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行业新闻

聚乙烯(PE)燃气管专用料介绍

一、 中国PE燃气管材专用料概况
1. 中国PE燃气管的需求
(1) 中国快速的城市化建设以及对环境质量越来越高的要求,促进了城市燃气的飞速发展。据有关资料介绍,2010年我国天然气管道总长仅3.5万公里,但到2015年天然气管道总长将达到10万公里。
(2) 近几年PE燃气管材用量已超过30万吨/年,且其发展仍然处于黄金时期。根据设计要求,PE燃气管道必须保证50年的使用寿命,因此对原材料的选用、管材、管件、配套件的加工以及施工技术都有较高的要求。
2. PE燃气管的特性
聚乙烯(PE)管道具有许多优异的性能,如耐低温性好、韧性好、抗腐蚀性、可焊接性以及“非开挖定向钻孔”等,特别是其具有良好的快速裂纹传递抵抗能力,使其成为城镇中低压埋地燃气管材的首选材料。
3. PE燃气管的现状
(1) 根据国际标准ISO 4437:2007和欧洲标准EN 1555-1:2010的要求,生产燃气用埋地PE管材的原料应采用混配料,即基础PE树脂与添加剂,如抗氧剂、颜料、炭黑、紫外线稳定剂等的均匀挤出混合物。
(2) 聚乙烯燃气管要求所用原料必须为黑色或黄色的专用料,且原料必须有适当的炭黑含量和炭黑分散度。
(3) 目前,PE 燃气管材主要采用PE 80与PE 100等级的中密度聚乙烯(MDPE)和高密度聚乙烯(HDPE)树脂为原料。
(4) PE 80级树脂的颜色为黄色或者黑色,生产的管材颜色为黄色或黑色管材加黄色标记,PE 100级树脂的颜色为橙色或黑色,生产的管材颜色为橙色或黑色管材加橙色标记。制造标记色条的混配料的基础树脂,必须与生产管材的混配料的基础树脂相同。
二、 国内PE燃气管的市场情况
(1) 相对于其他塑料管道,国内PE燃气管的应用和管理相对比较规范。国家质检总局在《特种设备安全技术规范》中对PE燃气管材和管件的生产和应用都有明确要求,并实行认证制度。
(2) 国内燃气公司对生产PE燃气管材、管件和阀门等原材料牌号,一般都具体指定,比较大的燃气公司对加工企业还实行定点生产,甚至采用驻厂监造以保证产品质量。
(3) 近年来,国内石化企业开始加快PE燃气管材专用料的研究和开发步伐,但是满足燃气管材专用料要求的生产厂家相对较少,国内主要依赖进口。
表1  欧洲主要PE管材专用料牌号(为方便有全面了解,给水管牌号也也在其中)

生产商 牌号 等级 颜色 生产工艺 备注
Borealis HE3490-LS PE100 黑色 北星双峰(Borstar)技术 燃气、饮用水
HE3490-LS-H PE100-RC 黑色 燃气
HE3492-LS PE100 橙色 燃气
HE3492-LS-H PE100-RC 橙色 燃气
HE3490-IM PE100 黑色 注塑压力管件
ME3440 PE80 黑色 燃气、饮用水
ME3441 PE80 黄色 燃气
LyondellBasell CRP100 Black PE100 黑色 赫斯特(Hos-talen)淤浆聚合 燃气、饮用水
CRP100 Orange PE100 橙色 燃气
CRP100 Resist CR Black PE100-RC 黑色 燃气
GM5010T3 Black PE80 黑色 燃气、饮用水
INEOS Polyolefins TUB121N3000 PE100 黑色 InnoveneTM S双环管淤浆聚合 燃气、饮用水
TUB125N2025 PE100 橙色 燃气
TUB121N6000 PE100-RC 黑色 燃气
TUB171 PE80 黑色 燃气、饮用水
TUB172 PE80 黄色 燃气
Total Petrochemicals XS10B PE100 黑色 双环管淤浆工艺 燃气、饮用水
XS10 Orange YCF PE100 橙色 燃气
XRC20B PE100-RC 黑色 燃气
XSC50 Orange PE100-RC 橙色 燃气
XSC50 Blue PE100-RC 蓝色 饮用水
XSL12B PE100-RC 黑色 燃气、给水
3802B PE80 黑色 连续低压淤浆工艺 燃气、饮用水
3802 YCF PE80 黄色 燃气
SABIC Europe P6006 PE100 黑色 赫斯特(Hos-talen)淤浆聚合 燃气、饮用水
P5510 PE80 黑色 燃气、饮用水
 
