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    煤礦用PE雙抗管和U-PVC雙抗管的對比

    日期:2020-03-27

    1、 安裝與維修

      在煤礦條件,U-PVC管材的安裝與維修要比PE管材方便。PVC樹脂屬極性分子材料,管材與管材或管材與管件之間的連接,可通過溶劑性專用膠粘劑來實現且可保證極高的粘接強度,這點已得到長期使用的驗證。這對井下施工和維修帶來了極大方便,施工和維修快捷、經濟。PE樹脂屬非極性分子材料,迄今為止在技術上無法實現膠粘劑粘接,只能用熔焊機焊接,受井下安全規程限制,不能隨意連接電源,只能在地面焊接法蘭后連接。對彎頭、三通、異徑等管件,焊接到管子上以后還需再焊上法蘭,方可在井下連接,費時費力且管件使用量多,成本上升。

    2、經濟性

      管材生產的主要成本是樹脂原料,樹脂的價格和樹脂的用量基本決定了成本的高低。樹脂的用量一是取決于樹脂的力學強度,強度越高管壁則可以越薄,也就越省料;二是取決于樹脂比重。

    PE和PVC樹脂的基本性能指標見下表:

               性能

    拉伸強度

    設計許用應力

    彈性橫量

    密度

    樹脂

    Mpa

    MPa

    Mpa

    g/cm3

    PVC

    45

    11

    3000

    1.43

    PE

    22

    6.3(PE80)

    700

    0.93

     

    (1)   正壓管材(給、排水)

    煤礦用給、排水管材均為承受正壓的管材,壁厚按ISO方程計算:

               2e

    P= σ             (1)

               D-e

             PD

    e=                (2)

          2σ+P

    式中:P:公稱壓力,Mpa;

    D:公稱直徑,mm;

    e:公稱壁厚,mm ;

    σ:材料的設計許用應力,Mpa。

    現以公稱直徑dn315mm,公稱壓力PN=1.0MPa的管材為例,按(2)式計算PVC和PE管材的最小壁厚:

               PD             1.0×315            315

    epvc=               =                    =                  =13.7mm

              2σ+P           2×11+1.0            23

     

            PD           1.0×315          315

    ePE=            =                   =                       =23.2mm

          2σ+P         2×6.3+1.0         13.6

    管材的米重W分別為:

     

    Wpvc=(D-e)·π·e·d=(315-13.7)×3.14×13.7×1.43=18.54Kg

    WPE=(D-e)·π·e·d=(315-23.2)×3.14×23.2×0.98=20.83Kg

    WPE/Wpvc=20.83÷18.54=1.12

         由此可見,U-PVC管材較PE管材的米重要輕約10%,再考慮U-PVC管材的配方價較PE管材的要低許多,U-PVC管材的經濟性是明顯的。

    (2)   負壓管材(瓦斯抽放管)

          由于抽放瓦斯所用管材的直徑通常遠大于給排水所用管材的直徑,因此若以噸位計,抽放瓦斯所用管材往往占有較大比例。抽放瓦斯的管材是在負壓下工作的管材,其最小壁厚是首先計算出在特定負壓下的失穩壁厚再乘以安全系數來決定的。失穩壁厚由失穩壓力公式推導。

             2E            e       3

    Per=              (          )                  (3)

            1-u2           D

    式中:e:管材的壁厚,   mm;

    Per:管材的失穩壓力,Mpa;

    E:管材材料的彈性模量,Mpa;

    U:管材材料的泊松比,PVC的泊松比為0.36,PE的為0.45;

    D:管材的直徑, mm;

    由(3)式可推導出

      3       Per(1-u2 )        

    e=                          ×   D          (4)

              2E

    對于公稱直徑dn315mm  Per=0.1Mpa的管材其最小失穩壁厚為:

     

       

          3   0.1(1-0.362)

    ePVC=                      315=0.02439×315=7.68mm

              2×3000

     

          3     0.1(1-0.452)

    ePE=                        315=0.03848×315=12.12mm

                 2×700

    若取安全系數2,則ePVC =15.4 mm, ePE =24.3 mm

    管材的米重分別是:

    Wpvc=(D-e)·π·e·d=(315-15.4)×3.14×15.4×1.43=20.72kg

    WPE=(D-e)·π·e·d=(315-24.3)×3.14×24.3×0.98=21.74Kg

    Wpvc/ WPE=21.74÷20.72=1.05

      由此可見,U-PVC管材的米重要比PE管材的米重輕約5%,再考慮樹脂原料的差價,U-PVC管材的經濟性是很可觀的。

    3、  安全性

      根據MT181的規定,煤礦用塑料管必須滿足抗靜電和阻燃的要求,如前所述PE樹脂是極其易燃的物質,要達到MT181規定的阻燃指標(酒精噴燈燃燒時間)具有很大難度,配方和工藝的波動,均可造成阻燃性能不合格。而PVC樹脂由于分子鏈中含有阻燃的氯原子,本身就是難燃物質,容易達到MT181所要求的阻燃指標,因此安全性要高于PE管材。

       其次,PE管道連接法蘭,只能采用PE樹脂原料所生產的法蘭才能與PE管道進行熔接。但由于PE材料的硬度較低,材料的蠕變系數較大,上緊的法蘭會隨時間的增長而逐步松馳,導致接口泄漏。而PVC的硬度遠高于PE,蠕變系數與PE相比也較小,法蘭接口泄漏的可能性大大降低,使用壽命長。

      從長期安全性而言,由于PVC材料的本身特性及雙抗管配方的物理改性及材料改性其雙抗性能隨管材壽命等同變化。對PVC管材而言屬永久特性,而PE管材的雙抗性能基本屬化學添加劑的改性,添加劑隨時間延長逐漸析出,雙抗性能會喪失。

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