非金屬管、襯里管分類以及應(yīng)用情況

本文節(jié)選自 《壓力管道設(shè)計(jì)及工程實(shí)例(二版) 第4章》

　　一、  非金屬管

　　1.      工程塑料管道

　　工程塑料管道具有比金屬輕、有一定機(jī)械強(qiáng)度、優(yōu)良的耐腐蝕性能和加工性能(可機(jī)械加工、熱成型和焊接)等特性。

　　1）         PVC（Polyvinyl Chloride聚氯乙烯）

　　PVC具有良好的耐腐蝕性能、機(jī)加工性能、力學(xué)性能。在石油化工方面，PVC管主要用于輸送某些腐蝕性流體，不宜用于輸送可燃、劇毒和含有固體顆粒的流體。

　　有較好的耐溶劑性和化學(xué)穩(wěn)定性，耐石油、汽油、丙烷、丁烷等烷烴類的腐蝕和溶解，對(duì)一般無機(jī)酸、有機(jī)酸、堿類和醇類均耐蝕。但氯代烷烴、酮類、醚類、芳烴類等溶劑，對(duì)它有很大的溶脹性，強(qiáng)氧化劑可和它起作用。

　　PVC有很大的溶脹性，強(qiáng)氧化劑可和它起作用，有很好的加工性能，可機(jī)加工、熱成型和焊接，還有較好的耐溶劑性和化學(xué)穩(wěn)定性，耐石油、汽油、丙烷、丁烷等烷烴類的腐蝕和溶解，對(duì)一般無機(jī)酸、有機(jī)酸、堿類和醇類均耐蝕。但氯代烷烴、酮類、醚類、芳烴類等溶劑。

　　PVC管材規(guī)格已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化：ф8～200，另又增加ф250、ф300、ф350、ф400。有帶承插口三通及90°肘形彎頭；帶絲扣的三通及90°彎頭；平口90°彎頭；平口異徑三通；帶凸緣、帶螺紋接管及接管螺帽；閥門有隔膜閥DN65、DN80；45°角形截止閥DN25、DN30、DN40、DN50。

　　根據(jù)使用情況，PVC管可分為0.5、0.6、1.0和1.6MPa四個(gè)壓力等級(jí)；PVC管適用溫度范圍為-15℃～60℃，下限溫度使用時(shí)容易開裂，高于上限溫度使用時(shí)軟化。

　　PVC管一般分為輕型管和重型管兩種。硬聚氯乙烯管可用于真空度<740mmHg的管道：常溫下，硬聚氯乙烯管的使用壓力如下：

    輕型管≤0.6MPa

　　重型管≤1.0Pa

　　采用承插粘接連接方式的擠壓成型的硬聚氯乙烯管的使用壓力較高。硬聚氯乙烯的熱變形溫度為73.8℃，它的線脹系數(shù)比較大，約為鋼的7倍，而彈性模量較小。硬聚氯乙烯管的聚氯乙烯單體含量及穩(wěn)定劑中的鉛、鎘等有害物質(zhì)超過標(biāo)準(zhǔn)時(shí)對(duì)環(huán)境和人身健康有害。

　　2）         PP（Polypropylene 聚丙烯）

　　PP比水輕。熔化溫度為165±5℃，推薦使用溫度小于120℃。低溫性能比PVC還差。線脹系數(shù)常溫下比PVC大一倍。熱收縮率比PVC小。傳熱性很差(添加石墨可改善導(dǎo)熱性能)。短時(shí)抗拉強(qiáng)度為30～38MPa，隨溫度升高而下降。彈性模量不到PVC的一半。抗沖擊強(qiáng)度不高。延伸率20℃下為12％。長期抗拉強(qiáng)度較低，其蠕變現(xiàn)象比PVC更嚴(yán)重，其蠕變極限為16 MPa