 
 

 
(4) 除欧洲进口料之外,还有的企业采用亚洲国家的原料,特别是韩国的PE管材专用料生产燃气管。
表2  亚洲主要PE管材专用料牌号

生产厂商 牌号 等级 颜色 备注
SCG Chemicals
(泰国)
EL-LENE H1000PC PE100 黑色 燃气、给水
SK株式会社 6100 PE100 黑色 燃气、给水
TR480BK PE80 黑色 燃气、给水
韩国大林 LH4100 PE100 黑色 燃气、给水
TR418BL PE80 黑色 燃气、给水
大韩油化 P600BL PE100 黑色 燃气、给水
P600 PE100 本色 给水
P502BL PE80 黑色 燃气、给水
P502YE PE80 橙色 燃气
P502 PE80 本色 给水
韩国LG PD0100 PE100 黑色 燃气、给水
PD0108 PE80 黑色 燃气、给水
台塑 8001BL PE100 黑色 燃气、给水
8001 PE100 本色 燃气、给水
沙特TASNEE TASNEE100 Black PE100 黑色 燃气、给水
三、 国产料生产技术和主要牌号
(1) 我国推广应用塑料煤气管材,但在很长一段时期内进展并不大。一是由于当时国内还不能生产高质量的PE管道系统,特别是缺乏配套的管件和焊接施工机械及施工规范,二是由于当时我国用的燃气主要是人工煤气,含有可能侵蚀PE材料的成分。
(2) 进入21世纪,我国开始实施能源结构调整计划,充分利用天然气资源,大幅度提高天然气在能源中的比例,特别是城市能源要大部分转换为天然气,PE燃气管的市场潜力开始显现。
(3) 我国国产PE管材专用料的发展也很快,其技术水准和质量不断提高。生产PE管材专用料的企业主要集中在中石化和中石油这两个超大型国有企业,采用的装置均为国外引进。
 
 
表3  国内聚乙烯管材专用料的生产工艺

生产企业 生产工艺 共聚单体
及分布
牌号 等级  
上海石化
股份有限公司
北欧双峰技术 丁烯-1,
双峰
YGH041TLS PE100 给水
YGH041T PE100黑色 燃气
YGH041 PE100 给水
YGH091T PE80 给水
YGH051T PE80 给水
燕山石化
股份有限公司
三井油化淤浆法 丁烯-1,
双峰
7600MBL PE100黑色 燃气
7600MO PE100橙色 燃气
6380MBL PE80 给水
扬子石化
股份有限公司
三井油化淤浆法 丁烯-1,
双峰
4902T PE100 给水
4902TBK PE100黑色 燃气
4803T PE80 给水
齐鲁石化
股份有限公司
UCC低压气相法 己烯-1,
丁烯-1
单峰
DGDB2480HBK PE100 燃气
DGDB2480H PE100 给水
DGDB2480BK PE80 燃气
DGDB2480 PE80 给水
福建联合石油化工有限公司 UCC低压气相法 丁烯-1,
单峰
DGDB2480 PE80 给水
独山子石化
股份有限公司
BP低压气相法 丁烯-1,
单峰
TUB121-N3000 PE100 燃气
Innovene 
双环管淤浆法
己烯-1,
双峰
HD3902EX PE80 给水
中沙(天津)石化有限公司 Innovene 
双环管淤浆法
己烯-1,
双峰
PN049 PE100 给水
K44 PE80 给水
辽宁华锦化工
股份有限公司
Innovene
双环管淤浆法
己烯-1,
双峰
PN049 PE100 给水
K44 PE80 给水
吉林石化
股份有限公司
Basell Hostlen
技术
丁烯-1,
双峰
JHMGC100S PE100 给水
上海金菲石化
股份有限公司
Phillips
环管淤浆法
己烯-1,
单峰
TR-480AT PE80 给水
茂名石化
股份有限公司
Phillips
环管淤浆法
己烯-1,
单峰
TR480M PE80 给水
注1:和吉林石化相同的工艺还有中海壳牌,抚顺乙烯和成都乙烯。
注2:和独山子石化工艺相同的还有上海赛科、盘锦乙烯,武汉乙烯。
(4) 由于国内工业化装置造粒系统配置的局限性(一个聚合装置一般只配备1条造粒线,使得在现有装置上都无法大规模生产PE燃气管专用料。
 
