柔性增强热塑性塑料管道的发展和市场前景

中国科技核心期刊

柔性增强热塑性塑料管道的

发展和市场前景

孙振国2，刘惠明3，俞雅俊2孙哲1，

（1. 浙江工业大学建工学院，浙江杭州3. 上海金纬管道设备制造有限公司，上海2. 中国新型建材设计研究院，浙江杭州

310014；310003；201804）

摘要：介绍了柔性增强热塑性塑料管（RTP 管）的结构、性能和应用领域，RTP 管在国内外的生产及应用情况、几种典型RTP 管

提出了发展RTP 管存在的问题和建议。的结构及生产工艺、RTP 管发展的市场前景，

关键词：热塑性管道；RTP 管道；柔性增强；生产工艺；市场前景中图分类号：TU532+.61

文献标识码：A

文章编号：1001-702X （2013）12-0097-05

Development and market prospect of the flexible reinforced thermoplastic pipe

（1.College of Civil Engineering and Architecture ，Zhejiang University of Technology ，Hangzhou 310014，Zhejiang ，China ；

2.China New Building Materials Design 驭Research Institute ，Hangzhou 310003，Zhejiang ，China ；

3.Shanghai Jwell Pipe Equipment Co. Ltd. ，Shanghai 201804，China

）

0前言

近年来，建筑、市政、水利、农业和工业等行业对塑料管道

在提的需求不断增大，拉动了我国塑料管道行业的高速发展。高生产能力和应用量、增加产品种类、扩大应用领域、促进产

我国塑料管道行业取得业科技进步、加强标准化建设等方面，

了很大的成绩，已成为塑料管道生产和应用大国。“十二五”期间，塑料管道产量的增长速度将保持在10%左右，预计到2015年，全国塑料管道产量将超过1320万t ，塑料管道在全国各类管道中的市场占有率超过50%[1]。

塑料有许多公认的独特优点，但是强度较低是其明显的

利用其它高强度缺点。因此，全塑料管的应用必然受到限制。

材料与塑料复合制造增强复合管是国内外一直在努力探索的

但存在课题。钢管具有强度高、能应用于高压力范围的优点，

易氧化腐蚀、寿命较短、施工复杂等缺点；塑料管（如PE 管）

但由于强度较低，只能则正好与钢管相反：耐腐蚀、施工简便，

应用于中、低压范围，而且大多不能制成盘管。为克服塑料管

收稿日期：2013-08-24；修订日期：2013-11-01

杭州市下城区潮王路18号，作者简介：孙哲，女，浙江杭州人。地址：E-mail 和钢管的缺点，各种结构形式的复合管材应运而生。可以制成

（RTP ）很长连续盘管的增强热塑性塑料管相比于金属管道就

具有了独特的优势。RTP 管一出现，就受到了相关行业的追

成本低、性能优良、施捧，同时，RTP 复合管道生产工艺先进、工费用少且技术易配套，为此深受各国的普遍重视，美、德、

法、英、日、俄等国家早在20世纪70年代就开始研究RTP 复合管的生产技术，目前已经投入工业化生产。

1RTP 管简介

（Reinforced Thermoplastic Pipe ，柔性增强热塑性塑料管以下简称RTP 管），是一种柔性、长距、耐高压的增强型绿色环保管材。RTP 管通常由3层构成（见图1），内外层为PE80、

图1RTP 管道结构示意

N E W B U I L D I N G M AT E R I AL S

·97·

孙哲，等：柔性增强热塑性塑料管道的发展和市场前景PE100强材料以上可以的为材聚酯纤维料，中间、层芳纶纤维或为增强材料钢复合而丝等。

成的增强带，增由于RTP 管实现了大中口径高压管材成卷包装运输和施工，每卷长度200~ 2000m 不等，相对于其它的大中口径管以6~ 9m 直管供货，不仅降低了运输费用，更重要的是使管与管之间的连接接头大大减少了，可靠性也大大的提高，施工的速度提高了数十倍，运输和施工费用降低了约70%，RTP 管已经在国外许多石油输送及天然气输送领域中大量成功使用。

