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硬聚氯乙烯塑料管的联接增强设计和应用

2021-08-18 来源:吉林机械信息网

硬聚氯乙烯塑料管的联接、增强、设计和应用

1 前言

硬聚氯乙烯塑料(亦称不含增塑剂的聚氯乙烯塑料,以下简称UPVC)管是以聚氯乙烯树脂为主要成分,加入稳定剂、填料、润滑剂、颜料等,再经过捏合、混炼及加工成型等过程而制成的,由于聚氯乙烯树脂原料来源丰富,所以价格比其他塑料低。UPVC不仅价格低廉,而且还具有较高的机械强度和良好的加工性能,特别是它具有优异的耐化学腐蚀性能,因此UPVC 管被广泛地应用作耐腐蚀工程材料。

UPVC 和其他材料一样,也有其本身固有的缺点:线膨胀系数大,为钢的5~6 倍;热变形温度和焊接的焊缝系数较低等。这些缺点也为其材料在较高温度的腐蚀环境中使用带来不利影响,例如:UPVC管道焊接部位强度低、易渗漏,长期使用易变形等,在以往的防腐蚀工程使用中常发生这类事故。 随着科学技术进步,UPVC管子联接方式和管路设计的改进,以及外包玻璃钢增加强度等,逐渐克服了UPVC 本身的不足,使UPVC 管在腐蚀环境中使用越来越可靠,应用范围也逐步扩大。现就UPVC管道联接、增强、设计、应用情况作较全面的论述,供有关人员和单位参考。

2 管子联接方法

UPVC 管道在使用中出现的问题主要集中在管子联接部位,很少出现在管材的本身,管子联接的好坏是使用是否成功的关键,因此管子联接方法的选择和施工十分重要。

UPVC管子联接方法有:对接焊联接、承插联接、冷胶溶接联接、平焊塑料法兰联接、墩管活套法兰联接、护口活套法兰联接等。常用的联接方法有对接焊联接、承插联接、冷胶溶接联接三种形式。

2.1对接焊联接

将管材或管件接头的管端打坡口,然后进行组对、对接焊接。由于这种联接方法成本低,管子制作加工方便,容易实施,过去常采用此方法联接。但出现的问题也很多,主要是对接焊缝渗漏,特别是使用在温度较高 腐蚀环境中,是整个UPVC管路中使用的薄弱环节。这是因为UPVC 焊缝系数高低因人而异,且同一个人焊接的焊缝系数也会有波动,最高的可达0.9,最低的只有0.3,而且目前又没有很好的非破坏性焊缝检验方法,现场焊接施工质量又难以控制,一般情况下焊缝系数只能取 0.5 左右,因此,UPVC 焊缝系数低,联接处强度比管子本身低,可靠性差。较好的解决办法是提高施工人员的熟练程度和工作责任心。

2.2承插联接

管件和管材的一端先加热扩口成承插口,或直接购买加工好承插口的管件和管材,安装时承插口内壁和插入管管材接头部分外壁均涂上一层PVC 粘接剂,然后将管材插入承插口固定固化,最后承插口管端焊在插入管的管材上。它比对接焊联接强度高,约为管子本身的1.5~2.0倍;还有粘接和焊接二道密封,减少了渗漏的可能性,提高了使用的可靠性等优点。但比对接焊联接成本有所提高。在实际应用中,它的使用效果比对接焊联接要好。

2.3 冷胶溶接联接

它是一种新的联接方法,在工业、民用等领域普及很快,具体施工为:用专用的清洗液(清洗液的作用:一方面把表面清洗干净,另一方面使结合面UPVC表面层软化)清洗插入管的管端外表面约50mm长和管件承插口的内壁,然后在粘合面上均匀涂一层粘合剂,将管材插入管件的插口,再用木槌敲击,使管材全部插入承插口,固定固化几分钟即可。这种联接方法采用的管件与过去承插联接使用的管件有较大的区别:承插联接用的管件(或管材)承插口为内带10 左右的锥度,也就是说联接的两结合面间隙不均匀,粘接时粘接剂厚薄不均;而冷胶溶接联接采用的管件是专用的模具加工制成的,承 插口没有锥度,联接的两结合面间隙均匀,吻合度高,配合紧密,结合粘接面大。这种联接方式施工简单、速度快,不须特殊工具和专业施工队伍,质量易于保证;但需要精度较高的管件,目前这类大口径管件开发不久,价格较高,随着使用量增大,专业化生产越来越高,价格将来必然会降低。在实际应用中,它的使用效果很好,为UPVC 管的进一步推广使用创造了条件。

3增加强度

由于UPVC 相对于钢的强度和热变形温度要低得多,而玻璃钢具有较高的强度和热变形温度,为此用外包玻璃钢来增强UPVC 管的强度,这样UPVC 管主要承担抗渗性和耐腐蚀性能,强度主要由外包玻璃钢层承担,而且比UPVC 管使用温度提高10℃左右,这种复合方法既发挥了 UPVC 管良好的抗渗性和耐腐蚀性的优点,又发挥了玻璃钢强度高的优点,克服了UPVC和玻璃钢自身的缺点,同时价格也比同等级的防腐管道便宜,是一种经济实惠的复合方法。 UPVC 管表面能低,表面又很光滑,提高UPVC管表面和玻璃钢两者间界面的粘接力是复合是否成功的关键,随着高性能界面处理剂的问世和机械缠绕玻璃钢技术日益成熟,现在UPVC管外包玻璃钢增强复合管的质量能得到可靠的保证。

