械压紧管端管件,也可以采用增强和加长的特殊电熔管件连接。因为只能制造成直管,为减少接头通常尽量加长管段长度。 2 我国油气产业用增强热塑性塑料管 RTP 的发展 2014-04 RTP 2我国目前生产的 各种 RTP 钢带增强 RTP: 三层结构,各层之间不粘合。内外层是 HDPE,增强层是缠绕的钢带。连接采用不锈钢的机械压紧管端管件
7、。在 石油天然气行业标准 SY/T 6795 -2010中称为 钢带增强连续管 内径范围 42-146mm,工作压力 5,5-25MPa。 钢带增强 RTP 是 90 年代我国借鉴国外技术开发的。近年在我国浅海石油开采中已经逐步推广。例如:我国某企业为南海某油田生产的海底注水管( 5 英寸 21MPa),输气管( 3 英寸 13Mpa)都很成功。经过多年实践, 系统配 套已经逐步完备,例如解决了国产海底铺设的钢带 RTP 运输特大盘卷 RTP 进行海上铺设的装备和技术。 在开发产品 -多层结构 RTP-挠性管 Flexibles: 石油和天然气产业用 RTP 中目前我国还有一 个重要的空白:深
8、海石油开采需要的,能抗高内压又能抗高外压的多层结构RTP(国际上通常称为挠性管 Flexibles )国内目前还不能生产。国外生产的挠性管直径范围在 2-16 英寸,工作压力范围在 28-105 MPa。通常由 5-7层复合,各层之间不粘合。如图是 5 层结构, 从内到外分别是:金属骨架层(防止内衬层的塌陷);聚合物内衬层(防止流体泄漏);金属丝 /带缠绕的抗压增强层(抗径向载荷);金属丝缠绕抗拉增强层(抗轴向拉伸载荷);聚合物外护套层(抗外部侵蚀)。 可喜的是目前已经有企业在探索开发多层挠性多层结构的挠性管 管(国家级开发项目),突破后将对我国石油和天然气产业走向深海做出重大贡献。目前深海用
9、挠性管只能进口,价格高达每米数千美元。 预制带增强 RTP 三层结构,各层之间结合。内外层通常是 HDPE,增强层是缠绕预制的纤维增强带或钢丝增强带。 (增强带由纵向排列的增强纤维线或钢丝与聚乙烯树脂结合成),连接通常采用不锈钢的机械压紧管端管件,也可以采用增强和加长的特殊电熔管件连接。在石油天然气行业标准 SY/T 6794-2010 中以预制芳纶纤维增强带为增强层的称为 增强热塑性塑料管 。直径范围在 2-6 英寸,工作压力范围在 5 -20MPa。 3 我国油气产业用增强热塑性塑料管 RTP的发展 2014-04 RTP 我国是在 2004 年引进德国芳纶纤维线增强带RTP 生产线的基础
10、上开发此类 RTP 的。目前国内已能制造增强带 RTP 连 续生产线(并已经出口中东)或分步缠绕机。国内已经有多家企业生产预制带增强RTP,采用的增强材料包括芳纶纤维线,聚脂纤维线,玻璃纤维线和高强度钢丝或钢丝束等。这种产品大部分应用于石油和天然气产业,小部分应用于温泉水输送等。 钢丝增强 RTP 这种 RTP 是我国自主开发的。三层结构,内外层通常是 HDPE,增强层是直接螺旋缠绕的高强度钢丝,采用粘结树脂结合。原计划应用于建筑和市政中低压输水或输气,按照建设部行业标准 CJ/T189 称为 钢丝网骨架塑料(聚乙烯)复合管 ,直径范围在 50-630mm(目前已经 增大到 1000mm),工
11、作压力范围在 1-1.6MPa,通常采用电熔管件连接。因为生产工艺和设备比较简单,产品的性能价格比有竞争力,钢丝增强 RTP 在国内已经有几百条生产线。 实践证明,采用多根高强度钢丝分层缠绕也可以制造直径较大且压力很高的钢丝 RTP,应用于中高压工业领域。目前中高压钢丝RTP 连接采用不锈钢的机械压紧管端管件,中高压电熔管件还在开发中。例如:我国某企业已开发成功一种军用的钢丝直接缠绕增强 RTP,直径 150mm,工作压力 6MPa(爆破压力 18MPa),用于替代容易腐蚀的钢管,重量减轻 30%。又为石油和天然气产业开发的应急输油管,直径 315mm,工作压力6.4MPa。目前正在探索开发更
12、大直径的长途输油用钢丝 RTP。 钢丝或合成纤维纱编织增强 RTP 三层结构,内外层通常是 HDPE,增强层是缠绕并编织成网的细钢丝或合成纤维纱(通常采用成本比较低的聚脂 PRT 纤维)。其结构,制造工艺类似增强橡胶管。此种 RTP 的局限是适用于较小直径。直径范围在 42-65 mm,工作压力范围在 5-12MPa。是我国最早应用于石油和天然气产业的 RTP。 4 我国油气产业用增强热塑性塑料管 RTP 的发展 2014-04 RTP 在开发产品 -玻纤带增强 RTP-CFRT-RTP 近年来一种新型的增强复合材料 -连续纤维增强热塑性塑料发展很快,国际上通常称为 CFRT -Continu
13、ous Fiber Reinforced Thermoplastic 。 CFRT 中的增强材料是连续的同向的高强度纤维,常用的是玻纤和碳纤维。基体材料是热塑性塑料,常用的有, HDPE PP PA PET,特殊要求用的有 PPS PVDF PEEK等。 CFRT 的独特优点是高强度,高韧性,抗腐蚀,重 量轻。目前应用最多的是在航空航天,汽车,军工业,并逐步推广到石油天然气管道行业,特别是要求高的海底用油气管道。我国企业已起步开发用 CFRT 的增强热塑性塑料管 RTP。 连续玻纤增强热固性塑料管 即玻璃钢管是石油天然气产业中最早成功应用的非金属管道。但是玻璃钢管是有缺点的,主要是热固性树脂韧
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