帶有乙烯/乙烯醇共聚物阻隔層的多層管道系統(tǒng)的好處

張紅梅

寧夏青龍塑料管材有限公司

1 引言

由于乙烯/乙烯醇共聚物在塑料制熱系統(tǒng)中應(yīng)用越來越廣泛。耐高溫聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯，其優(yōu)異的氣體阻隔性能確保了加熱元件中金屬部件的腐蝕最小化，這樣的帶乙烯/乙烯醇共聚物阻隔層的多排管系統(tǒng)也通常用于家庭燃?xì)夤?yīng)系統(tǒng)。然而，在其他一些管道應(yīng)用中，通過共擠壓將乙烯/乙烯醇共聚物阻隔層引入是有益的：燃料運(yùn)輸系統(tǒng)、污染土壤的飲用水系統(tǒng)和預(yù)絕緣管道系統(tǒng)。

加油站周圍地區(qū)的土壤和地下水受到碳?xì)浠衔锏奈廴撅L(fēng)險(xiǎn)增加了。通過在燃料輸送管道系統(tǒng)中增加乙烯/乙烯醇共聚物阻擋層，可以提高環(huán)境對流的水平。避免未來昂貴的補(bǔ)救成本，特別是在人口密度高的地區(qū)，重新利用可能受到污染的舊工業(yè)用地的壓力越來越大，隨著這些“棕地”的重新開發(fā)，有必要確保通過它們鋪設(shè)的飲用水供應(yīng)的質(zhì)量和安全，通過乙烯/乙烯醇共聚物阻擋層對水進(jìn)行滲透，提供了一種可再生的全塑料溶液，可以實(shí)質(zhì)性地減少水分子、揮發(fā)性有機(jī)化合物和有機(jī)溶劑在污染部位的遷移。

預(yù)絕緣管道系統(tǒng)，用硬質(zhì)聚氨酯泡沫絕緣，用于分散能源網(wǎng)絡(luò)以及其他工業(yè)應(yīng)用，如石油和天然氣網(wǎng)絡(luò)。研究表明，氧化降解會使這些預(yù)絕緣管道系統(tǒng)的服務(wù)點(diǎn)縮短，從而導(dǎo)致泡沫的產(chǎn)生，危及管道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的完整性。此外，隨著時(shí)間的推移，這些預(yù)絕緣管道系統(tǒng)的絕緣性降低，因?yàn)橥獠靠諝鈹U(kuò)散到泡沫分子內(nèi)導(dǎo)致更高的能量損失。在套管中裝有乙烯/乙烯醇共聚物隔板的預(yù)絕緣管，易于發(fā)生氧化降解，并在整個(gè)使用壽命內(nèi)保持絕緣效率，顯著降低了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行成本。

2 介紹

乙烯/乙烯醇共聚物是乙烯和乙烯醇的共聚物。它是一種隨機(jī)聚合物。乙烯/乙烯醇共聚物具有優(yōu)異的氣體阻隔性能。1mm乙烯/乙烯醇共聚物乙炔具有與9m 厚的HDPE 相同的氧阻障性能。

乙烯/乙烯醇共聚物的氣障性能受到吸濕量的不利影響。然而，即使乙烯/乙烯醇共聚物在高濕度下接近完全飽和，與傳統(tǒng)塑料相比，乙烯/乙烯醇共聚物樹脂仍然保持著優(yōu)越的阻隔性能。

3 帶有乙烯/乙烯醇共聚物隔離層的地板保溫管

在單層塑料管（耐高溫聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯）加熱系統(tǒng)中，氧氣很容易滲透到塑料管壁上，增加了加熱系統(tǒng)中金屬部件的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。為了避免這種腐蝕，可以采取以下幾種方法：使用耐腐蝕材料，在水中添加防銹劑或降低管道的透氧性。

降低管道的透氣性是最安全、最經(jīng)濟(jì)的解決方案。通過使用由含有乙烯/乙烯醇共聚物阻擋層的塑料制成的多種管道，將氧氣傳輸速率降至最低，并將加熱系統(tǒng)中金屬部件的腐蝕降至最低。乙烯/乙烯醇共聚物樹脂具有優(yōu)異的氣體阻隔性能（表1），可以阻止氧氣透過管壁，然后溶解在循環(huán)熱水中，從而腐蝕加熱中的金屬部件。涂由乙烯/乙烯醇共聚物層的塑料管是替代銅管的好選擇，并且符合嚴(yán)格的氧氣滲透建筑標(biāo)準(zhǔn)，例如，德國的DLN7265 允許在40℃或更低的溫度下，每天最大輸送0.32mg/m2的氧氣管道。

表1 乙烯/乙烯醇共聚物對HDPE的氣體阻隔性能

特定的乙烯/乙烯醇共聚物類型是專門為這個(gè)應(yīng)用程序開發(fā)的。這些特殊的乙烯/乙烯醇共聚物含有額外的抗氧化劑或熱穩(wěn)定劑，以增加長期穩(wěn)定和使用壽命的地?zé)峁堋?/p>

