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1、礦井下用PE塑料管材執行的標準是MT558.1-2005《煤礦井下用塑料管材第1部分:聚乙烯管材》。該標準規定,制造管材的原材料必須是PE100。
(1) PE100的概念
PE100是國際標準化組織對PE材料等級的命名。
管材料 | 等級命名 | 認定標準 | |
命名 | MRS/mpa | ||
PE(聚乙烯) | PE 32 | 3.2 | ISO4427 |
PE 40 | 4 | ||
PE 63 | 6.3 | ||
PE 80 | 8 | ||
PE 100 | 10 |
上表中的MRS的意義是PE材料在使用條件下,50年后材質的最小要求靜液壓強度。
塑料材料與鋼材的最大區別是鋼材的靜液壓強度(也可理解為抗拉強度)隨時間的增長而變化很小,而塑料的靜液壓強度則隨時間的增長而有較大的變化,會逐漸降低,這就是通常所說的老化現象。
由于管材要求的使用壽命很長,一般規定為50年,因此在設計管材的壁厚時,我們不能用塑料材料的現有強度進行計算,而必須采用其50年后的強度進行計算。那么PE等材料50年后的最小要求強度(MRS)是如何得出來的呢?這是通過10000小時試驗來得到的。首先將試驗的PE材料制成管材,取若干試樣,置于恒溫的液壓試驗裝置中,每隔一定時間,取出一定數量的試驗數據做出一條強度對應于時間的曲線。然后將曲線外推,至50年后強度。這種試驗方法有97.5%的可信度,因此也叫“50年預測置信下限”。
PE原料目前有數百種型號,用于制造不同的產品,有的是做膜的,有的是做包裝材料的,這些PE材料的制品,在外觀上與PE100是無差別的,甚至強度也不低,但它們的壽命是不一樣的,就是隨著時間的推移,材料速度的下降速度是不一樣的。有的十幾年,有的幾年強度就很小了,會軟化掉,生活中我們用的塑料盆,有的幾年就脆化破裂了。其壽命主要決定于分子結構和PE原料中添加的抗氧劑,抗光老化劑等。
另外不是每個廠家都能生產PE100原料的。PE100生產許可證是由國家質檢總局對生產廠家的材料做時間長達一年的試驗,合格后方能發證。我國目前無任何生產廠家能做PE100原料,齊魯石化去年剛剛能生產PE80的產品,PE100一直依賴進口。
如果管材生產所用原料不是PE100,而標準卻按PE100管材壁厚去做,這種管材的壽命會很短的。
(2)PE的韌性與阻燃性的關系
普通PE的韌性是很好的,優于PVC管材。但大家得出的這一概念是基于普通PE管材而言。
對于煤礦用管道來源,要阻燃和抗靜電。
對于抗靜電來說,無論PVC還是PE,其絕緣性都很好,表面電阻率可達1012-15Ω,都需要抗靜電劑來降低表面電阻至1*106Ω,添加的抗靜電劑種類和數量是無在的差別的。但PVC本身是阻燃的,很容易就可達到MT-181所規定的阻燃標準,而PE是易燃材料,需添加大量的阻燃劑方可達到MT-181的阻燃標準,其抗沖性能會下降得低于PVC管材。因此目前一些礦用PE管材達不到阻燃標準,就是這個原因,不用或少用阻燃劑,降低了制造成本,還避免了管材過脆現象。
PE原材料的制造,在世界上目前只有一條渠道,就是利用石油產口中的輕質油例如石腦油進行裂解,產生乙烯,再將乙烯聚合,產生不同牌子,不同規格的聚乙烯。因此,其價格與國際原油價格密切相關。
制造煤礦井下用PE管材,需添加抗靜電母料和阻燃母料,所謂母料,就是在PE原料中添加一定量抗靜電劑或阻燃劑,或二者都有,混合后重新造粒,就叫母料,目前能生產母料的管材廠極少,因為母料生產的技術性很強,很多都是專利或專有技術,一般都是管材廠從母料廠家或經銷商處購買。母料的價格一般是PE價再加5000元左右,例如PE14500元/斤,母料則約為19500元/斤,母料的添加料視母料中有效成份,多少和性能有關,一般為30-45份左右?,F在假設PE100原料價為15000元/斤,母粒為20000元/斤,添加母粒份數為30份,那么1000公斤PE中,添加300公斤母料,價格總和為15000+20000×30%=21000元??傊亓繛?300kg,折合每噸16153元,再加上每噸加工費2000元(電費)每噸管材的成本就為18153元/噸。還未算生產廠的人員工資,設備折舊,營銷費用等成本。
現在有些PE礦用管材的銷售價很低,低于上述原材料加電費的價格,唯一的可能就是使用價格低的非PE100原料。
PVC的價格遠低于PE,例如目前PE每噸14000元左右,PVC只有6500元左右,當然PVC還是添加價格昂貴的穩定劑,增韌劑等,但總體原材料噸價要低于PE不少。
這方面PE與PVC相差很大。PE管材與管件之間的連接方法是熔接(也叫熔焊)。這就必須滿足如下條件:
1、提供熔焊機,根據需要熔接管材口徑的大小,需準備數臺熔機,每臺價格從幾萬元至十幾萬元甚至幾十元(例如650口徑的焊機)用戶需要的投資大。
2、需提供三相電源,由于煤礦井下不能隨時拉臨時電源,這些焊接工作只能在井上進行,十分不便。
3、焊接PE管材是技術性很強的工作,焊縫強度除與PE管材的材料有關外,與焊接人員的操作水平也有很大關系,即使有經驗的焊工,一旦管材或管件質量有變,一是也難達到要求的焊接強度。一種材料的焊接需要經驗的積累。
4、PE管材焊接后,焊縫強度與其它部位相比,總是低一些,焊縫處成為最薄弱的點,容易讓此處造成損壞。
而PVC管材與管件之間的連接采用粘接方法,管件上設有承插口,涂上膠合劑后,插入即可。膠合劑的粘接強度可達2.5MPA,承口的深度標準中是經過計算的,粘接強度乘以粘接面積遠大于PVC管材本身強度,因此連接處不會成為薄弱點。
施工與維修時,施工人員可以根據現場具體情況,很方便地用鋸切斷管材,粘接管件(如法蘭、三通、彎頭等),即便在已有管道上增加閥門,接出三通等操件,均可在井下方便完成。而PE管道要做這方面的工作,必須在井上焊接好,再運至井下,尺寸稍有誤差,就是返回井上修改。
PVC管道受到損壞,如管道破裂,可在井下將受損部分用鋸截掉,粘上管件就可修復,小的損壞還可用“打補丁”的辦法修復。
PE管道只能整根換管,在有彎頭、三通、閥門處受損時,必須去尺寸測量準確后,再到井上焊接,運到井下修復。
在達到MT558.1和MT558.2標準要求的質量條件,在運輸安裝、操作符合規范要求的情況下,我們認為兩種管材在礦井下應用都是可靠的。
PVC管材的唯一缺點是在低溫下有脆性,運輸、搬運時需防止猛烈撞擊和拋摔。安全后在零上溫度下,其強度是足可以滿足使用的。
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