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（南通好的防腐裝備有限公司   中匯金源（北京）科技發(fā)展有限公司   中天合創(chuàng)能源有限責(zé)任公司）

摘 要：主要介紹了新型鋼襯塑(EAA)管道及其在石油、化工、煤化等行業(yè)中的工業(yè)應(yīng)用，并與傳統(tǒng)的鋼襯塑管道進(jìn)行了性能對(duì)比。新型鋼襯塑(EAA)材料具有附著力強(qiáng)、防腐性能優(yōu)異、塑化性強(qiáng)、耐老化性能優(yōu)異的特點(diǎn)，與傳統(tǒng)襯塑材料相比具有突出的優(yōu)勢(shì)；EAA襯塑管便于加工和現(xiàn)場(chǎng)施工，適于大口徑管道，可采用法蘭和無(wú)法蘭連接，具有使用壽命長(zhǎng)、綜合性價(jià)比高的優(yōu)勢(shì)。EAA襯塑用于超大型容器防腐也取得了較好效果。

關(guān)鍵詞：新型；襯塑管；EAA 應(yīng)用

引 言

鋼襯塑管道以普通碳素鋼管作為基體，內(nèi)襯化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的樹(shù)脂材料，經(jīng)滾塑成型或冷拉復(fù)合，不僅具有鋼管的機(jī)械強(qiáng)度，且兼有塑料管的耐腐蝕性能，同時(shí)降低了生產(chǎn)成本。由于其表面光潔度達(dá)到0.3-1μm，輸送各種流體時(shí)阻力系數(shù)小，不滋生細(xì)菌霉菌，有良好的防結(jié)垢能力，在同比條件下比鋼管的輸送能力提高7-12%，能耗降低15%^[1]。可以說(shuō)，鋼襯塑管道具有強(qiáng)度高、耐腐蝕、成本低、壽命長(zhǎng)的綜合優(yōu)勢(shì)，是一種高效節(jié)能、環(huán)保防腐、極具潛力的輸送管道。自問(wèn)世以來(lái)，廣泛應(yīng)用于石油、化工、電力、礦山、市政等多個(gè)行業(yè)。

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，各行業(yè)對(duì)流體傳輸管道的需求與日俱增，在性能和成本上提出了更高的要求，原有的鋼襯塑管道難以滿足新的挑戰(zhàn)。此外，隨著材料科學(xué)的不斷發(fā)展，開(kāi)發(fā)了眾多性能優(yōu)異的樹(shù)脂產(chǎn)品，為新型鋼襯塑管道的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用提供了材料基礎(chǔ)。通過(guò)鋼襯塑行業(yè)的不懈努力，開(kāi)發(fā)了一系列性能優(yōu)異、適應(yīng)性廣、性價(jià)比高的新型鋼襯塑管道，拓寬了鋼襯塑管道的適用范圍。

本文對(duì)近年來(lái)新開(kāi)發(fā)的EAA（乙烯-丙烯酸共聚物）、ETFE（又稱(chēng)F40，乙烯-四氟乙烯共聚物）鋼襯塑管道及其應(yīng)用做一概要介紹，并與傳統(tǒng)的鋼襯塑管道進(jìn)行性能對(duì)比，以期為鋼襯塑管道的選擇與應(yīng)用提供借鑒。

1 EAA鋼襯塑管道

1.1 EAA材料特性

EAA（Ethylene-Acrylic Acid）為乙烯（E）和丙烯酸（AA）的共聚物，具有良好的低溫性能和柔軟性，優(yōu)良的耐彎曲開(kāi)裂及耐環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂性，具有較大彈性等。1961年，美國(guó)UCC公司和陶氏DOW化學(xué)公司開(kāi)發(fā)生產(chǎn)了 EAA 樹(shù)脂，目前多個(gè)發(fā)達(dá)國(guó)家可以生產(chǎn)EAA 樹(shù)脂。2022年8月，國(guó)內(nèi)衛(wèi)星化學(xué)全資子公司山特萊公司與韓國(guó)SKGC公司簽署合資合同，共同建設(shè)運(yùn)營(yíng)國(guó)內(nèi)首套EAA裝置。