柔性增强热塑性塑料复合管通常以高密度聚乙烯HDPE ）80级以上的塑料、高强纤维或钢丝绳为主要原料，经过挤出、成型、缠绕、外覆、卷取等工艺，生产出长度超千米的高压柔性管材。采用不同的增强层材料及外覆材料，还可以得到各种不同压力等级、不同性能的RTP 管材。1.1（1RTP ）耐腐蚀管的优点，RTP 管内外管壁均具有良好的防腐性能，适用于多种腐蚀性介质及各种腐蚀性环境。（2）耐高压，RTP 管具有较高的承压能力。通过选择不同的增强材料，最大承压可达32MPa ，爆破压力更可高达100MPa （。3）耐温保温，RTP 管的使用温度范围宽为-42~ 102℃ ，可满足大多数场合的温度需求；在温差30℃ 的情况下，每百米温降不到1℃ 。（4）输送能力强，RTP 管内壁光滑、不结垢、不结蜡，流动阻力小，耐磨损，输送能力持久不变，降低了输送管线的维护成本。

（5）柔韧性好，RTP 管韧性极高，具有良好的耐冲击性，抗土壤沉降、地震等能力强。安装时可通过蛇型布局进行自然补

偿，不需要直管段热补偿装置，

从而节约安装成本。（6）施工便捷，RTP 管可像电缆一样盘卷铺放施工，每天

可铺设1~ 2km ；拉伸强度高，铺设管道时，

长时间最大拉力可达5t ，瞬间最大拉力可达10t 。（7）接头少，RTP 管单根长度可达200~ 2000m ，因此接头很少，可靠性更高，节约了成本。

（8）性价比高，根据德国威肯公司资料显示，与碳钢管道比较，RTP 管可节约投资25%以上。

（9）使用寿命长，RTP 管的常规设计寿命为20年，最高可达50年。

表1为RTP 管材与其它材质管材的性能对比。

·98·

新型建筑材料20 13. 12

表1RTP 管材与其它材质管材的性能对比

项目RTP 管钢管不锈钢管玻璃钢管材质高强纤维/钢丝

钢不锈钢树脂、玻璃纤维承压能力中高压高压中高压高压防腐处理不需要需特殊处理

不需要

不需要

防腐处理层整体防腐，对硫

防腐效果

整体防腐破损，易出现化物、CO 整体

点腐蚀现象腐效果不2的防

佳耐腐蚀

流体

流体阻力小，流体阻力

流体阻力

流体阻力

不结垢

大，结垢中，结垢中，结垢安全性整条管线不泄漏易泄漏不易泄漏

易泄漏接头数量极少多多多连接方式简单、快捷简单、耗时简单、耗时简单、耗时安装设备轻型且种类少、

重型、重型、重型、数量少

数量多数量多种类少安装效率10km/d

维护较少

数次/年维护较少1~ 2次/年供货形式盘卷，达km/卷直管直管直管使用寿命

20年以上

10年以内

20年

20年

1.2

按照RTP 压管材的主要应用领域

力等级和管径的不同，RTP 管道大致可应用于3个不同的领域：（1）小口径高压柔性管道（5~ 25MPa ），直径50~ 150mm ，盘卷管。用于油田注水等。

小口径高压柔性管道用来替代目前油田注水使用的钢管和玻璃钢管，因为耐腐蚀性好，并且以盘卷形式供应，方便铺设，所以取代的优势非常明显，如果性能可靠、价格合理，能够取代传统的钢管和玻璃钢管。（2）小口径中压柔性管道（1.6~ 5MPa ），直径100~ 200mm ，

盘卷管。用于油田和矿山输水、输气、输浆，工程和市政抢险或者临时铺设的管道。

小口径中压柔性管道用来替代目前油田和矿山使用的钢管和玻璃钢管，因为耐腐蚀性好，可以盘卷供应，方便铺设（尤其在沙漠、海滩等环境中），如果性能可靠、价格合理能够逐步推广使用。

工程和市政抢险中要大量使用管道，近年来质量轻、连接和铺设方便的塑料管道被逐步看好，在地震和矿难救灾中发挥了巨大的作用。在国家重视“民生”

的政策下，将会有较好的市场前景。

（3）大中口径的低压管道（

直径100~ 1600mm 或者更大，直径200mm 以下以盘卷形式供应，直径250mm 以上直管供应。在这个领域预计市场较

（

孙哲，等：柔性增强热塑性塑料管道的发展和市场前景

大，但是竞争的产品也会很多，如PE 管、PVC 管等。

2

2.1

国内外（1国外）加拿RTP RTP 大Flexpipe 复合管的生产及应用情况

复合管生产及应用情况

Systems Inc. 公司所生产的商品名

为Flexpipe line pipe （FPLP ）的RTP 管，其结构特征是3层复合（HDPE-玻璃纤维增强层-HDPE ），经预处理的玻璃纤维缠绕在内管上作为增强层，由于玻璃纤维没有涂覆环氧树脂，因此保留有一定的柔软性，可盘卷长管，长度可达到2100m 。提供3个产品系列，压力等级分别达到2.0MPa 、5.2MPa 、10.3MPa ，4护英套层寸Flexpipe 目前最高（，110提供最mm 提可）供达少和的17.2206尺寸MPa 英是2。

