浅析超高分子量聚乙烯管材在浆体输送方面的应用

浆体状固液混合物的输送主要采用以水为载体的水力管道输送方式，输送时易产生磨损、腐蚀、结垢等问题。UHMWPE管以其耐磨损、耐腐蚀、不结垢、磨擦系数低等优点，可替代普通钢管、不锈钢管、特种钢管等在下列领域应用。

（1）采选矿、冶金

煤矿、化工矿、铁矿、有色金属矿及非金属矿等的***，选矿厂的矿浆输送大量采用管道，如原矿管、尾矿管、精矿管、浮选系统管等。选煤厂输送煤炭洗选所产生的浮选入料、浮选精矿和重介质悬浮液等固液混合物都要用管道输送。据日本统计，输送矿浆的精矿管使用寿命为15000h，原尾矿管***短时为6000h，砂浆填充用管多为6000h，***长时为1000h[18]。目前，我国选矿厂尾矿、精矿输送用管道多为钢管，由于矿浆中含有约30%的铁矿石，对钢管的磨损相当厉害，使用寿命仅为1~2a，且每半年要翻转90°，工作量很大。

冶金行业的焦炭粉、矿粉、矿浆及冶炼废渣的处理也涉及大量的管道输送。如革钢铁公司的一个选矿厂用于精选各种矿物的输送管路长达60km，对磨损***严重的部位通常几个星期需要更换一次管道，其余管道每隔不长时间就需进行翻转，工作量之大可想而知。我国是煤炭、矿业大国，煤矿多达9万余个[19]。据不完全统计，每年需耐磨塑料矿用管约2万t，若普遍使用，每年需求量在4万t以上，可节约钢材20万t。

据报道[20]，美国联邦环境保护***会规定***业，特别是矿砂排水操作要采用UHMWPE管。

（2）水煤浆工程

水煤浆是一种新型的高粘度液、固混合流体，由约70%的煤粉、30%的水及1%的化学添加剂配制而成，可以像油一样通过管道输送到终点，再经过脱水、干燥处理后送给用户。水煤浆在北京造纸一厂、桂林钢厂、绍兴轧钢厂等厂燃用均取得成功[21]。

我国自80年代初开始规划了10条不同长度的输煤管道，其中孟-潍管道长达600km[22]。煤炭管道运输是当前解决我国煤炭运力不足的重要运输方式。1998年我国制定的能源工业长期发展计划纲要中明显指出：“要发展管道输煤，输送水煤浆”。目前***已有北京京西水煤浆厂、山东兖日水煤浆厂等7个水煤浆厂[23]。如采用UHMWPE管，就可抵抗这种高粘度固液混合物产生的磨损和腐蚀现象，并因其具有自润滑性而减小输送阻力。据了解，国内某***工程为了长距离输送煤头，已花费高价（3万美元/t）从国外购进了大量的UHMWPE管材作为输送管道。

（3）电厂冲灰

火力发电厂水力冲灰系统中普遍存在着管内壁结垢的问题。如某火电厂总装机容量为33万kw，冲灰管道长6.5km，灰浆管内结垢速度为53mm/a，每1.5a停运去垢检修一次，人工敲打去垢，工时4个月。运行6a的灰管由于结垢严重几乎堵死，并已将13km的铸铁管报废[24]。又如2台30万kw发电机组，冲灰管2a酸洗一次，除垢后钢管内表面锈蚀非常严重，表层剥落，底部更甚，使用5a管壁减薄4mm以上，入口处100m范围内结垢、锈蚀更为严重。冲灰管除了结垢外，磨损也比较严重，如高井电厂φ273mm×10mm的冲灰管道，直管仅用2a就磨漏，弯头部位更为突出。
UHMWPE管抗粘附，不易挂灰，可减少结垢现象，即使有一定程度的结垢，清除也比较容易，并且管材耐磨损、耐腐蚀，可大大延长使用寿命，且不需要涂刷防腐涂料，能节省维护费用。国内曾用UHMWPE板材卷制成内衬管做试验，结果表明，基本不结垢，其耐磨性比普通钢管提高了8倍。