　　PP管道具有優(yōu)良的耐化學(xué)藥品性．對(duì)于有機(jī)酸、堿或鹽類溶液(氧化性除外)幾乎溫度高到100℃而無破壞。例如在100℃以下的濃磷酸、40％硫酸、濃鹽酸及鹽類溶液中均可使用。但對(duì)于發(fā)煙硫酸、濃硝酸和氯磺酸等強(qiáng)氧化性酸，即使在室溫下也不能使用。對(duì)于含有活性氯的次氛酸鹽，過氧化氫以及格酸等氧化性介質(zhì)，也只能用于低濃度和低溫度的情況。對(duì)于羧酸(濃酗酸與丙酸除外)仍行較好的耐蝕性。酚避、酮類等介質(zhì)對(duì)其無溶脹作用。烷烴持別是鹵代烴則能引起熔脹。溫度在80℃以上時(shí)，芳香烴對(duì)其有溶解作用。在100℃以下時(shí)，乙醇、乙二醇、丙三醇都可使用。

　　PP有很好的加工性能，它可以機(jī)加工、熱成型、焊接和消除應(yīng)力退火處理。PP管道一般用于化學(xué)工業(yè)。

　　3）         UPVC

　　UPVC是一種以聚氯乙烯為主體的特級(jí)增強(qiáng)聚氯乙烯。日前，UPVC塑料制管，管件和塑料制閥門已廣泛使用。

表4.5.10  UPVC塑料管、管件和閥門應(yīng)用情況

　　4）         ABS

　　ABS (丙烯腈一丁二烯一苯乙烯三元共聚物)塑料，在國內(nèi)防腐蝕領(lǐng)域內(nèi)開始得到應(yīng)用。

　　5）         聚乙烯（Polyethylene）

　　聚乙烯管由高、低壓聚乙烯粒狀料擠壓成型。它具有良好的耐腐蝕、耐溶劑性能、介電性好、吸水性小、無毒、質(zhì)輕，可供輸送腐蝕性液體用，也可用于埋地輸送燃?xì)狻?o:p>

　　低壓聚乙烯管材承受壓力：重型管不超過1MPa，輕型管不超過0.5 MPa，高壓聚乙烯重型管不超過0.6MPa，輕型管不超過O.3 MPa。使用溫度：-20～60℃。

　　2.          不透性石墨（Impermeable Graphite）

　　不透性石墨有浸漬石墨、壓制石墨和澆注石墨三大類，都是用人造石墨和合成材脂等制成的導(dǎo)熱耐蝕材料。不透性石墨膨脹系數(shù)小，導(dǎo)熱系數(shù)高，機(jī)械強(qiáng)度不高，沖擊韌性很低，其突出的特點(diǎn)是對(duì)許多腐蝕介質(zhì)具有優(yōu)良的耐蝕性。

　　酚醛樹脂浸漬石墨管可用于180℃以下的鹽酸、硫酸、磷酸、醋酸、氯代醇、芳香族烴、脂防族烴等介質(zhì)。但不耐強(qiáng)氧化劑和堿。改性酚醛樹脂浸漬的石墨管道既耐酸又耐堿。呋喃樹脂浸漬的石墨管道耐酸、堿、鹽和有機(jī)溶劑。

　　壓制的石墨塑料管耐所有濃度的鹽酸和70％以下的硫酸，特別適合于制造需要耐溫降的而且又耐蝕的輸送管道．但需要鎧裝．以免撞碎或壓碎。澆注石墨的化學(xué)穩(wěn)定性與浸漬類石墨相似。

　　用浸漬石墨管或擠壓成型的石墨塑料管作輸送管道，輸送腐蝕性流體，在合成氯化氫、鹽酸生產(chǎn)和有機(jī)氯化物等的生產(chǎn)中均已得到廣泛的應(yīng)用并取得良好的效果。它是一種脆性材料．抗沖擊強(qiáng)度比較低，在安裝使用時(shí)要防止沖擊和振動(dòng)。輸送較高壓力的介質(zhì)時(shí)可用套管鎧裝的形式并用膠合劑將它攘在鋼管中。輸送較高溫度的介質(zhì)或氣溫變化比較大時(shí)，管線會(huì)伸長或收縮，故在安裝時(shí)要增設(shè)膨脹節(jié)。

　　石墨管線可用法蘭連接、螺紋連接、對(duì)接(外纏樹脂浸漬過的玻璃布加強(qiáng))或用短的套管膠接的方法進(jìn)行連接，要放置在支架上，防止變形或受外力作用而斷裂，最好全部用玻璃布增強(qiáng)，浸漬玻璃布用的浸漬劑，推存采用環(huán)氧樹脂。