英寸（50mm ）、3英寸（90mm ）、年的寸（抗150紫外mm 线）（。标准的管UV ）暴晒保材有一护。作黑为色特外殊

定货，可以提供白色的Flexpipe 管材，应用在要求低吸热场

合，同样提供最少20年的抗紫外线（UV ）保护。主要市场在加拿大和美国的石油、天然气开采业。（2）美国FIBERSPAR 公司的Line Pipe 管为2层复合（PE-玻璃纤维增强环氧树脂），通常内衬层用HDPE ，较高温度用PEX ，DN65FIBERSPAR 特殊要求可用PVDF 。制造成可盘卷长管。

达2英~ 150里（mm 3219，压m ）力等的Line （取级决范围Pipe 于尺寸在在北美提供的尺寸范围在和2.1卷~ 17.5盘的MPa 容量，）连续，产品长度主要最长用于石油、天然气的输送。（3）奥地利的Pipelife Nederland B.V. 生产的商品名为SoluForce 层-芳纶纤维的增强RTP 带或管道，钢其丝结构增强特带征-PE 是外3护层套层复合。，可即盘PE 卷内成衬长管。其常用规格为：直径3、4英寸（90、110mm ），最大工作压力2.9~ 15MPa 。该公司产品被应用于石油天然气集聚管道、注水管道。

（4）英国Wellstream 的Flexsteel 管，3层复合

（PE 内衬层-钢增强层-PE 外护套层），可盘卷长管。产品直径为2、3、

45.2、5、、6.96英寸（50、90、110、125、160mm ），最大工作压力等级（5）、10.3法国、15.5Technip-Coflexip MPa 。为

公司的RTP-COFLELIFT 管，3层层），复合可盘（卷PE 长内管。产品衬层-芳纶纤维或直径为3、4钢、5丝、6增强英寸（层90-PE 、110外、护125套、1602.2mm ），设计工作压力分别为5.5、4.3、3.7、3.2MPa 我国国内RTP RTP 管的生产复合管生产及应用情况

。起步较晚，2009年南京晨光欧佩亚复

合管工程有限公司从德国“克劳斯玛菲”

公司引进我国第1条RTP 生产线，成为全球第5个研制生产芳纶增强热塑料复合

管（RTP 管）的企业（见图2），管径DN65~ DN150，公称压力2~ 15MPa ，盘卷长度为400~ 1800m 。

图2芳纶增强RTP 管缠绕机构

经过几年的发展，我国的RTP 生产企业在消化吸收国外

技术的基础上研制了国产RTP 管道生产线，例如：广州励进新技术有限公司自主研发了我国首条“柔性热塑性增强塑料复合管”生产线，一举打破了德国公司独家垄断国际市场的局面，生产线采用一步法RTP 生产工艺，能够提供钢丝带、玻纤带及芳纶带等各种材料增强RTP 管材生产线；此外，上海金纬管道设备制造有限公司也开发了高压RTP 编织复合管道生产线。

目前，国产的RTP 管已在陆上油气田，如大庆油田、长庆油田、塔里木油田等使用或试用，主要用于输水管线、注醇管线以及油气的集输管线，而适用于长输管线以及海上油气田的高端产品目前国内尚在研制中。

在RTP 管的3层结构中可以认为管体的承压能力完全是由中间层（结构层）承担的，内、外层分别承担起容纳输送流体和保护中间层的作用，所以增强材料的选择在很大程度上决定了RTP 管的承压能力。国外RTP 管的增强材料通常使用