(5) 为改变这一不利局面,扬子石化、齐鲁石化、上海石化、燕山石化、独山子石化开始着手进行混配料造粒线的改造和建设工作,目前国内有上海石化的YGH041T、燕山石化的7600MBL以及独山子石化的TUB121-N3000可以用于燃气管的生产。
表4 国内黑色PE燃气管材专用料的性能指针

物理性能 牌号
DGDB2480
HBK
YGH041T 7600MBL 4902TBK TUB121N3000混配料
生产厂家 齐鲁石化 上海石化 燕山石化 扬子石化 独山子石化
颜色 黑色 黑色 黑色 黑色 黑色
等级 PE100 PE100 PE100 PE100 PE100
密度/g.cm-3 0.952 0.959 0.958 0.952 0.959
熔融指数               
 (190℃,5kg)/g.(10min)-1
0.32 0.40 0.23 0.15~0.3 0.29
拉伸屈服强度/MPa 20.5 ≥18 22 22 ≥21
热稳定性(200℃)/min 67 ≥25 60(210℃) ≥40 >60
备注 少量 质量优 少量 质量差 质量优
(6) 此外,针对黑色PE燃气管材专用料,由齐鲁石化公司研究院和燕山石化公司树脂研究所共同起草了一份石化行业标准SH/T 1768-2009《燃气管道系统用聚乙烯(PE)专用料》,该标准规定了燃气管道用黑色PE专用料的命名与分类、要求、试验方法、检验方法等。
四、 国外PE燃气管专用料的开发情况
国外PE燃气管道最早应用于20世纪50年代,1956年美国率先在燃气管系统中使用PE管材。经过几十年的发展与竞争,PE燃气管道在国外已成为最成熟的塑料管道品种,被公认为最适宜用作燃气输送的管材。英国、丹麦等国PE燃气管道普及率已经超过90%,法国从1998年开始新敷设的中低压燃气管道几乎100%采用PE管道。
(1) 北欧化工(Borealis)公司
采用北星双峰(Borstar)专利技术生产Borsafe TM系列PE燃气管材专用料,其中HE3490-LS和HE3492-LS具有优良的防悬垂性能,特别适合于大口径管材的生产,生产的管材口径从20mm到2,000mm。耐开裂聚乙烯PE 100-RC (Resist Crack,耐开裂)管道专用料HE3490-LS-H(黑色)和HE3492-LS-H (橙色),该类管材料继承了PE100管材的技术优点,并可用于管道无沙回填、旧管道更新、非开挖安装和管道快速敷设技术。
 
