管材和管配件的选择和应用

1.氟塑料管及管配件

用氟塑料制成的化工管道，不仅具有极其优异的耐蚀性，而且可在较高的温度下使用。例如，管芯采用聚四氟乙烯，外部涂覆四氟乙烯-六氟丙烯共聚物（F-46）制得的软管，使用温度为230℃，使用压力最高可达60MPa。除聚四氟乙烯以外，聚偏氟乙烯、聚三氟氯乙烯及聚全氟乙丙烯等也可用于制造各种规格的管材。

（1）聚四氟乙烯管 聚四氟乙烯既耐腐蚀又耐高温，摩擦因数小，并具有不粘性，但其管材的成型加工较为困难，目前主要采用挤压法和推压法制造。表9-13列出了聚四氟乙烯管的规格尺寸。表9-14～表9-16分别列出了聚四氟乙烯内衬管配件的规格尺寸。

利用聚四氟乙烯车削制得的薄带缠绕烧结成型这一特殊加工方法，可以制造以PTFE为内衬的复合管，适用于高温、腐蚀性流体的输送，其与橡胶复合的波纹管更有易弯曲、易移动的使用特点。以聚四氟乙烯为内衬防腐层的橡胶复合波纹管，综合了两层材料的特性，不仅具有优良的耐蚀性，而且可适合各种环境下的错位连接，可以弥补管材刚性连接情况下的纵向热胀冷缩及横向错位等缺点。

表9-13 聚四氟乙烯管的规格尺寸(单位：mm)

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表9-14 聚四氟乙烯三通的规格尺寸(单位：mm)

表9-15 聚四氟乙烯弯头规格与尺寸(单位：mm)

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表9-16 聚四氟乙烯异径接管的规格尺寸(单位：mm)

聚四氟乙烯热收缩管是聚四氟乙烯分散聚合树脂经推压、烧结、热处理、吹胀后制成的在加热时具有收缩能力的薄壁管材。它除了具有聚四氟乙烯材料的全部优异性能外，还因受热收缩形成紧贴保护层包覆在其他工件外表，使工件具有耐蚀性、耐油性、电绝缘性、不粘性、低温挠曲性、抗冲击性等性能。聚四氟乙烯热收缩管可用于电器、化工、机械、印刷等工业领域。

（2）钢管内衬聚四氟乙烯及玻璃钢增强聚四氟乙烯管 由于聚四氟乙烯的力学强度和耐压性不高，线胀系数较大，而且其力学强度随温度升高而降低，易于变形，因此除纯聚四氟乙烯管以外，还普遍采用钢管内衬聚四氟乙烯，以及用玻璃钢增强的工艺来制造聚四氟乙烯管及管配件。

在用聚四氟乙烯制造管道时，为节约聚四氟乙烯用量，降低成本，可利用聚四氟乙烯热应力松弛的特点，用于制作管道的衬里。制造方法是先将壁厚为1.5～2.0mm的聚四氟乙烯管在不太高的温度下加热并拉伸，伴随其直径的缩小冷却后使其刚好能套入金属管内，两端均伸出金属管一定的长度；然后在使用温度以上加热（一般为250℃），聚四氟乙烯发生热应力松弛，待恢复至原有尺寸此时衬里管便自动胀紧在金属管内壁上；再将伸出金属管两端的聚四氟乙烯成型成法兰，并兼作密封垫片。