我国现有大型燃煤电厂400余座，小型电厂更多，今后每年将以10家以上的速度增建火力发电厂。每个电厂若需UHMWPE管100t，***就需几万吨。

（4）海湖盐化工

由于UHMWPE管具有极高的耐磨性、耐腐蚀性及耐低温性，可望在海湖盐化工行业盐浆、卤水的输送中发挥重要作用。

①海盐输送目前北方海盐生产的收储工艺流程中，集中式盐田采用大管道输洗；半集中盐田采用小管道输洗。机械化盐场将原盐经几公里长的水力管道（管径为ф114mm，ф125mm等）输送至筛房。盐化工厂将含有杂质的海盐通过粉碎、洗涤和干燥获得普通精盐产品（又称精洗盐）。从盐坨到洗涤设备之间，各厂大都采用管道水力输送的头道洗涤工序[25]。海盐在钢管输送过程中受到机械和水力的磨擦冲击，盐粒破碎，原盐中的粉盐比例增加（随卤水溢流而去），造成粉盐流失较严重[26]，而且，钢管输送盐浆，容易产生结垢现象。塑料管已开始在输盐系统应用，如某盐湖集团公司采盐系统输送管道采用了大口径HDPE管，如果采用UHMWPE管则使用效果更佳，且可吸收冲击能而减少盐粒的破碎。据了解，***近某盐化工厂开始试用UHMWPE管作盐浆输送管道。我国北方海盐年产量占***盐产量的2/3，气温较低，而UHMWPE管的耐寒性极优。

②卤水输送国外盐厂和制碱厂的输送卤水管道较多，如澳大利亚黑德兰盐场的输卤管道长25km，西德博斯盐矿的输卤管道长达70km。我国海湖盐生产现改传统明沟输卤方式为压力管道输卤；每年开发矿盐也在不断新增和改造管道，如果集中制卤区的管道总长5km，管径为ф100~ф250mm的石棉水泥管输送盐卤达500km以上，一般工作压力为0.2~0.5Mpa，使用效果不一，有的盐场使用1~3a就报废了，***短仅1a就腐烂、***[28]。UHMWPE管优良的耐腐蚀性将会大大提高其使用寿命。

（5）疏浚、排泥

所谓疏浚就是用挖泥船挖掘港口、江河、湖泊等泥砂，并将泥砂排出的作业。如湖盐船采船运随着生产期的延长，航道和港池内沉积的淤泥、粉盐和粒盐越积越厚，直到影响盐驳的正常航行，所以通常采用绞吸式挖泥船进行疏浚，其附属设备就是水上浮筒、排泥管、水下沉管和陆上排泥管[18]。现在，许多城市护城河、湖泊的清淤也开始采用新工艺，即从水底直接抽吸淤泥浆，经管道实现长距离排送。挖泥船配管中有水上浮动管线、零号及上坡管线、水上架设管线、水底管线、陆上架设管线。这些挖泥配管必须耐波浪、潮流[18]。

据统计，年均有4亿t的泥沙淤积在黄河河道内。我国将对黄河实施“百船工程”项目，即从国外引进百艘挖泥船对黄河等河流主河道进行清淤治理。每艘船需配备4km泥砂输送管。因钢管易锈蚀、磨损快、笨重，且不易装卸，因而挖泥船输出国要求配用高分子UHMWPE管，仅此项目每年需用耐磨管材8000多t。此外，我国现有挖泥船400多艘，将需耐磨管材15000t以上。

城市下水污泥是浓度较低的浆状物，欧美、日本等***和地区早就用管道进行输送，如美国在洛杉矶、芝加哥等地修建了84km管道；日本在东京都、大阪等地修建了50km的污泥输送管道[18]。建筑工程中挖泥工地的输泥管道由于长期暴露在旷野中，经常遭受日晒和雨淋，且泥浆中砂、砾石坚硬易磨损管壁，钢质输泥管的平均使用寿命仅为4a，且每年需要拷铲、涂漆保护。而用高分子UHMWPE管输送泥浆既耐磨，又可减少维护工作。