芳纶纤维，但由于其价格高，目前国内仅有少数厂家采用，如南京航天晨光欧佩亚复合管工程有限公司，其产品与奥地利

的“Pipelife Nederland B.V. ”所生产的商品名为

“SoluForce ”的RTP 管道结构类似[2]。

为了降低成本，国内一些厂家采用其它增强纤维来生产RTP 强材管，料；此外如河北省还有厂景家县液使用力钢柔性丝做管增强汇厂材选料，用聚酯纤维如长春高作祥为增

特种管道有限公司所开发的钢丝编织增强管，是我国市场上开发比较早，应用也比较成功的增强管道，

它基本上模仿橡胶高压管道的原理和增强方法，管壁由3层组成，增强层是由高强度

钢丝编织而成（见图3），该类型产品已被应用于新疆某盐田

输送含盐的卤水（要求抗腐蚀、抗磨损），广西某铝矿输送尾矿

浆，大连到长山岛跨海输水管道（直径450mm ，1.6MPa ）等工

程。钢丝编织增强管的生产工艺与国外的RTP 类似，也是

先

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·99·

孙哲，等：柔性增强热塑性塑料管道的发展和市场前景生产HDPE 内管，然后把钢丝紧密编织在内管外表面，并且涂覆热熔胶，最后复合1层HDPE 外保护层。

图3

钢丝编织增强RTP 管

就目前国内的RTP 管发展情况来看，考虑到设备成本和原料成本的因素，10MPa 以上即芳纶增强管的推广还比较困

难。7MPa 左右的可以考虑聚酯纤维或是长玻纤增强带。此外，由于国内塑料管道市场对小口径中压柔性管道（1.6~ 5MPa 有限公）的需求，司等企江业苏联冠借助现科技发展有的钢丝缠绕有限公增强塑料司、浙江复合康润机械管技术科技（见图4）加以改进，采用“密集缠绕技术”，最大限度地增加缠绕钢丝的数量、甚至层数，以提高管材的承压能力，并且已经取得一定的成绩。这种管道以HDPE 内管为基体，高强度涂塑钢丝缠绕网层作为增强骨架，外面复合1层HDPE 保护层，并且用PE 接枝改性树脂将钢丝网骨架与内、外层HDPE 紧密地粘接在一起，使之能够承受较高的压力，并且塑料和热熔胶保护钢丝不受腐蚀，这种直接用钢丝进行缠绕增强的一步法工艺，省去了复杂的制作钢丝增强带的设备和工序。节省了投资和生产成本。但是由于数量很多的钢丝在缠绕中不容易把张力和间距调整成完全一致，因此，这种管材不能承受较高的压力。

图4钢丝缠绕增强塑料复合管

目前，国内已经开始开发输水用公称压力0. 6~ 2MPa 、直

径500~ 1000mm 的钢丝增强聚乙烯管，

目的是节约原材料和提高耐压性能。预计比PE100管壁厚减少50%，成本降低203%~ RTP 30% 。

管的生产工艺

缠绕成型工艺是将连续纤维（或布带、预浸纱）按照一定·100·

新型建筑材料

20 13. 12

规律缠绕到芯模上，经复合后获得制品。根据纤维缠绕成型时

树脂基体的物理化学状态不同，分为干法缠绕、湿法缠绕和半干法缠绕3种。3.1干干法缠绕

法缠绕是采用经过预浸胶处理的预浸纱或带，在缠绕机上经加热软化至粘流态后缠绕到芯模上。由于预浸纱（或带）是专业生产，能严格控制树脂含量（精确到2%以内）和预浸纱质量。因此，干法缠绕能够准确地控制产品质量。干法缠绕工艺的最大特点是生产效率高，缠绕速度可达100~ 200m/min，缠绕机清洁，劳动卫生条件好，产品质量高。其缺点是缠绕设

备贵，需要增加预浸纱制造设备，故投资较大，此外，干法缠绕

制品的层间剪切强度较低。3.2

湿湿法缠绕

法缠绕是将纤维集束（纱式带）浸胶后，在张力控制下直

接缠绕到芯模上。湿法缠绕的优点为：（1）成本比干法缠绕低40%泡挤；（出2，）并产品填满气密空隙性；好（3，）因纤维为缠绕排列张平力行使度好多余；（的4）树脂湿法胶液缠绕将时气，纤维上的树脂胶液可减少纤维磨损；（5）生产效率高，达200m/min 量及。成品湿法质缠绕量不的易缺点控制为：；（（3）1）可树脂供湿浪法费缠绕大，操的作树脂环境差品种；较（2少）含胶。3.3半干半干法缠绕

法缠绕是纤维浸胶后，到缠绕至芯模的途中，增加一套烘干设备，将浸胶纱中的溶剂除去，与干法相比，省却了预浸胶工序和设备；与湿法相比，可使制品中的气泡含量降低。

用于3高种性缠绕能、高方精法度中的领域。

，以湿法缠绕应用最为普遍，干法缠绕仅3.4（国产见图RTP 5）

管材生产线一步法生产工艺流程

图5

国产RTP 管材生产线一步法生产工艺流程

4RTP 管的市场前景

我国塑料管道的生产和应用从20世纪90年代起，开始

进入一个快速发展时期，据统计，2010年我国塑料管道的产量为840.2万t ，同比增长31.1%（见表2），已成为世界上最大的塑料管道生产和应用国家[3]