4 帶有乙烯/乙烯醇共聚物阻擋層的燃料運(yùn)輸管道

塑料管道被用于加油站的各種燃料運(yùn)輸，包括從儲料罐到灌裝泵和車輛的燃料運(yùn)輸。因?yàn)樵摌?biāo)準(zhǔn)要求燃料滲入土壤的速度為零，應(yīng)使用屏蔽材料。乙烯/乙烯醇共聚物對燃料蒸汽表現(xiàn)出很好的阻隔性能：比高密度聚乙烯大很多倍。在過去的十年中，乙烯/乙烯醇共聚物已經(jīng)成功地應(yīng)用于安全的塑料多層燃料箱和管路中，它可以減輕燃料箱的重量，同時(shí)又可使燃料箱內(nèi)的燃油充分燃燒。

表2 乙烯/乙烯醇共聚物對高密度聚乙烯的燃料阻隔性能

測試方法：袋方法；重量變化。

燃料類型:燃料C：50%甲苯/50%異辛烷值。

燃料MTBE15：燃料C+15%甲基叔丁基醚（MTBE）。

燃料MTBE100：100%甲基叔丁基醚（MTBE）。

燃料E10：90%燃料C+10%乙醇。

在燃料輸送管道中，由于該材料具有良好的耐化學(xué)性，可以直接與燃料接觸使用。為了滿足低溫沖擊對管道的要求，開發(fā)了特定的乙烯/乙烯醇共聚物系列產(chǎn)品?？偠灾瑤в幸蚁?乙烯醇共聚物組隔層的燃料運(yùn)輸系統(tǒng)提高了環(huán)境保護(hù)水平，并避免了昂貴的修復(fù)成本。

5 帶有乙烯/乙烯醇共聚物阻隔層的飲用水管道

在人口密度高的地區(qū)，重新利用可能被污染的舊工業(yè)用地的壓力越來越大，隨著這些“棕地”的重新開發(fā)，有必要確保通過它們鋪設(shè)的飲用水供應(yīng)的質(zhì)量和安全。

這種污染尤其可能發(fā)生在燃料站、工業(yè)地點(diǎn)或廢物儲存所周圍地區(qū)，而且通常存在碳?xì)浠衔铮袡C(jī)溶劑和揮發(fā)性有機(jī)化合物。這些有機(jī)化合物會通過塑料飲水管道滲透，造成飲用水污染。帶有乙烯/乙烯醇共聚物阻隔層為飲用水管道提供了一種可靠性、全塑料的解決方案，可以大大加快碳?xì)浠衔铩]發(fā)性有機(jī)化合物和有機(jī)溶劑的遷移。

揮發(fā)性有機(jī)化合物的揮發(fā)性較好，表3 比較了三氯乙烯（TCE）和甲苯在乙烯/乙烯醇共聚物和HDPE 的擴(kuò)散系數(shù)，乙烯/乙烯醇共聚物的濃度為100%，而HDPE的濃度為25mg/L～5mg/L進(jìn)行的。

表3 乙烯/乙烯醇共聚物對HDPE的溶劑阻隔性能

根據(jù)WIS4-32-19 附錄B 成功測試了一根外徑為32 毫米的工業(yè)乙烯/乙烯醇共聚物阻隔式飲用水管道。一種鋁質(zhì)阻隔式飲用水管道的生產(chǎn)線，乙烯/乙烯醇共聚物阻隔飲用水管道通過了氣味、味道和溶解烴分析的要求，單層聚乙烯控制管在氣體、味道和碳?xì)浠衔锓治龇矫娑际×?。測試包括四個(gè)管道工作組件：兩個(gè)測試管道組件包含：HDPE/340微米乙烯/乙烯醇共聚物/tie/HDPE 管和兩個(gè)控制組件（單層），用水沖洗并浸泡在50%甲苯和50%異辛烷值混合的環(huán)境中達(dá)60 天，60 天后，飲用水被移走，取而代之的是新鮮的飲用水。試樣在燃料環(huán)境中繼續(xù)暴露72小時(shí)，然后小心地將水除去并測試其氣味、味道和溶解的碳?xì)浠衔?。氣味和味道評估基于標(biāo)準(zhǔn)BS6920第2.2.1和2.2.2部分規(guī)定的程序進(jìn)行。用總循環(huán)模式空氣相色譜法測定了溶解烴的濃度，定量測定了異辛烷和甲苯，按照ISO標(biāo)準(zhǔn)11423-1進(jìn)行。

6 在套管中有乙烯/乙烯醇共聚物阻擋層的預(yù)絕緣管道系統(tǒng)

預(yù)絕緣管道系統(tǒng)用于區(qū)域能源網(wǎng)絡(luò)以及其他工業(yè)應(yīng)用，如石油和天然氣網(wǎng)絡(luò)他們是有硬聚氨酯（PUR）泡沫絕緣，其中結(jié)合良好的機(jī)械和結(jié)構(gòu)性能和一個(gè)非常低的導(dǎo)熱系數(shù)（η），絕緣泡沫需要承受服務(wù)管理內(nèi)至少30年的高溫，在實(shí)踐中往往更長。