聚四氟乙烯内衬管与钢外壳的装配主要有松衬法与黏合法两种。松衬法有以下三种工艺：

1）将聚四氟乙烯管外径加工成比钢外壳内径稍小些，聚四氟乙烯管插入钢管后，再在钢管外面滚压，使其直径变小，让聚四氟乙烯内衬管与钢管内壁贴紧。

2）将聚四氟乙烯管外径做得比钢外壳稍大一点，先将聚四氟乙烯管加热拉伸使其直径变小，然后插入钢管内，让其自然松弛变形，直径重新变大与钢管内壁紧贴。

3）将聚四氟乙烯管外径加工成比钢管内径稍小一点，插入钢管后，再在管内加压，使聚四氟乙烯管直径扩大而与钢管内壁紧贴。

以上三种工艺，最终都可达到聚四氟乙烯内衬与钢管内壁紧贴。多年来的实践证明，第三种工艺既简便，又行之有效，所以世界各国基本上都采用这种工艺。

黏合法衬装，必须将聚四氟乙烯管外表面用钠的无水氨溶液或钠-萘络合物处理后，用黏合剂与钢管内壁黏合。

钢管内衬聚四氟乙烯管材及配件能经受许多介质的作用，并取得良好的效果，如溴、苯、甲醛、盐酸、盐酸盐、5％（质量分数，下同）的硫酸、12％NaSCN、HSCN、异丙醚、22％NaOH，氯苯水、对苯磺酸、99.5％氯气、90％～95％叔丁基次氯酸盐、0.5％～1％游离氯、11％～12％氯丙醇水溶液（pH值为2～3）、氯丙醇、二氯丙烷、100％苯、次氯酸、CCl4等，是解决氢氟酸、高温稀硫酸、各种有机酸、盐酸和有机溶剂等老大难腐蚀问题的理想装备。该管材及配件适用于炼油、氯碱、制酸、磷肥、制药、农药、化纤、染化、焦化、煤气有机合成、冶炼、原子能，以及高纯产品生产（如离子膜电解等），黏稠物料输送与操作等领域。此外，它还具有良好的刚性，并能耐冲击、振动和扭曲。其使用温度范围为－80～160℃，短期可在250℃以下使用，允许骤冷骤热，或冷热交替操作（无网的常规产品只能在40℃以下使用）。使用压力范围为53～1570kPa，视产品品种规格不同，最高可达64MPa。负压可根据产品规格大小结构情况与用户要求，采取不同的制造办法，最高可到全真空。表9-17列出了钢管内衬聚四氟乙烯管的规格与尺寸。

表9-17 钢管内衬聚四氟乙烯管的规格尺寸(单位：mm)

玻璃钢增强聚四氟乙烯管具有玻璃钢和聚四氟乙烯两者的优点，并具有质量轻、耐内外介质腐蚀、耐真空、施工方便等特点。其使用温度可达100℃，真空度可达100kPa。

（3）金属网聚四氟乙烯管 原化工部化机院氟塑料应用技术研究所经过多年研究，采用特殊技术在内衬层中增加一层金属网，再衬在金属外壳内，从而改变聚四氟乙烯衬里层的物理性能，使它不再受温度的影响而自由收缩。其热胀冷缩量基本与两外壳一致，提高了耐正负压性能，增加了强度，消除了蠕变带来的影响，使聚四氟乙烯衬里产品的使用寿命大为增长，应用范围扩大。金属网聚四氟乙烯衬里产品的耐蚀性：除熔融金属锂、钾、钠，三氯化氯，高温下的二氟化氧，高流速的液氟外，它可以耐各种种类、任意浓度的酸、碱、盐、强氧化剂有机溶剂，包括浓硝酸和王水。

取金属网聚四氟乙烯管和普通聚四氟乙烯管两组试样，原始直径为Φ50mm长度为1000mm，放在烧结箱内加热。从常温（25℃）缓慢升至250℃，并保温一段时间，又快速冷却到常温，升温冷却循环5次，记录其每一阶段长度和直径变化值，再取其算术平均值。表9-18列出了两种聚四氟乙烯管的长度和直径变化。

表9-18 金属网聚四氟乙烯管、普通聚四氟乙烯管的长度和直径变化

由表9-18可以看出，金属网聚四氟乙烯管的热胀冷缩变化率基本上与钢外壳相一致，而普通聚四氟乙烯管比钢外壳大10倍左右。

取金属网聚四氟乙烯和普通聚四氟乙烯两组试样，在拉伸试验机上测得的拉伸强度见表9-19。

表9-19 金属网PTFE和普通PTFE两组试样的拉伸强度

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由表9-19可以看出，与普通聚四氟乙烯试样相比，金属网聚四氟乙烯试样的拉伸强度提高50％左右。

当工作条件是诸如放料或真空反应等负压操作时，可以采取金属网和玻璃纤维过渡层黏合衬里，以提高耐负压性能。金属网外加黏合的衬里产品耐负压数据如表9-20所示。

表9-20 金属网外加黏合的衬里产品的耐负压数据

注：FV表示全真空

（4）聚偏氟乙烯管 聚偏氟乙烯管路系统适用的温度范围为－20～140℃管道材料的耐磨性仅次于超高分子量聚乙烯材料和尼龙10，大大优于304不锈钢材料和其他塑料（如PVC-C和PP）。聚偏氟乙烯管路系统广泛地应用于半导体行业的超纯水输送系统、造纸行业、原子能废料加工行业，以及通用的化学工业和水处理膜工业、食品和医药加工行业。

聚偏氟乙烯能采用一般的挤出工艺、注射工艺和压制工艺进行加工。

在钢管中插入挤出成型制得的聚偏氟乙烯管，并用扩口机将管道两端翻边即可制得聚偏氟乙烯衬管。在有机溶剂中混有氯气、盐酸的生产装置中，聚偏氟乙烯衬管可充分发挥其性能。在有机化学工业中，常用作卤素化合物（如四氯化碳、过氯乙烯、氯仿、五氯苯酚、偏氯乙烯等）生产装置的防腐蚀材料，使用周期长达10年以上，另外，还可用于硫酸、盐酸、铬酸、硼酸等制备装置中与玻璃、聚丙烯和不锈钢相比，它具有更可靠的长期耐药品性能。除此之外，聚偏氟乙烯衬管对溴具有极其优异的抵抗特性，是迄今为止耐溴性能最佳的配管材料。聚偏氟乙烯衬管在加工过程中无须添加任何助剂，因此，不会发生衬里物质对介质的污染。国外聚偏氟乙烯管衬管已形成系列产品，图9-10和表9-21所示为日本吴羽公司生产的聚偏氟乙烯衬管尺寸。