與聚乙烯相比，EAA共聚物的熔點(diǎn)和剛性較低，由于氫鍵的作用，有利于改進(jìn)其對(duì)金屬、紙、玻璃、鋁及其它金屬和非金屬材料的粘結(jié)性。羧酸基對(duì)性能的影響可歸納為以下幾點(diǎn)：（1）附著力強(qiáng)，與金屬、玻璃和纖維有優(yōu)異的粘合性，普通內(nèi)襯PE/PO襯里層與鋼的附著力一般在30N/cm2，而EAA內(nèi)襯材料襯里層與鋼的附著力高達(dá)80N/cm2，是普通PE的2-3倍；（2）耐腐蝕性能強(qiáng)，適用于大多數(shù)無(wú)機(jī)酸、堿和鹽，包括污水、鹽水和凈水的輸送。因其出色的耐氯離子性能，適于高鹽廢水、海水淡化、礦井水項(xiàng)目，包括管道、水箱、儲(chǔ)罐等；（3）耐候性、抗老化能力強(qiáng)，普通內(nèi)襯PE/PO材料，放在露天不到1年，塑料密封面開(kāi)始與鋼體脫層，內(nèi)襯EAA放在露天5年，也未發(fā)現(xiàn)密封面與鋼體脫層，充分說(shuō)明該材料抗老化與耐候性能優(yōu)越；（4）塑性好、延伸性能優(yōu)越，眾所周知，塑料的線彭脹系數(shù)大于鋼的15到20倍，如果塑料層沒(méi)有很好的塑性變形能力，最終導(dǎo)致襯塑層與鋼體脫層，正因?yàn)镋AA材料優(yōu)異的延伸率和抗蠕變能力，其膨脹與收縮所產(chǎn)生的變化利用了EAA很好的彈性變形所消化吸收。破壞性試驗(yàn)表明，EAA鋼襯塑管經(jīng)上百次折彎，也未發(fā)生脫層現(xiàn)象；（5）耐低溫效果優(yōu)越，EAA鋼襯塑管適合應(yīng)用于北方寒冷地區(qū)及溫差較大的地區(qū)，在-50℃可長(zhǎng)期使用。

起初我國(guó)引進(jìn)該材料主要應(yīng)用于超音速火焰噴涂使用，經(jīng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)該材料通過(guò)火焰加熱而不老化，證明該材料具有優(yōu)越的抗老化與耐候性能。國(guó)內(nèi)南通好的防腐裝備有限公司2013年首次把該材料應(yīng)用于熱滾襯里防腐管道產(chǎn)品，獲得了非常理想的應(yīng)用成果。

1.2 EAA鋼襯塑管的特性

EAA材料出色的塑化性能，使鋼塑復(fù)合體具有以下優(yōu)異的特性：

（1）便于加工和現(xiàn)場(chǎng)施工， EAA鋼襯塑管道通常采取熱滾塑加工方式，一般鋼件溫度控制在200-220℃，不需將改制段運(yùn)回生產(chǎn)車(chē)間而直接在使用現(xiàn)場(chǎng)加工改制，便于現(xiàn)場(chǎng)施工，節(jié)省成本；尤其可滿足緊急情況下的現(xiàn)場(chǎng)施工要求。

（2）EAA材料的高附著力，使襯塑管道適用于大口徑管道，在不設(shè)龜甲網(wǎng)的情況下，最大管徑可達(dá)DN1600（大于DN1600應(yīng)設(shè)龜甲網(wǎng)），高于其他襯塑管道；管道長(zhǎng)度可達(dá)6m，降低了管道成本。此外，EAA鋼襯塑管道還具有耐負(fù)壓性能強(qiáng)的特點(diǎn)，優(yōu)于傳統(tǒng)的鋼襯PO/PE產(chǎn)品，拓寬了襯塑管道的使用范圍。

（3）管道連接方式靈活，與其他傳統(tǒng)的襯塑管道不同，EAA鋼襯塑管可采用法蘭連接或無(wú)法蘭連接，可實(shí)現(xiàn)地埋安裝，采用無(wú)法蘭連接時(shí)有效克服了法蘭連接中易出現(xiàn)的問(wèn)題，更好地適應(yīng)各種現(xiàn)場(chǎng)安裝條件^[2]。

（4）使用壽命長(zhǎng)，綜合性價(jià)比高。與PO/PP鋼襯塑管相比，雖其成本高約5-10%，但使用壽命卻可延長(zhǎng)一倍左右，達(dá)40-50年。