研究表明，這些管道系統(tǒng)的使用壽命可以縮短氧化降解的聚氨酯泡沫可危及管道結(jié)構(gòu)完整性的保健體系，這是一個(gè)限制因素，特別是對于那些持續(xù)的網(wǎng)絡(luò)操作溫度高，隨著時(shí)間的推移，空氣（氮?dú)?、氧氣）擴(kuò)散到泡沫分子中，這些預(yù)絕緣管道系統(tǒng)的絕緣效率會降低，由于空氣的導(dǎo)熱系數(shù)比目前的細(xì)胞氣體（發(fā)泡劑，二氧化碳）高,預(yù)絕緣管道系統(tǒng)將隨著時(shí)間的推移能耗增加。因此，預(yù)絕緣管道系統(tǒng)的絕緣效率降低，導(dǎo)致更高的能量損失，由于許多預(yù)絕緣管道使用高密度聚乙烯套管，空氣中的氧和氮可以通過管壁滲透，導(dǎo)致上述問題，如氧化降解和導(dǎo)熱系數(shù)值下降。因?yàn)橐蚁?乙烯醇共聚物對氧和氫良好的屏蔽作用（表1），與乙烯/乙烯醇共聚物預(yù)絕緣管道阻隔層的套管不容易氧化降解，具有維持一生的隔熱效率，顯著降低整合網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營成本。通過加速衰老的研究，以增加一個(gè)高屏障乙烯/乙烯醇共聚物層到外部套管，以消除空氣擴(kuò)散到泡沫。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)EN253測試和電池氣體分析，提供了堅(jiān)實(shí)的證明，乙烯/乙烯醇共聚物屏障預(yù)絕緣層將防止氧和氮轉(zhuǎn)化為泡沫細(xì)胞和維持原來的環(huán)戊烷和二氧化碳?xì)怏w的結(jié)果。預(yù)絕緣管將不再是容易氧化降解（不進(jìn)入氧氣），這增加了預(yù)絕緣管道的潛在使用壽命，或者當(dāng)需要時(shí)，它可以允許在較高的使用溫度下使用。除此之外，管道的絕緣效率將在整個(gè)使用壽命內(nèi)保持不變，從而大大降低整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行成本。

本文以環(huán)戊烷吹管為研究對象，這是西歐的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。在其他地區(qū)，吹水管也很常用，當(dāng)應(yīng)用乙烯/乙烯醇共聚物概念水吹管，可以預(yù)期，有一個(gè)乙烯/乙烯醇共聚物阻隔層的優(yōu)勢將更大的水吹管相比環(huán)戊烷吹管。

帶有乙烯/乙烯醇共聚物阻隔套管的工業(yè)管道可以通過不連續(xù)的生產(chǎn)過程制造。這種生產(chǎn)工藝需要生產(chǎn)一種三層共擠（高密度聚乙烯/黏合劑/乙烯-乙烯醇共聚物）產(chǎn)品,但也可以生產(chǎn)五層共擠套管（高密度聚乙烯/連接層/乙烯-乙烯醇共聚物/連接層/高密度聚乙烯）。然而，乙烯/乙烯醇共聚物阻隔層的使用并不局限于不連續(xù)的（導(dǎo)入過程）生產(chǎn)過程。同樣的概念也可以通過一個(gè)連續(xù)的過程來應(yīng)用，在這種情況下，例如高密度聚乙烯/連接層/乙烯-乙烯醇共聚物/連接層/聚乙烯，薄膜可以在應(yīng)用外層高密度聚乙烯之前繞著高密度聚乙烯泡沫旋轉(zhuǎn)。當(dāng)然，管道不是這種管道系統(tǒng)的唯一組成部分。此外連接系統(tǒng)和配件已經(jīng)成功地開發(fā)了乙烯/乙烯醇共聚物阻隔層。乙烯/乙烯醇共聚物是一種熱塑性塑料，所以它與當(dāng)前的焊接技術(shù)（對接和電熔焊接）兼容。

7 結(jié)論

塑料加熱系統(tǒng)和家庭燃?xì)夤?yīng)系統(tǒng)并不是唯一的管道應(yīng)用。在其中加入乙烯/乙烯醇共聚物屏障層是有益的。

燃料運(yùn)輸系統(tǒng)與乙烯/乙烯醇共聚物屏障層增加了環(huán)保水平，避免昂貴的修復(fù)費(fèi)用。帶有乙烯/乙烯醇共聚物屏障的飲用水系統(tǒng)提供了可靠的全塑料解決方案（可回收），防止飲用水污染，他們大大減少了碳?xì)浠衔锏倪w移，揮發(fā)性有機(jī)化合物和有機(jī)溶劑。

帶有乙烯/乙烯醇共聚物屏障層的預(yù)絕緣管道系統(tǒng)不容易發(fā)生氧化降解。這增加了預(yù)絕緣管道的潛在使用壽命，或者當(dāng)需要時(shí)，它可以允許在較高的溫度下使用。除此之外，這些管道系統(tǒng)的絕緣效率在整個(gè)使用壽命中得到了保持，從而大大降低了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行成本。