淺談玄武巖纖維管材及其應(yīng)用

摘 要：本文闡述聚氯乙烯管材的配方設(shè)計(jì)和制造技術(shù)，常見問題及解決辦法，簡(jiǎn)述了PVC管道的物理性能、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 、質(zhì)量監(jiān)測(cè)、環(huán)保要求等。

關(guān)鍵詞：玄武巖 纖維 管材

一、玄武巖纖維及玄武巖纖維管材

1.玄武巖纖維。玄武巖纖維是以天然玄武巖為原料， 首先將其粉碎、在1450℃～1500℃ 環(huán)境下熔融，然后用鉑銠合金噴絲板拉成纖維，其外型結(jié)構(gòu)類似于玻璃纖維，被譽(yù)為是“點(diǎn)石成金”的技術(shù)。 能夠生產(chǎn)纖維的玄武巖，對(duì)其成分有一定的要求。 與玻璃纖維、碳纖維等相比，玄武巖纖維綠色環(huán)保、硬度高、耐磨損、耐高低溫、耐酸耐堿、抗紫外線性能強(qiáng)、吸濕性低、絕緣性能好、高溫過濾性佳、熱振穩(wěn)定性好。

2.玄武巖纖維管材。將玄武巖纖維連續(xù)纏繞在一定直徑的模具上，同時(shí)加入聚合黏接劑當(dāng)玄武巖管材成型后，將其從模具卸下，即制成了玄武巖纖維管材。 將管材切割成所需的長(zhǎng)度，再進(jìn)行強(qiáng)度及密封性試驗(yàn)。

二、玄武巖纖維管材的優(yōu)勢(shì)分析

1.成本低廉。玄武巖纖維管材的原材料為普通的玄武巖，其礦藏在世界各地廣泛分布，很多是以山嶺的形式存在于地球表面。 和鋼鐵等金屬相比，可以說是“取之不盡，用之不竭”。 生產(chǎn)玄武巖纖維的工藝成熟后，玄武巖纖維管材成本也將遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于鋼鐵等金屬管材成本。

2.綠色環(huán)保。在生產(chǎn)玄武巖纖維過程中， 沒有硼和其他堿金屬排出，也不向大氣排放有害氣體，不污染環(huán)境。 在特殊環(huán)境下，玄武巖纖維還可以降解成土壤母質(zhì)， 不會(huì)對(duì)環(huán)境造成后續(xù)污染，綠色環(huán)保。

3.密度小。玄武巖纖維管材的密度只有金屬管材的約 1/4 ，可手工裝卸和安裝，節(jié)省大量人力物力。 在俄羅斯，通常鋪設(shè)直徑為297mm 的油氣輸送管道。 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐證明，鋪設(shè)施工由兩個(gè)工人手工完成，無需采用笨重的焊接設(shè)備，鋪設(shè)管線 300m/d ，管道鋪設(shè)期限縮短1/2。

4.有一定的可繞性。玄武巖纖維具有較好的彈性模量、拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率。 玄武巖纖維套管及油管能順利通過小曲率半徑的定向井。 玄武巖纖維地面輸油管道能輕易繞過障礙物，無須增加轉(zhuǎn)向接頭。管線之間的連接采用螺紋連接，可節(jié)省成本及施工費(fèi)用。玄武巖纖維管材與金屬、塑料、塑膠有較好兼容性。

5.耐腐蝕性強(qiáng)。玄武巖纖維的成分主要為SiO2、Al2O3等，因此，有很好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。 用玄武巖纖維制成的管材，無須涂敷防銹層以及陰極保護(hù)等防腐處理。 玄武巖纖維套管及油管對(duì)井內(nèi)的CO2、H2S 等腐蝕性氣體有很好的防護(hù)作用，使用壽命長(zhǎng)。資料表明，玄武巖纖維地面輸油管道在 20℃時(shí)，可使用50年，腐蝕程度不超過5%。如中國(guó)部分油氣田富含H2S 、 CO2等氣體，套管腐蝕嚴(yán)重， 現(xiàn)有的解決辦法是采用專門的防腐套管，價(jià)格昂貴。玄武巖纖維套管有望徹底解決這一問題。