（5）聚全氟乙丙烯管 聚全氟乙丙烯（FEP）具有良好的耐热性、耐溶剂化学稳定性，可以用作化学装置的衬里防腐材料。在两端有法兰连接的钢管内插入FEP管，管端翻边与钢法兰贴合。FEP管的长度因热膨胀系数大通常取2～3cm，最大为5cm，直径为10～300mm，管壁厚度为1.5～2.0mm。这样的管壁厚度可以防止药液透过FEP对金属管腐蚀。金属管上应设有直径1.5mm左右的

图9-10 聚偏氟乙烯衬管

小孔排气，气孔的间距为900mm左右。FEP的管配件如弯头、十字头采用传递成型法加工。FEP耐蚀液压软管直径为6～75mm，最高耐压达40MPa。

表9-21 聚偏氟乙烯衬管尺寸

（6）其他氟塑料 四氟乙烯-全氟代烷基乙烯基醚共聚树脂（PFA）具有PTFE的诸多优点，且有FEP同样的热熔流动性和用途，而PFA的耐热性和耐应力开裂性更优于FEP，特别在高温下的强度高于PTFE。PFA可制成直管、管接头、衬套、隔板和管道衬里。PFA管配件的最小壁厚为2.38mm，管道衬里层的最小厚度为1.27mm。PFA衬里的直管规格，直径15～250mm，最大长度为5m PFA管的透明程度高，可以观察管道内情况，但PFA管的可挠性小，尤其对大口径PFA管几乎不能弯折，为此可制成螺旋形管，提高它的柔性。若在PFA管外以不锈钢丝编制增强，能制成液压软管。

聚三氟氯乙烯制作的耐腐蚀导管，透明坚韧，常作为液面计和液体输入导管。

乙烯-三氟氯乙烯衬里片材厚度约为1.5～2.3mm，乙烯-三氟氯乙烯片与玻璃布复合成宽1.25m的复合防腐材料。直径25～50mm的管路长约90m，用于输送70％的氢氟酸，采用乙烯-三氟氯乙烯的薄片衬里，使用了约2年，无任何渗漏和腐蚀迹象。美国除草剂生产厂的氯气管道（压力为0.2MPa）采用乙烯-三氟氯乙烯衬里钢管，它的耐蚀性优于其他材料。在盐酸锡、硫酸锡等锡盐制造厂采用高温氧化剂，原来用搪玻璃搅拌机，因加热、冷却交替操作容易使玻璃开裂，每年需要更换数次，采用乙烯-三氟氯乙烯衬里后可连续使用1年。

2.聚酰胺管

聚酰胺（尼龙）管的特点是强度高，耐油性好，用于对耐蚀性要求不太高的化工管道的制造。在安装施工时，尼龙管不必像金属管那样，预先加工成弯曲形状，而可以在现场施工时根据需要进行弯曲装配。

尼龙1010管使用温度为－40～80℃，爆破压力为9.8～14.7MPa。采用尼龙11或尼龙12作为芯管，聚酯纤维编织层作为套管组成的高压软管，不仅具有优良的耐油性和耐蚀性，而且密度小，吸水性小，制品尺寸变化小，易加工成型具有优异的耐低温冲击性、抗疲劳性、耐磨性、耐水分解性，使用方便，性能可靠，可用于化工设备的高压管道系统。

MC尼龙是一种单体浇铸PA-6，由于相对分子质量提高，使其物理力学性能有所提高。MC尼龙的马丁耐热温度为55℃，长期使用温度为100℃，熔点为220～230℃。MC尼龙管道制品广泛应用于石油、石化、化工、冶金、矿山、造纸、电力、海水处理等行业。

3.超高分子量聚乙烯管

超高分子量聚乙烯管具有优良的化学稳定性，除某些强酸在高温下对其有轻微腐蚀外，在其他的碱液、酸液中不受腐蚀。在温度小于80℃的浓盐酸、质量分数小于75％的硫酸、质量分数小于20％的硝酸中性能相当稳定，施工中不需要涂刷防腐涂料。超高分子量聚乙烯管采用挤出成型工艺制备，根据挤出设备的不同，可分为柱塞挤出法、单螺杆挤出法和双螺杆挤出法。