　　標(biāo)準(zhǔn)的石墨管尺寸(外徑x內(nèi)徑x長)如下：

　　29×19×200～4000，32x 22x 2000～4000，38×25×2000～4000，5l× 38×2000～4000、68×51×2000～4000，86×64×2000～4000，102×76×2000～4000，133×102×2000～4000，159×127×2000～4000，190×152×2000～4000， 254×203×2000～4000，330×254×2000～4000。共12種。

　　用浸漬石墨制造的管件有：如90°彎頭、45°彎頭、三通、四通、管接頭、螺紋管接頭、管凸緣、管帽(蓋)、裝配塞、塞子。

　　澆注類不透性石墨產(chǎn)品有管子、彎頭、三通等。內(nèi)徑為25mm的管子，其爆破強(qiáng)度為2.5MPa，三通爆破強(qiáng)度為2.0MPa，彎頭的滲透壓力為1.2～1.5MPa。

　　3.          玻璃管（Glass Pipe）

　　玻璃管道具有化學(xué)穩(wěn)定性高、透明、光滑、耐磨、價(jià)廉等許多金屬材料不能比擬的特點(diǎn)。它除了氫氟酸、氟破酸、熱磷酸及強(qiáng)堿外，能耐任何化學(xué)介質(zhì)的腐蝕，因此常用于極苛刻的腐蝕環(huán)境。主要有硼硅玻瑚、無硼低堿玻璃、耐高溫的硼—硅酸鹽玻璃及石英玻璃。

　　4.          陶瓷管（Stoneware Pipe）

　　化工陶瓷管道具有良好的耐腐蝕性能，足夠的不透性，耐熱性和一定的機(jī)械強(qiáng)度，因此在工業(yè)生產(chǎn)特別是化工生產(chǎn)中的應(yīng)用日益增多。化工陶瓷管可分為耐酸管、耐溫管和瓷管三種。除氫氟酸、氟硅酸和強(qiáng)堿外，它能耐大多數(shù)化工介質(zhì)的腐蝕。陶瓷管道一般用于不承壓的場合，推薦使用溫度：耐酸管不大于90℃，耐溫管不大于150℃，瓷管不大于120℃。

　　5.          玻璃鋼管（Glass Fibre Reinforced Plastic Pipe）（FRP管）

　　玻璃鋼又稱為玻璃纖維增強(qiáng)塑料，是以玻璃纖維及其制品(玻璃布、玻璃帶、玻璃氈)為增強(qiáng)材料，以合成樹脂為粘結(jié)劑，經(jīng)過一定的成型工藝制作而成。它集中了玻璃纖維和合成樹脂的優(yōu)點(diǎn)，具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐溫、耐腐蝕、電絕緣、隔熱等優(yōu)異性能，在工業(yè)應(yīng)用上日趨廣泛，已有定型產(chǎn)品。

　　玻璃鋼管（FRP管）一般分為以下四種：

　　1）         FRP-W型

　　FRP-W型管采用雙酚A型不飽和聚脂樹脂為基材，內(nèi)襯表面氈，以中堿玻璃纖維織物為骨料。FRP-W型管專用于輸送海水、淡水、污水和循環(huán)冷卻水。

　　2）         FRP-R型

　　FRP-R型管以不飽和聚脂為基材，以中堿玻璃纖維織物為骨料，專用于通風(fēng)管道。

　　3）         FRP-F型

　　FRP-F型管一般以環(huán)氧樹脂為基材，內(nèi)襯有機(jī)表面氈形成富樹脂的抗?jié)B層、以中堿玻璃纖維織物為骨料。用于輸送石油化工生產(chǎn)中腐蝕性的介質(zhì)。

　　4）         FRP-H型

　　FRP-H型管采用“F”型改性環(huán)氧樹脂、優(yōu)質(zhì)玻璃纖維表面氈，內(nèi)襯中堿玻璃纖維織物為骨料，管外涂防老化層。專用于輸送溫度≤120℃嚴(yán)重腐蝕的介質(zhì)管道。

