煤矿用PE双抗管和U-PVC双抗管的对比 

1、 安装与维修

  在煤矿条件，U-PVC管材的安装与维修要比PE管材方便。PVC树脂属极性分子材料，管材与管材或管材与管件之间的连接，可通过溶剂性专用胶粘剂来实现且可保证的粘接强度，这点已得到长期使用的验证。这对井下施工和维修带来了极大方便，施工和维修快捷、经济。PE树脂属非极性分子材料，迄今为止在技术上无法实现胶粘剂粘接，只能用熔焊机焊接，受井下安全规程限制，不能随意连接电源，只能在地面焊接法兰后连接。对弯头、三通、异径等管件，焊接到管子上以后还需再焊上法兰，方可在井下连接，费时费力且管件使用量多，成本上升。

2、经济性

  管材生产的主要成本是树脂原料，树脂的价格和树脂的用量基本决定了成本的高低。树脂的用量一是取决于树脂的力学强度，强度越高管壁则可以越薄，也就越省料；二是取决于树脂比重。

PE和PVC树脂的基本性能指标见下表：

性能	拉伸强度	设计许用应力	弹性横量	密度
树脂	Mpa	MPa	Mpa	g/cm3
PVC	45	11	3000	1.43
PE	22	6.3(PE80)	700	0.93

 

（1）   正压管材（给、排水）

煤矿用给、排水管材均为承受正压的管材，壁厚按ISO方程计算：

           2e

P= σ             (1)

           D-e

         PD 

e=                (2)

      2σ+P

式中：P：公称压力,Mpa;

D：公称直径,mm;

e：公称壁厚,mm ;

σ:材料的设计许用应力,Mpa。

现以公称直径dn315mm，公称压力PN=1.0MPa的管材为例,按(2)式计算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分别为:

 

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

     由此可见,U-PVC管材较PE管材的米重要轻约10%,再考虑U-PVC管材的配方价较PE管材的要低许多,U-PVC管材的经济性是明显的。

（2）   负压管材（瓦斯抽放管）

      由于抽放瓦斯所用管材的直径通常远大于给排水所用管材的直径，因此若以吨位计，抽放瓦斯所用管材往往占有较大比例。抽放瓦斯的管材是在负压下工作的管材，其最小壁厚是首先计算出在特定负压下的失稳壁厚再乘以安全系数来决定的。失稳壁厚由失稳压力公式推导。

         2E            e       3

Per=              (          )                  （3）

        1-u2           D

式中：e：管材的壁厚，   mm；

Per:管材的失稳压力，Mpa；

E:管材材料的弹性模量，Mpa；

U:管材材料的泊松比，PVC的泊松比为0.36，PE的为0.45；

D:管材的直径， mm；

由(3)式可推导出

  3       Per(1-u2 )         

e=                          ×   D          (4)

          2E 

对于公称直径dn315mm  Per=0.1Mpa的管材其最小失稳壁厚为：

 

    

      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

若取安全系数2,则ePVC =15.4 mm, ePE =24.3 mm

管材的米重分别是:

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

  由此可见,U-PVC管材的米重要比PE管材的米重轻约5%，再考虑树脂原料的差价，U-PVC管材的经济性是很可观的。

3、  安全性

  根据MT181的规定，煤矿用塑料管必须满足抗静电和阻燃的要求，如前所述PE树脂是易燃的物质，要达到MT181规定的阻燃指标（酒精喷灯燃烧时间）具有很大难度，配方和工艺的波动，均可造成阻燃性能不合格。而PVC树脂由于分子链中含有阻燃的氯原子，本身就是难燃物质，容易达到MT181所要求的阻燃指标，因此安全性要高于PE管材。

   其次，PE管道连接法兰，只能采用PE树脂原料所生产的法兰才能与PE管道进行熔接。但由于PE材料的硬度较低，材料的蠕变系数较大，上紧的法兰会增长而逐步松驰，导致接口泄漏。而PVC的硬度远高于PE，蠕变系数与PE相比也较小，法兰接口泄漏的可能性大大降低，使用寿命长。

  从长期安全性而言，由于PVC材料的本身特性及双抗管配方的物理改性及材料改性其双抗性能随管材寿命等同变化。对PVC管材而言属特性，而PE管材的双抗性能基本属化学添加剂的改性，添加剂延长逐渐析出，双抗性能会丧失。