表5 北欧化工公司燃气管材专用料性能指针

物理性能 牌号
ME3440 ME3441 HE3490-LS HE3490-LS-H HE3492-LS HE3492-LS-H
颜色 黑色 黄色 黑色 黑色 橙色 橙色
等级 PE-80 PE-80 PE-100 PE-100 PE-100 PE-100
密度/g.cm-3 0.951 0.944 0.959 0.959 0.952 0.952
熔融指数           
 (190℃,5kg)/g.(10min)-1
0.85 0.80 0.25 0.25 0.30 0.30
拉伸屈服强度/MPa 19 19 25 25 25 25
热稳定性(210℃)/min ≥15 ≥20 ≥15 ≥15 ≥20 ≥20
(2) 英力士(INEOS)聚烯烃公司
采用InnoveneTM S双环管淤浆聚合工艺来生产ELTEX 系列管材专用料,其中压力管道树脂是该套工艺最具有特色的产品,具有优秀的耐蠕变破坏、耐慢速裂纹增长(SCG)和耐快速裂纹扩展(RCP), 此外,通过分子结构设计,优化聚合物链缠结和结晶度之间的平衡,开发了ELTEXSUPERSTRESS系列PE100-RC管材专用料,其中用于燃气管材领域的有TUB121N6000(黑色)和TUB125N6000(橙色)。
表6 英力士聚烯烃公司燃气管材专用料性能指针

物理性能 牌号
TUB171 TUB172 TUB131
N2010
TUB121N3000 TUB125N2025
颜色 黑色 黑色 黑色 黑色 橙色
等级 PE80 PE80 PE80 PE100 PE100
密度/g.cm-3 0.949 0.939 0.954 0.959 0.952
熔融指数
(190℃,5kg)/g.(10min)-1
0.85 0.85 0.45 0.30 0.30
拉伸屈服强度/MPa 19 19 22 25 25
热稳定性(210℃)/min >20 >20 >20 >20 >20
(3) 道达尔石化(Total Petrochemicals)公司
采用连续低压淤浆工艺生产PE80级管材料,采用双环管淤浆工艺生产PE100级管材料。该公司开发的Xsene系列管材中,XLS12B具有很好的抗悬垂性能,适用于大口径管材的生产,XRC20B具有极高的耐快速裂纹扩展(RCP)和慢速裂纹增长(SCG)性能,能够有效地解决PE燃气管在使用过程中遇到的划痕伤害及慢速裂纹增长问题。
 
 
表6 道达尔石化公司主要燃气管材专用料性能指针

物理性能 牌号
3802B 3802YCF XS10B XS10 
Orange YFC
XLS12B XRC20B
颜色 黑色 黄色 黑色 橙色 黑色 黑色
等级 PE80 PE80 PE100 PE100 PE100 PE100-RC
密度/g.cm-3 0.948 0.940 0.959 0.950 0.959 0.958
熔融指数
(190℃,5kg)/g.(10min)-1
0.90 0.90 0.30 0.30 0.2 0.3
拉伸屈服强度/MPa 18 18 26 26    
热稳定性(200℃)/min >20 >20 >20 >20 >20 >20
(4) 利安德巴塞尔(LyondellBasell)工业公司
采用赫斯特(Hos-talen)淤浆聚合工艺,通过双峰串联生产Hostalen系列PE 80和PE 100级管材料,产品具有良好的抗应力开裂和长期静液压性能,其中CRP100XL适用于大口径管材的生产。此外,该公司利用先进的ACP (Advanced  Cascade Process)三釜串联工艺技术,开发了耐应力开裂专用料CRP100 RESIST CR,满足了市场对新型PE100管材料的需求。
表7 利安德巴塞尔工业公司主要燃气管材专用料性能指针

物理性能 牌号
GM5010 T3 CRP100 Black CRP100 XL CRP100 Orange CRP100 RESIST CR
颜色 黑色 黑色 黑色 橙色 黑色
等级 PE80 PE100 PE100 PE100 PE100-RC
密度/g.cm-3 0.957 0.959 0.959 0.951 0.958
熔融指数
(190℃,5kg)/g.(10min)-1
0.43 0.23 0.23 0.23 0.23
拉伸屈服强度/MPa 22 23 23 23 23
热稳定性(200℃)/min >500 >1000 >1000 >1000 >8760
(5) 大韩油化工业株式会社(KPIC)
韩国大韩油化工业株式会社采用双峰串联淤浆聚合工艺,通过对形态、规整度、密度和分子质量的控制,得到特制的MDPE和HDPE管材专用料。
该公司生产的PE 80级和PE 100级管材料的机械性能和加工性能优异,且相关产品通过瑞典Bodycote Polymer AB和中国国家化学建筑材料测试中心的等级认证。
 