　　6.          自應(yīng)力鋼筋混凝土壓力管

　　有平口式管和承插式管兩種、已成功地用于輸送水、煤氣和熱電廠粉煤灰等。它與鑄鐵管相比、有下列優(yōu)點(diǎn)：①剛久性好。據(jù)介紹，這種管道在地下可使用80年以上。⑦不導(dǎo)電。能避免雜散電流對(duì)管線的腐蝕。③熱導(dǎo)率低。外界溫度變化對(duì)管內(nèi)影響小。④長期輸水內(nèi)表面不長銹瘤、通水能力不變。⑤有裂縫閉合和愈合之能力。若出現(xiàn)寬度小于0.25mm裂紋，在自壓應(yīng)力作用下能閉合，通常仍可作壓力為0.6MPa以內(nèi)的輸水管使用。⑥鋪設(shè)簡便。⑦接頭密封性好，使用可靠。⑧價(jià)格便宜。

　　缺點(diǎn)是：①白重大；⑦性脆、易斷；②當(dāng)輸送含有面體顆粒的介質(zhì)時(shí)，耐磨性不及鑄鐵管。

　　二、  襯里管（Lined Pipe）

　　襯里管的目的是防腐、電絕緣、減少流體阻力、增加耐磨性能、防止金屬離子的混入和污染。

　　所謂襯里是指根據(jù)使用介質(zhì)和工況的不同，在光管里面或外面粘敷不同的材料和涂塑。襯里管的制作多采用粘敷、噴涂、鑲嵌、真空注塑的方法，還有一種是通過冷拔形成外管為鋼管內(nèi)管為塑料管的鋼塑復(fù)合管的方法。

　　1.   鋼襯橡膠管道

　　橡膠是一種良好的耐酸又耐堿的非金屬防腐蝕材料，特別對(duì)氫氟酸有很好的耐蝕性。

　　橡破分天然橡破和合成橡膠二大類。用于化工防腐蝕襯里，以天然橡膠為多．經(jīng)過硫化處理而成，具有一定的耐熱性能、機(jī)械強(qiáng)度和耐蝕性能。它可分為軟橡膠、半硬橡膠和硬橡膠三種。

表4.5.12

　　橡膠襯里層的選擇原則，主要應(yīng)考慮腐蝕介質(zhì)的特性、操作條件及具體施工的可能性：

　　1）  介質(zhì)腐蝕性強(qiáng)，但溫度變化不大，元機(jī)械振動(dòng)的管道、管件，宜用1～2層硬橡膠，總厚度約為3～6mm。

　　2）  對(duì)于腐蝕性氣體，為了避免氣體的擴(kuò)散滲透作用，用二層硬橡膠襯里為宜。

　　3）  凡介質(zhì)含有固體懸浮物，需考慮耐磨性時(shí)，可采用厚2mm硬橡膠作底層，再襯貼所需厚度軟橡膠作面層。

　　4）  管道、設(shè)備外表面可能經(jīng)受撞擊時(shí)，可采用軟橡膠作底層，半硬橡膠作面層。

　　5）  在真空條件下，一般不采用軟橡膠作底層。

　　6）  在有劇烈振動(dòng)的場合，不能使用橡膠襯里。

　　7）  在同一管件、設(shè)備上，不能同時(shí)用硫化條件不同的二種硬橡膠或軟橡膠進(jìn)行橡膠襯里。

　　橡膠襯里管道的使用范圍：

　　（1） 使用溫度

　　硬橡膠襯里長期使用溫度為0～65℃，短時(shí)間加熱允許提高至80℃；半硬橡膠、軟橡膠及硬橡膠復(fù)合襯里的使用溫度為-25～75℃，軟橡膠襯里短時(shí)間加熱允許提高至100℃。

　　根據(jù)目前資源，天然橡膠、順丁橡膠、丁基橡膠等作軟橡膠襯里，使用溫度約為-60～+65℃；丁腈膠、丁苯膠、乙丙膠等也可在-30～+50℃的情況下作襯里使用。

　　橡膠的使用壽命與使用溫度有關(guān)，溫度過高，會(huì)加速橡膠的老化，破壞橡膠與金屬間的結(jié)合力，導(dǎo)致脫落：溫度過低，橡膠會(huì)失去彈性(橡膠的膨脹系數(shù)比金屬大三倍)。由于兩種基材收縮不一，導(dǎo)致應(yīng)力集中而拉裂橡膠層。由于軟橡膠的彈性比硬橡膠好，故它的耐寒性亦較好。

