1非金属复合管开发现状
近年来，由于非金属管材具有优异的自防腐性、良好的韧性和挠性、便利可靠的连接性、成本低等特点和优势，在国内外市政、海工、建筑、低压燃气等众多工程领域被广泛应用，发展势头迅猛，一些领域已部分或完全取代了传统的铸铁或钢制管道。由于PE、PVC等纯塑料管道强度低，不能满足长输管道的使用要求。针对金属管道与PE、PVC等纯塑料管道的局限性，复合管既克服了金属管和塑料管各自不足，又融合了两者优点，大大拓宽了非金属管道的应用领域，已经成为管材发展的热点和趋势，它当今世界先进的工业国家。如美国、俄罗斯、加拿大、英国、瑞典、日本等发达国家都在积极研制和推广复合管，复合管的应用数量与日俱增。其中，美国复合管年增长率为10%，日本大口径供水管道中复合管占25%，英国管道总长度中复合管占25%，瑞典使用复合管已占管道总长度的40%。目前最具代表性的复合管材有钢塑复合管、铝塑复合管、玻璃钢管、热塑性复合管（RTP管）和复合增强钢管。前3种已经有规模化应用，尤其是大口径玻璃钢管在油田集输管网中应用比较广泛[3～6]。RTP管由内层（PE、PP等）、增强层（聚酯纤维、芳纶纤维或高强钢丝）及外部耐磨层（PE）组成，韧性好，强度高，主要用于海洋输水、海洋立管、油气开采集输及城乡输水管网等。据了解，经过技术攻关，RTP管有望突破DN600mm管径，工作压力达10MPa以上[7]。复合增强钢管是国外管道公司（C-FER、Transcanada）和管道协会（PRCI）等机构正在组织攻关的一种新型管道[8，9]。该钢管的制造过程是在传统的钢管周围紧密缠绕多层干玻璃纤维（或其他纤维材料，如碳纤维），然后在上面涂覆一层热塑性夹套，如高密度聚乙烯（HDPE）涂层。Transcanada公司自1996年起就开始研究复合增强钢管，CRC-Evans公司在WesternAlberta管道长15km的Saratoga段中使用了7根48inX70级CRLP管材进行现场试验。复合增强钢管综合了钢材和玻璃纤维等塑料材料的优点，利用钢管承载轴向载荷和弯曲载荷，应用玻璃纤维加大钢管的承压能力，管道口径、压力不受严格限制，具有很高的性能和成本优势，被认为是X100级以上高压输气管道高强度钢的替代品，是目前油气管道发展中最具前景的方向之一。
2复合管在长输油气管道工程中的应用
前景为了满足国内日益增长的油气需求，预计到2015年国内油气管道总长度将达到15×104km，即新增油气管线约7.4×104km，相当于2010年以前50年的总和，这意味着未来几年油气管道建设将保持13%的增速。单条输气管道的设计输量将从现在的30×108m3/a增加到45×108m3/a以上。在构建中国油气管网建设中，以RTP为代表的增强热塑性复合管、复合增强钢管经进一步的技术升级将大有可为，其主要基于以下原因：一是全钢质管道存在着诸如防腐性能差、高强钢延性差等问题。二是全钢质管道寿命有限，平均大约为30年，如果施工质量好、维护到位，可运营40～50年，但后期运营维护成本高。管道延寿是目前研究发展的大趋势，如采用诸如RTP等复合管道，因其自防腐性较好，能从本质上解决延寿问题。三是成本低。基于完整性的管理新理念，建设方在选择管道材质时必然从管道全寿命周期综合考虑建设和运营成本，钢质管道因成本较高而不具优势。根据德国威肯公司资料显示，与碳钢管道比较，RTP管道可节约成本（材料+施工）25%以上[7]。TransCanada研究表明，采用RTP管道总体费用节省7%～8%，输送流量增加5%左右[9]。RTP管一旦应用于油气长输管道工程领域，可降低全寿命周期内工程成本，并在节能降耗、环境保护等方面具有积极意义。复合增强钢管作为一种世界领先的新技术，在高压、大口径油气长输管线工程中具有良好的应用前景。RTP管和复合增强钢管可能的应用范围见表1。
3复合管在长输油气管道工程应用中存在的问题
RTP管和复合增强钢管应用于油气长输管道领域，尚有如下技术瓶颈问题：一是标准问题。目前，国内外尚未颁布成套的设计、生产制造、施工检验、维抢修等标准规范。规模化应用，没有标准是不行的。二是服役寿命问题。RTP管关于强度、韧性的长期稳定性是一个尚未解决的问题，目前相关厂家根据1000h循环试验，确定为20年的有效期，以后的相关性能因老化问题而会递减，这对油气长输管道的长期服役安全运营是一个悬而未决的问题，此问题虽然可以通过选择合理设计系数来适当解决，但如何选取设计系数仍需要进一步研究。三是原材料供应问题。RTP管道生产最重要的原材料是增强层材料，一般是芳纶纤维。现在只有美国杜邦公司和日本帝人公司两家生产，价格极其昂贵，不利于大规模工业化生产；复合增强钢管的增强层为玻璃纤维，虽然其强度较低，但价格相对便宜。究竟选择何种增强材料需要慎重筛选、研究。四是检测问题。目前RTP管道除制管时在线检测壁厚外，尚没有其他质量检测、控制手段，管道焊接完成后也进行水压试验，但没有统一的规程；复合增强钢管对钢管部分的焊接、检验可以按照相关规范要求进行，但对于主体管缠绕层和补口的质量控制、产品保证没有严格的标准体系。五是RTP管的连接和运输问题。目前RTP管道连接采用电熔连接、法兰连接和钢塑连接头。管道直径增大后，每根管道长度减短，管道接头增多，法兰连接不适合长输管道连接要求，钢塑连接头造价高。因此连接可靠性、连接方式等还需进一步研究。RTP管采用盘卷运输，φ150mm管道每盘长度400m，φ200mm管道每盘长度200m，管道直径增大到一定程度，盘卷可能不适应，每盘长度较短则失去盘卷意义。
4结语
我国管道运输事业的迅猛发展，给塑料管道行业带来了前所未有的发展机遇，复合管道不仅可以应用在油气田、矿区、海工、城市给排水、城市燃气等方面，还应更上一层楼，成为油气长输管道建设中的重要材料。复合长输管道在国内外都是一个新的课题。面对新的市场、新的机遇、新的挑战，需要国内管道界共同努力，在积极跟踪、引进、吸收国外先进技术的同时，充分发挥创造力，融合塑料管道与金属管道的特点，取长补短，早日攻克复合长输管道工业性应用难题。
作者：黄琳 孙晶 孙鹏 张彦楠 单位：中国石油天然气管道科学研究院
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