 
表8 大韩油化PE燃气管材专用料的性能

物理性能 牌号
P502 P502BL P502YE P600BL P600YE
颜色 本色 黑色 黄色 黑色 黄色
等级 PE80 PE80 PE80 PE100 PE100
密度/g.cm-3 0.39 0.949 0.941 0.960 0.951
熔融指数
(190℃,5kg)/g.(10min)-1
0.15 0.15 0.15 0.21 0.21
拉伸屈服强度/MPa 19.1 19.1 19.1 23.5 23.5
热稳定性(200℃)/min >40 >40 >40 >60 >60
五、 PE燃气管道相关标准动态
(1) 关于PE燃气管道标准化方面,近期对国内燃气行业影响较大的文件:
① PE燃气国际标准ISO 4437主要部分已经完成修订,公布实施在即。
② 国内G5+燃气企业聚乙烯(PE)输配系统质量控制合作小组管件标准已经大体完成制订,将在年内实施。
(2) 国际标准ISO4437《燃气用埋地聚乙烯管材(PE)-公制标准-规范》和欧洲标准EN 1555.1《燃气输送用塑料管道系统-聚乙烯(PE)》在总结实践和研究成果的基础上,分别在2007年和2010年进行了标准更新。
(3) 我国主要执行的标准为GB 1558.1-2003《燃气用埋地聚乙烯(PE)管道系统第1部分:管材》与更新后的国际标准和欧洲标准存在着较大的差距 。
表9 不同标准对PE混配料性能要求的主要差异

序号 性能要求 GB 15558.1-2003-管材
GB 15558.2-2005-管件
ISO 4437-2007 EN 1555.1-2010
1 原料定级 PE80,PE100 PE80,PE100
混配料的定级试验应在20℃、80℃和30℃与70℃间的某一温度下进行,同时在80℃长期强度实验的回归曲线上,5000h内不能出现拐点。
PE80,PE100
混配料的定级实验应在20℃、80℃和30℃与70℃间的某一温度下进行,同时在80℃长期强度试验的回归曲线上,5000h内不能出现拐点。
2 熔体流动速率/[g·(10min)-1] 0.2≤MFR≤1.4,且最大偏差为混配料制造商标值的±20%。 混配料生产商标称值的±20%或±0.1g/(10min) ,取其中最大值。 0.2≤MFR≤1.4,且最大偏差为混配料制造商标称值的±20%。
3 炭黑颗粒尺寸/nm - 10~25 10~25
       
 
 
 
 