　?。?） 使用壓力

　　  一般用于壓力低于0.6MPa，真空度不大于80kPa。橡膠襯里的管件有彎頭、三通、四通等。襯膠管子與管件均應(yīng)用焊接法蘭連接。

　　2.   鋼襯玻璃管道

　　鋼襯玻璃管道是鋼管、管件與玻璃的復(fù)合體，系將熔融的玻璃以吹制法襯在經(jīng)過焙燒預(yù)熱的碳鋼管或管件內(nèi)壁，使玻璃牢固地粘附在管子、管件的內(nèi)壁上，并處于一定的壓縮狀態(tài)。除吹制法外，尚有膨脹法及噴涂法。

　　吹制襯玻璃管道使用溫度為0～150℃，使用壓力小于等于0.6MPa，冷沖擊△T80℃，熱沖擊△T120℃，使用介質(zhì)與玻璃管道相同。

　　應(yīng)用實(shí)例有稀硫酸(100℃)管線，EDTA輸送管線，苯烴液化介質(zhì)(HCl，105℃)，橡膠膠漿輸送管線(易堵)等。

　　3.   搪玻璃管道

　　搪玻璃系由非金屬無機(jī)物質(zhì)以搪燒的方法施涂在金屬底材上面形成的一種玻璃狀瓷層（通常稱其為瓷袖層)與金屬緊密結(jié)合的復(fù)合材料。

　　搪玻璃管道標(biāo)準(zhǔn)(HG/T2130-91)。搪玻璃管道瓷釉厚度一般為0.8～1.5mm，它能耐大多數(shù)無機(jī)酸、有機(jī)酸、有機(jī)溶劑等介質(zhì)的腐蝕，特別是對(duì)常溫鹽酸、硝酸、王水等介質(zhì)，具有優(yōu)良的耐蝕性，也因其表現(xiàn)光滑而用于要求不掛料的化工生產(chǎn)中。耐磨性和電絕緣性也很好。

　　搪瓷管道的使用溫度一般在-30～250℃，受壓管道一般在0～180℃，冷沖擊應(yīng)小于llO℃，熱沖擊應(yīng)小于120℃。使用壓力≤0.3MPa。

　　4.   塑料襯里管道

　　鋼管內(nèi)襯聚乙烯或聚丙烯的產(chǎn)品，國內(nèi)已有生產(chǎn)和應(yīng)用。但最有實(shí)用意義的還是鋼管內(nèi)襯氟塑料。氟塑料是各種含氟塑料的總稱，應(yīng)用較多的品種有聚四氟乙烯(PTFE或F4)、可熔性聚四氟乙烯(PFA)、聚全氟乙丙烯(FEP或F46)、聚三氟氯乙烯(PCTFE或F3)等。

　　氟塑料具有高度的化學(xué)穩(wěn)定性和耐高低溫性能。F4襯里管道已在各種工業(yè)部門得到成功的應(yīng)用，經(jīng)常接觸到的介質(zhì)有鹽酸、硫酸、硝酸、王水、氫氟酸、多種有機(jī)酸、強(qiáng)氧化劑和多種有機(jī)溶劑。已使用過的最高溫度為220℃，最高工作壓力0.8MPa。

　　5.   硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料包覆管道

　　硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料具有密度小、強(qiáng)度高、絕熱、吸水率低、耐蝕自熄等待點(diǎn)，作為石油化工朝油輸熱水管道的外包覆材料(既絕熱又防腐)，已得到廣泛應(yīng)用。

　　聚氨酯硬質(zhì)泡沫塑料是以多元羧基化合物和異氰酸5S為主要原料，在催化劑、發(fā)泡劑的作用下，經(jīng)加工聚合發(fā)泡而成。硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料包覆管及夾克管已成功地用于輸油管、熱力管數(shù)百公里。

　　6.   防腐帶材

　　用于管道外壁防腐，抗沖擊，抗剝離，無污染，操作安全，施工簡便，可手工作業(yè)，也可機(jī)械施工。主要品種有：聚乙烯膠帶、聚酯礦脂帶、玻璃纖維改性石油瀝青卷材。

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