2 ETFE鋼襯塑管道

2.1 ETFE材料性能

乙烯與四氟乙烯共聚物（ETFE，又稱(chēng)F40）是繼聚四氟乙烯（PTFE） 和聚全氟乙丙烯（FEP）之后的第三大氟樹(shù)脂品種。ETFE兼有聚四氟乙烯與聚乙烯（PE）的優(yōu)點(diǎn)，在具有聚四氟乙烯高耐候性、高化學(xué)穩(wěn)定性、高介電性基礎(chǔ)上，又具有聚乙烯的優(yōu)良加工性，克服了只能模壓加工的缺點(diǎn)，可用通常熱塑性塑料加工的方法進(jìn)行加工成型，如擠出、模壓、注塑、噴涂等。同時(shí)因ETFE含有C-H 鍵，與其他只有C-F鍵的含氟材料不同，其優(yōu)良的耐輻照性能更接近于PE。另外，ETFE保持了PTFE優(yōu)良的耐化學(xué)腐蝕性能，同時(shí)又有對(duì)金屬特有的較強(qiáng)的粘著特性，克服了PTFE對(duì)金屬不粘合缺陷，并且該材料的平均線膨脹系數(shù)接近碳鋼的線膨脹系數(shù)，因此成為和金屬?gòu)?fù)合的理想材料，具有優(yōu)良的耐負(fù)壓特性^[3]。ETFE樹(shù)脂能夠耐受眾多的化學(xué)品，常溫下不溶于所有溶劑，耐酸堿和有機(jī)溶劑，但是對(duì)氧化劑、含氯溶劑、酮和酯的耐受性稍差^[4]。

表1：幾種鋼襯塑管道性能對(duì)比

2.2 ETFE鋼襯塑管特性

（1）ETFE鋼襯塑管采取熱滾塑加工方式，熱滾塑襯溫度控制要求高，一般燒接溫度在285-290℃，正負(fù)溫差控制在5℃以內(nèi)（不同的原料溫度控制有差異），一般適用于大口徑管道和容器襯里加工。

（2）ETFE鋼襯塑管耐腐蝕性能強(qiáng)、耐溫中高檔、耐負(fù)壓性能好，使用壽命長(zhǎng)，使用條件為+140℃-負(fù)40℃，工作壓力1.6-2.5MPa。

（3）ETFE鋼襯塑管的不足是，需要采用法蘭連接，調(diào)整段需返廠處理，不便于現(xiàn)場(chǎng)施工。此外，ETFE鋼襯塑管價(jià)格較高，投資費(fèi)用較大，一般在特殊場(chǎng)合下使用。

3 常用鋼襯塑管道性能及經(jīng)濟(jì)性對(duì)比

3.1幾種鋼襯塑管道性能及經(jīng)濟(jì)性對(duì)比    

幾種常用的鋼襯塑管適用的介質(zhì)及條件見(jiàn)表1，不同內(nèi)襯材料管道長(zhǎng)度/口徑見(jiàn)表2。對(duì)比幾種鋼襯塑管道性能和使用條件可以看出，對(duì)強(qiáng)腐蝕和高溫介質(zhì)而言，PTFE、ETFE襯塑管較為適宜，ETFE襯塑管更適合于大口徑及負(fù)壓條件，但費(fèi)用相對(duì)較高。就耐腐蝕性而言，PO/PE、PP、EAA性能基本相當(dāng)，適合于一般的耐腐蝕環(huán)境應(yīng)用。在上述襯塑管中，EAA襯塑管耐低溫性能最優(yōu)，更加適合于北方低寒環(huán)境，同時(shí)適應(yīng)于大口徑、負(fù)壓條件，更易于加工和現(xiàn)場(chǎng)施工，盡管其成本稍高于PO/PE、PP襯塑管，但使用壽命可延長(zhǎng)一倍，因此其綜合性價(jià)比更優(yōu)。

表2：不同內(nèi)襯材料管道長(zhǎng)度/口徑參考

3.2幾種用于循環(huán)水輸送管道的經(jīng)濟(jì)性對(duì)比

從EAA防腐特性及目前的應(yīng)用來(lái)看，其用于循環(huán)水輸送管道表現(xiàn)出更加突出的優(yōu)勢(shì)，為此，我們搜集了市面上常用的循環(huán)水輸送管道，對(duì)其供應(yīng)商報(bào)價(jià)進(jìn)行了粗略的對(duì)比分析（詳見(jiàn)圖1）。

僅從單位價(jià)格對(duì)比來(lái)看，在小管徑（DN800）以下，EAA襯塑管價(jià)格與其他管道基本相當(dāng)；在DN800~DN1600 的范圍內(nèi)，處于中間價(jià)格；而 DN1600 以上，其他管道價(jià)格顯著高于鋼襯 EAA 管道。若從應(yīng)用壽命綜合分析，由于EAA襯塑管優(yōu)異的附著力及耐老化性，其使用壽命高于其他管道，因此其綜合性價(jià)比高于其他管道。當(dāng)大口徑管道占比大、彎管段多，要求施工進(jìn)度快以及維修便利時(shí)，鋼襯 EAA 管道的優(yōu)勢(shì)將更加明顯。