4 耐快速裂纹扩展/MPa PC≥1.5MOP(dn≥250 mm)PC,S4≥MOP/2.4~0.072
(e≥15mm)
e≥15mm
PC≥1.5MOP
且PC=3.6 PC,S4+2.6
e≥15mm
PC≥1.5MOP
且PC=3.6 PC,S4+2.6
5 耐慢速裂纹增 (e>5mm)
165h,不破坏。
dn110或dn125
SDR11 500h,不破坏。
dn110
SDR11 500h,不破坏。
6 耐候 对非黑色混配料有要求:
静液压强(80℃)≥165h。
对非黑色混配料有要求:
静液压强度(80℃)≥1,000h;电熔连接的熔接强度试验-脆性破坏百分数≥33.3%。
对非黑色混配料有要求:
静液压强度(80℃)≥1,000h;电熔连接的熔接强度实验-脆性破坏百分数≥33.3%。
7 兼容性(对接熔接拉伸强度) - 要求原材料生产企业证明所产混配料的兼容性。
dn:110mm 或125mm,SDR11
实验到破坏为止:
韧性-通过,脆性-不通过
要求原材料生产企业证明所产混配料的兼容性。
dn:110mm,SDR11
实验到破坏为止:
韧性-通过,脆性-不通过
备注:1. Dn为公称外径,e为壁厚。
2.SDR为管材公称外径dn与公称壁厚e的比值,亦叫标准尺寸比。
      3.C为管材安全系数,根据管材直径不同,取值不同。
      4.MOP=2MRS/C (SDR-1),S4的临界压力PC,S4≥MOP/2.4~0.072。
六、 国内外PE燃气管材权威组织
1. 中国的G5+ 组织
(1) 2008年在中国城市燃气协会的指导下,由香港中华煤气、北京燃气、广州燃气、深圳燃气、成都燃气5家燃气公司牵头成立了燃气企业聚乙烯输配系统质量控制合作小组(以下简称“G5+”组织)。
(2) 该组织根据国际标准ISO4437-2007和欧洲标准EN1555,制定了G5+标准PE001.1-2008《产品质量技术要求第1部分:燃气用埋地聚乙烯管材》。于2010年正式实施以来,在燃气行业内产生了很大影响。
(3) 该标准对燃气管材颜色进行了细化,并且对炭黑粒径尺寸和炭黑分散度的外观等级做出要求。同时对供货商的选择、原料的选择、生产规范等提出了更加严格的要求。G5+组织明确了其所有的供货商向其提供的原料必须为指定原料,而进入其指定原料目录的全部为进口混配料。
2. 国际的PE 100+ 协会
(1) 在欧洲,由Solvay、Borealis和Elenac(已并入Basell)于1999年成立了联盟-PE100+协会,该协会在PE 压力管道行业具有重要影响。
(2) PE100+协会的宗旨是保证在生产和使用PE100树脂时,保持最高水平性能和安全性。该联盟认证的树脂每隔7个月就重新认证一次,认证产品代表着当今PE压力管道专用料的最高水平。
表10 获得PE100+协会认证的燃气专用料牌号(有效期至2013年9月)

原材料编号 生产商 产地
BorSafeTM HE3490-LS(黑色) Borealis AG 瑞典
BorSafeTM HE3490-LS-H(黑色) Borealis AG 芬兰
BorSafeTM HE3492-LS-H(橙色) Borealis AG 瑞典
BorSafeTM HE3490-LS(黑色) Borouge Pte.Ltd 阿布扎比
BorSafeTM HE3490-LS-H(黑色) Borouge Pte.Ltd 阿布扎比
BorSafeTM HE3490-LS(黑色) Borealis AG 瑞典
ELTEX TUB 121(黑色) Ineos O&P 法国
ELTEX TUB 125N2025(橙色) Ineos O&P 法国
ELTEX TUB 121N3000(黑色) Ineos O&P 比利时
Hostalen CRP 100(黑色) LyondellBasell 德国
Hostalen CRP 100Resist CR(黑色) LyondellBasel 德国
HI-ZEX 7700MBK(黑色) Prime Polymer Co.,Ltd. 日本
EVL-H SP5505BK(黑色) Prime Polymer Co.,Ltd 日本
SABIC Vestolen P6006(黑色) SABIC Polyolefine GmbH 德国
SABIC Vestolen P5501 SABIC Polyolefine GmbH 德国
TASNEE 100(黑色) Saudi Ethylene&Polyethylene 沙特阿拉伯
EL-LENE H1000PC(黑色) SCG Chemicals& Thai Co.,Ltd. 泰国
HDPE XS10B(黑色) Total 比利时
HDPE XS10Orange YCF(橙) Total 比利时
七、 发展建议
(1) 根据《国家化学建材产业“十五”计划和2015年发展规划纲要》的规划,2015年我国城市燃气塑料管的应用量达到40%,这使得国内PE燃气管材领域具有广阔的发展前景。
(2) 与国外厂家相比,国内燃气管道专用料牌号较少,颜色单一,需要开发具有颜色管理和抗吸水性能优势的橙色(黄色)管材料,满足市场的需求。同时开展国内外权威机构的等级认证工作,保证产品满足使用要求,使产品和进口料站在同一技术水准上。
(3) 此外,国外各大公司在PE 100管材料的基础上,推出了PE 100-RC抗划痕材料和适合于大口径管材生产的低熔垂材料,由于其具有优异的性能,已经被管材生产厂家所接受。 

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