三、玄武巖纖維管材應(yīng)用前景分析

在俄羅斯，玄武巖纖維管材一部分用于民用領(lǐng)域，如腐蝕性液體輸送、熱力網(wǎng)管、奶制品輸送、飲用水輸送等；一部分用于石油領(lǐng)域，包括油氣井油管、套管及地面油氣輸送管道等，進(jìn)行了相關(guān)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，取得了較好的效果。 例如，俄羅斯石油天然氣聯(lián)盟 - 新技術(shù)股份有限公司能夠生產(chǎn)直徑在 20～600mm 、抗壓強(qiáng)度達(dá) 20MPa 的玄武巖纖維油管及套管，經(jīng)測(cè)井證實(shí)（表3），井下玄武巖纖維套管性能良好，并順利投產(chǎn)。

1.玄武巖礦藏豐富。中國(guó)的玄武巖礦藏儲(chǔ)量十分豐富。 大致可分為兩大區(qū)域，一是沿中國(guó)東部大陸邊緣，數(shù)以百計(jì)的火山群和火山錐成為環(huán)太平洋火山鏈的一部分；二是位于青藏高原及周邊地區(qū)的火山群。 實(shí)際調(diào)查表明，在四川、云南、湖南、黑龍江、遼寧、河北、山西、江蘇、安徽、浙江、貴州、新疆、海南島和臺(tái)灣地區(qū)等省、自治區(qū)，都有適合生產(chǎn)玄武巖連續(xù)纖維的玄武巖礦藏，充足的原材料為大規(guī)模生產(chǎn)玄武巖纖維提供了保障。

2.需求潛力大。中國(guó)是油氣生產(chǎn)大國(guó)，每年要鉆探大量的油氣井，使用大量的油管及套管，耗費(fèi)大量的鋼材。在中國(guó)東部老油區(qū)，如大慶油田、勝利油田、華北油田等，油氣藏埋藏淺，地層壓力低，為玄武巖纖維管材的應(yīng)用創(chuàng)造了條件。中國(guó)西部蘊(yùn)含著豐富的天然氣資源，東部則人口稠密，如果將西部的天然氣輸送到東部城市，需要大量的地面油氣輸送管道。

3.具有一定的技術(shù)儲(chǔ)備。中國(guó)的一些研究單位對(duì)玄武巖纖維展開研究，基本掌握了生產(chǎn)玄武巖纖維技術(shù)，取得了一系列成果。2002年，中國(guó)將連續(xù)玄武巖纖維及其復(fù)合材料列入國(guó)家 863 計(jì)劃；2004年，又將其列入國(guó)家級(jí)火炬計(jì)劃、國(guó)家科技型中小企業(yè)創(chuàng)新基金。目前，已有數(shù)家生產(chǎn)玄武巖纖維廠家，從事玄武巖纖維及其復(fù)合材料的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售，可提供多種規(guī)格的連續(xù)玄武巖纖維、超細(xì)玄武巖纖維、玄武巖纖維復(fù)合材料、玄武巖鱗片、玄武巖纖維制品、玄武巖纖維生產(chǎn)裝備及技術(shù)等。

四、結(jié)語

1. 玄武巖纖維具有綠色環(huán)保、重量輕、剛度好、耐腐蝕性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，隨著玄武巖纖維制作工藝的進(jìn)一步完善，玄武巖纖維的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒃絹碓綇V闊。

2.俄羅斯的實(shí)踐證明，用玄武巖纖維制成的油管、套管及地面輸油管道，能夠滿足一部分油氣井的需要，玄武巖纖維管材很可能成為未來石油管材的發(fā)展方向之一。

3.用玄武巖纖維生產(chǎn)的油管及套管，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，在中國(guó)具有廣闊的應(yīng)用前景，建議加大研發(fā)力度。

4.玄武巖纖維的制作工藝還很不成熟。 在抗高壓方面，玄武巖纖維生產(chǎn)的油管及套管具有很大的局限性。 因此，在研發(fā)玄武巖纖維管材的同時(shí)，應(yīng)盡早確定玄武巖油管及套管的適用范圍，包括井深、溫度、壓力等，并制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

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作者簡(jiǎn)介：黃勇祥（1970.05—）男。籍貫：浙江省淳安。職務(wù)：浙江八方電信有限公司通信器材分公司總經(jīng)理。職稱：工程師。學(xué)歷：本科。浙江工業(yè)大學(xué)，工商管理。研究方向：通信器材與工程。 褚天生（1982.11—）男。籍貫：浙江寧波。職務(wù)：分公司技術(shù)主管。學(xué)歷：本科。溫州醫(yī)學(xué)院，信息管理。研究方向：通信器材與工程。祁麟（1987.09—）男。籍貫：湖北襄樊。職務(wù)：分公司技術(shù)主管。學(xué)歷：本科。武漢理工大學(xué)，電子信息工程。研究方向：通信器材與工程。