。

孙哲，等：柔性增强热塑性塑料管道的发展和市场前景

（2）DVGW VP642—2004（德国给水和燃气协会）《运行

年份[***********]10压力在16bar （1.6MPa ）以上用于天然气的纤维增强PE 管产量/万t 288.1350.0459.3580.4840.2（RTP ）和附带的连接件》增长率/%21.715.228.218.931.1（3）GB/T20661—2006《石油和天然气工业用于海底和海据中国塑料加工工业协会塑料管道专业委员会预测[3]，洋立管的挠性管系统》表2“十一五”期间我国塑料管道产量和增长速度“十二五”期间，我国的塑料管道生产量将保持在10%左右的速度增长，到2015年，全国塑料管道产量将超过1320万t （见表3）。塑料管道在全国各类管道中市场占有率超过50% 。表3“十二五”期间我国塑料管道预期增长速度和产量

年份[***********]15预期产量/万t [***********]0预期增长率/%

15

10

10

8

5

《中国塑料管道行业“十二五”期间（2011~ 2015）发展建议》提出了“十二五”期间重点开发、生产新材料类塑料管道、改性与复合类塑料管道、环境友好型塑料管道和新型塑料管道系统。

我国塑料管业对于增强热塑性塑料管RTP 一直很积极，起步也比较早。多年来经过努力探索，不断发展，已经打开不小的市场。过去几年可以说是我国RTP 的探索期、孕育期，预期今后几年将是我国RTP 的发展期、增长期。

一方面，RTP 的优异特性已逐步被市场认同，在建筑和市政工程市场继续扩展的同时，不少其它领域的管道用户也在探索应用RTP 管。近年我国石油天然气产业对应用RTP 很积极，制定了一批相关的标准，已经应用于陆地和海上油气田的注水管、集输管等。石油天然气产业特别希望能够把RTP 应用到天然气长输管道中，是因为每年有数万公里的工程量。同

时在矿井输水、盐田输卤、军用输油、海底管道、温泉利用等领域RTP 都已经有成功应用的实例。另一方面，国内相关企业通

过自主创新，在引进和吸收国外技术的基础上，

积累了不少经验。目前，RTP 管的生产工艺技术、机械装备、专用材料和铺设施工设备都已初步配套，具备了加快发展增长的基础条件[4]。

此外，我国油气管网建设任重道远，尤其是油气资源西部

很多在沙漠，东部很多在沼泽、

海滩和海上。可以预计，我国石油和天然气产业的RTP 应用会有较快增长。同时，相关工业领域对RTP 的需求也有很大的潜力。

5存在问题和建议

目前，柔性RTP 管还没有统一国家标准，尤其是纤维增

强RTP 管，只能参考国内外相关标准和规范来组织生产，

相关标准主要有：（1）ISO/TS18226—2006《塑料管材和管件压力4MPa 的气体燃料用增强热塑性管道系统》

（4）ISO 13628—10、API 17k —2001《粘合挠性管的规范》（5）API 17J —1999《不粘合挠性管的规范》（6）ASTM F 2686—10《玻璃纤维增强热塑性塑料管标准

规范》

（7）CJ/T189—2004《钢丝网骨架（聚乙烯）塑料复合管》另外，目前国内RTP 管产品在材料选择、结构设计、规格尺寸等方面各不相同，因此不同厂家的产品不能互换使用，这给RTP 管的使用带来不便，也不利于产品的推广。

对于原料厂家来讲，中间增强层材料的制造会是一个商机，但目前可能还是一个制约的因素，可以选择的材料和材料制造厂家还较少。

由于RTP 管在国内外都是处在发展探索阶段的新技术。新技术通常处在严格保密或专利保护下，所以，我国发展RTP 管不太可能如同过去发展常规塑料管那样全套地引进设计、制造、检验、铺设和使用的技术。我们只能在尽量吸收国外技术成果的同时，更多地依靠自主的试验研究和开发设计。所以，不可能如同当年发展常规塑料管那样迅速上马，立刻见效。针对国内RTP 管发展和生产情况，北京塑料工业协会张玉川先生建议有意向发展RTP 的企业和研究部门需要对自主开发的艰巨性有充分的认识，尤其是需要对RTP 管不同于常规塑料管的特点有足够的估计，不能急于求成，不要把没有经

过严密分析和系统试验的“新产品”

就投入大量生产和使用[5]。只有在上述问题得到很好的解决后，RTP 管的发展才能真正进入快车道。

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