4 特大型EAA襯塑容器

在石油/化工/煤化等行業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，常使用特大型防腐襯塑容器，受多種因素的制約，常規(guī)襯塑材料/工藝難以滿足工業(yè)實(shí)際需要。EAA材料因其出色的塑化性能，尤其是采用熱滾塑工藝進(jìn)行襯塑，這就為特大型容器的現(xiàn)場(chǎng)施工創(chuàng)造了條件。

由于特大型儲(chǔ)罐無(wú)法整體進(jìn)行一次性熱滾塑，我公司采取分塊式襯塑后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)拼裝。鋼板下料根據(jù)儲(chǔ)罐直徑所需板材弧長(zhǎng)進(jìn)行下料，先對(duì)鋼板進(jìn)行熱滾塑加工，鋼板邊緣預(yù)留100mm不襯塑作為鋼板焊接區(qū)域?；⌒武摪瀣F(xiàn)場(chǎng)拼裝后再對(duì)焊縫預(yù)留區(qū)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)襯塑?；⌒武摪宓臒釢L塑過(guò)程，在專(zhuān)用熱滾塑平臺(tái)上進(jìn)行。

采用以上施工方式具有以下顯著優(yōu)點(diǎn)：①節(jié)省工作量和安裝周期；②襯塑材料運(yùn)輸方便；③確保品控滿足要求；④檢維修方便。

5 EAA襯塑管道在石油/化工/煤化行業(yè)中的應(yīng)用

由于EAA鋼襯塑管道的優(yōu)異性能，產(chǎn)品已廣泛用于污水、酸堿、海水、化工工藝輸送管道及容器等，在神華集團(tuán)污水處理、宜都興發(fā)磷酸、越南燒堿、青海鹽湖集團(tuán)水處理、新疆伊利煤制氣、塔里木油田等數(shù)十家項(xiàng)目中獲得成功應(yīng)用。

我公司為國(guó)內(nèi)首家將EAA引入襯塑管及工業(yè)應(yīng)用的廠家，目前已生產(chǎn)銷(xiāo)售10余年，產(chǎn)品已廣泛用于污水、酸堿、海水、化工工藝輸送管道及容器等。公司獲得神華集團(tuán)2015年-2016年優(yōu)秀供應(yīng)商稱(chēng)號(hào)，取得中核集團(tuán)供應(yīng)商資格。

某煤化工含鹽廢水內(nèi)襯管更換項(xiàng)目，原使用內(nèi)襯PE管不到1年出現(xiàn)大面積脫層，我公司為其更換約2000M，最大口徑DN1000mm，2017年9月投入運(yùn)行，至今運(yùn)行良好。寧煤煤化工基地污水項(xiàng)目，應(yīng)用內(nèi)襯EAA，一階段2018年7月投入運(yùn)行，使用量12000M，最大口徑DN900，地面管道法蘭連接，地埋管道無(wú)法蘭連接。宜都興發(fā)化工有限公司磷酸項(xiàng)目，應(yīng)用內(nèi)襯EAA，2012年投入運(yùn)行，使用量4000M，最大口徑1400mm，連接方式法蘭連接。塔里木油田2020年使用8000M無(wú)法蘭EAA涂塑管道。EAA襯塑管道在石油/化工/煤化行業(yè)的典型應(yīng)用情況詳見(jiàn)表3。

6 結(jié)語(yǔ)

新型鋼襯塑管道的開(kāi)發(fā)為各行業(yè)流體輸送提供了更多的選擇，同時(shí)對(duì)鋼襯塑管道提出了更高的要求，除滿足高強(qiáng)度、耐腐蝕等基本要求外，鋼襯塑管道的發(fā)展將更加追求適應(yīng)范圍寬、易于施工和維護(hù)、成本和運(yùn)行費(fèi)用低等綜合性能，隨著材料科學(xué)的不斷發(fā)展，新的襯塑材料將不斷開(kāi)發(fā)，應(yīng)用范圍也將不斷擴(kuò)大，鋼襯塑管道行業(yè)將迎來(lái)更加廣闊的發(fā)展空間。

圖1：用于循環(huán)水輸送常用管道報(bào)價(jià)與通徑對(duì)比

表3：EAA襯塑管道在石油/化工/煤化行業(yè)的典型應(yīng)用

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第一作者介紹：瞿海德（1957-），男，1977年7月畢業(yè)于南通河運(yùn)學(xué)校輪機(jī)專(zhuān)業(yè)，任職南通好的防腐裝備有限公司董事長(zhǎng)。