采用挤出机将超高分子量聚乙烯制成内管，再用钢丝缠绕机将钢丝缠绕在内管的外壁上，然后与PVC合金材料共挤出，经定型、牵引、切断和管端加工得到超高分子量聚乙烯复合增强管。这种管可用于各种腐蚀性、磨损性、黏附性结垢介质的中、高压输送。

塑料、化肥等行业的最终产品都是固体颗粒状或粉状，其产品输送主要采取以空气为载体的气力管道输送方式。气力输送也在橡胶加工过程中用来输送合成橡胶和天然橡胶颗粒，管道的材质一般以不锈钢为主。在高速气力输送的过程中，由于输送量大，各种固体颗粒、粉料和管壁的接触面积较大，因此对管道的磨损和腐蚀比较严重，传统的管道难以满足使用要求。超高分子量聚乙烯作为一种高耐磨、耐冲击、耐腐蚀、耐低温、自润滑、不黏附的新型塑料，在固体颗粒、粉料的气力输送方面，具有优越性。

作为一种综合性能优异的新型工程塑料管材，利用其优异的性能，可用于各种高腐蚀性、高黏附性、高磨损性的液体或固液混合物，如各种酸液、碱液、原油、成品油等的输送，充分展现出超高分子量聚乙烯管“节能、环保、经济高效”的优越性。壁厚为8～24mm，工作压力为1～3MPa的超高分子量聚乙烯管采用法兰或电热熔焊连接工艺，安全可靠，快捷简便，无须采取防腐措施，安装省工省力，安装费用大幅度降低，经济效益是钢管的6倍以上。

超高分子量聚乙烯管具有优异的耐磨性、冲击强度、环境应力开裂抵抗性耐蚀性、耐候性、抗老化性，密度小、质量轻，安装轻便快捷等特点，是其他管材无可比拟的替代产品，可广泛地应用于石油化工、矿山、煤炭、冶金焦化、清淤工程、污水处理等浆体运输领域。表9-22列出了超高分子量聚乙烯管的技术参数。

表9-22 超高分子量聚乙烯管的技术参数

超高分子量聚乙烯管具有很强的耐冲击性，是尼龙66管的6倍，聚乙烯管的20倍，高于锰钢管。无论是外力强冲击，还是内部的高压或波动都难以开裂具有很好的韧性和柔性，且适合地形变化。适用于管道输送压力0.8～1.2 MPa最高可达2MPa，但经济上合理的管道压力为1MPa以下，完全满足目前钢管输送管道所能适应的范围。

超高分子量聚乙烯分子链长，其磨损指数最小，显示出高耐磨性。耐磨性是普通钢管的6～8倍，不锈钢管的4～7倍，PVC工程塑料管的4～6倍。其化学性能稳定，耐各种酸、碱、盐溶液及有机溶剂等的腐蚀，不降解。另外，管材表面光滑，有良好的不粘性和润滑性，浆体流速达2.3m／s以上不结垢；浆体流动阻力损失小，摩擦因数仅为钢管的1／6；在同等流量和流速的条件下，管道内径设计可比钢管减少截面面积15.4％；在相同输送距离条件下，管道内的输送压力比钢管小。超高分子量聚乙烯管的密度为0.935g／cm3，是钢管的11.84％，且具有良好的柔韧性，安装方便快捷，大大减轻了工人劳动强度。管道弯头一次成型。它可采用法兰连接或焊接，安装简便，易操作，管线支撑及挖掘量小，施工方便快速，建筑安装工程费用低。

4.聚碳酸酯管

聚碳酸酯的密度为1.2g／cm3，无色透明，有良好的透光性，韧而刚，在热塑性塑料中无缺口冲击强度名列前茅，并接近玻璃纤维增强酚醛或不饱和聚酯的水平，尺寸稳定性好，电绝缘性良好；可耐水、稀酸、氧化剂、脂肪烃，但不耐碱、胺、酮、酯、芳香烃，且可溶于二氯甲烷、二氯乙烷、甲酚，长期浸入沸水中会水解破裂和脆化。聚碳酸酯管适宜用作输油管、绝缘套管和耐高温管。

5.丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）管

ABS塑料具有高强度、高硬度、高韧性、耐冲击、耐热、耐低温、耐腐蚀无毒等特点。因此，ABS管被广泛应用于各种水、化学流体、气体与粉体的输送，例如：承压给水、排水，污水处理、水处理，海水输送；化工、药厂的各种化学流体的输送；冶金、造纸工厂的酸、碱化学流体的输送；电子、电力工厂的水与化学流体的输送；食品、饮料、中央空调也广泛应用；但不适用于汽油及有机溶剂、酯、酮、醇类等运输。目前我国ABS管材只占塑料管材用量的很小一部分，主要公称通径有DN15～DN400十多种，最高许可压力为0.6MPa 0.9MPa和1.6MPa三种规格。ABS管主要用于室内冷热水管和水处理的加药管耐腐蚀的工业管道等。