外包玻璃钢增强UPVC管道在实际使用中,管材本身很少出问题,绝大部分出现的问题和UPVC管一样,出现在管子联接接头的部位,这是由于外包玻璃钢只能提高UPVC管的长期使用强度,不能提高它的瞬时爆破强度,也就是不能提高管子联接接头的损坏强度和抗渗性。外包玻璃钢增强UPVC管管子联接接头是否容易渗漏主要取决于 UPVC 管管子联接接头的形式和施工质量,在实际应用中的情况也完全一样,UPVC管承插式联接接头外包玻璃钢比对接焊联接接头外包玻璃钢联接抗渗性使用效果要好得多。

4 管路设计

UPVC 线膨胀系数比钢大5~6 倍,强度和刚度也比钢小得多,热变形温度也较低,这就需要加倍精心设计,克服物理机械性能上的不足。 UPVC管路上的支(或吊)架间距、形式要合理:支(或吊)架间距要比同规格的钢管要小2~5倍,并且在承托处垫软垫,以防变形过大和冲击损坏。UPVC 管路上设置伸缩节的数量要根据使用温度计算出的补偿量进行确定,过去伸缩节常采用II型UPVC 管安装形式或焊软PVC 管等,经常由于冲击、老化、碰撞等原因损坏,现在已几乎淘汰。目前基本上选用聚四氟乙烯伸缩节,这种伸缩节具有阻力小、补偿量大、耐老化、耐腐蚀、安装方便等优点。根据使用压力选用 UPVC 管的壁厚最好比国标规定的压力等级提高一个等级,因为在工业生产中影响的因素很多,比如工艺参数控制的波动,会使使用温度、介质浓度比设计值偏高;现场施工条件差和施工人员熟练程度高低不一,均有可能使安装施工质量降低;以及其他设备引起的振动、冲击等都可能降低使用安全系数。这样做,虽然会增加一些投资,但提高了生产的可靠性,减少了停车检修时间所造成的损失,因此,增加一些投资是值得的。

5 使用实例

(1)湖北某冶炼厂输送20%硫酸(65℃、0.2MPa),腐蚀介质的管道,均采用UPVC管道,规格DN200以下,总量约4000m;管子采用对接焊联接,投入使用后,对接焊缝处经常渗漏,造成环境污染和物料损失,成为影响生产的主要因素之一。

(2)我公司基建期电解车间输送电解液管道(腐蚀环境:20%硫酸、65℃、0.2MPa以下),均采用UPVC外包玻璃钢复合增强管(玻璃钢采用机械缠绕),总量约有10000m,规格DN400mm 以下,UPVC 管子联接采用对接焊联接外包玻璃钢(玻璃钢为手糊)。投入使用不久,就发现许多对接焊缝渗漏,电解液从表面玻璃钢增强层渗出,经过几个月的整改,才初步消除,但五年来,时常仍有部分对接焊缝渗漏;管道未见明显的变形;这说明管子对接焊联接可靠性差,而外包玻璃钢对强度和刚度的提高有良好的效果。为了节约投资,技改期电解车间输送电解液管道,大部分仍采用 U P V C 外包玻璃钢复合增强管,总量约有4000m,规格DN350mm以下,但管子联接采用UPVC管承插接外包玻璃钢,并且对管路(包括管架、伸缩节)做到精心设计、精心施工,强化施工管理,使用效果较基建期大为改观,使用一年多,未发现管子承插联接处渗漏。技改期电解车间输送电解液管道有小部分采用 U P V C 管道,总量约有 4 0 0 m ,规格DN250mm,管子联接采用冷胶溶接法联接,现场施工十分方便和迅速,不需专业化队伍和专业设备,使用一年多,效果很好,所有管子冷胶溶接法联接接头,未发现渗漏。

(3) 江西某冶炼厂硫酸净化输送稀硫酸管道(使用环境:15%硫酸、50℃、0.3MPa以下),规格DN300以下,总价350 多万元,均采用UPVC管,管子联接采用冷胶溶接法联接,已使用四年多,末发现渗漏,用户非常满意。该厂原引进日本的UPVC管,也采用冷胶溶接法联接,使用近二十年,现仍然在使用。该厂曾经把冷胶溶接法联接接头,纵向剖开检查,发现管件承口和管材承插头吻合程度高,配合紧密,整个胶接结合面密实均匀,粘接剂厚薄一致,粘接十分牢固,这就是接头不渗漏的原因。

6 结束语

(1)UPVC管在腐蚀介质中使用出现的主要问题是管子联接的接头渗漏,因此要重视管子接头联接方法的选择和施工。

(2) 经过理论分析和实际应用表明UPVC管子承插联接、冷胶溶接联接的抗渗性和强度要优于对接焊联接,在使用时尽可能选用承插联接、冷胶溶接联接。冷胶溶接联接是UPVC 管子联接的发展方向。

(3)  UPVC 管路设计不同于钢质管路的设计;UPVC管路设计特别要重视管路上的支(或吊)架和伸缩节的设计。

(4) UPVC管外包玻璃钢,是解决UPVC 管强

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