超高分子量聚乙烯管的应用为世界管道事业的发展做出了极大的贡献

管道的输送被作为五大运输体系之一，超高分子量聚乙烯管的应用是目前 为广泛的一种，相对于水运、公路、铁路、航空业来说，在现实和未来社会中，将占据重要位置。如果说遍布城乡的各种管道网是保障社会正常生产、生活，促进经济发展的毛细血管，那么纵横交错的油气输送管道，构成了整个社会的动脉。全钢质管道，因其强度高、可焊性好易于连接，备受油气管道界的青睐，近百年来给世界管道事业的发展做出了极大的贡献， 超高分子量聚乙烯管道与传统钢质管道存在本质不同之处，目前的钢质管道设计、施工及检测技术难以用于油气输送管道工程，同时传统的小口径、低压力管道的技术要求也无法满足油气输送管道工程，因此要将大口径、高压力的超高分子量聚乙烯管材用于油气输送管道工程，尚需开展如下工作： (1)继续深入开展系统的基础研究工作，特别是管材技术条件、管道可靠性设计、管道连接技术、管道施工及检验技术、管道维抢修技术等研究，解决工程应用的技术难题。 (2)加强与PRCI、JIP等国际管道研究机构组织的交流与合作，积极申请参与国际非金属管道技术研究项目，参加技术标准的修编与制定工作，提高国内超高分子量聚乙烯等非金属管道技术在国际上的话语权。 (3)结合大口径、高压力油气输送管道技术的研究成果，择机修订国内现有管道的技术标准，扩大其技术覆盖范围，保证大口径、高压力油气输送管道工程项目依法、合规地实施。 超高分子量聚乙烯管质量轻，自防腐性能好，内摩阻系数小(约为O．005，仅是钢材的118)，在油气集输管道方面，具有安装方便、施工成本低、安全风险小、环境影响低和全寿命周期内投资低的特点。根据德国威肯公司资料显示，对于油气集输管道工程应用比较成熟的ID152mm及以下的小口径管道，从全寿命周期考虑，可节约成本(材料+施工+运营)25％以上。

详谈超高分子量聚乙烯管道外压问题与国内外技术分析

由于超高分子量聚乙烯管道复合管每层紧密结合无滑移，通过“partion”命令将管道分为四层(内层、外层及两复合层)。由于管道受均匀对称外压，属平面应变问题，同时为了和理论做比较，取管道长度20mm。有限元模型中内层外层和基体层单元类型为C3D8I，该单元很适用于严重扭曲现象，位移计算结果较为精确并且计算成本较小。螺旋线钢丝使用ts单元，单元类型T3D2H，采用“Embedde．mand”命令将钢丝线嵌入基体层内以保证钢丝无滑移。用耦合约束命令将模型左端面与定义的参考点耦合；同时在右端面施加对称边界约束，以实现外压作用下的正确边界条件。对于径厚比较小的复合管道，在外压作用下往往会发生椭圆形失稳变形，因此在管道一端的上下两点约束其水平位移，左右两点约束其竖向位移，以保证管道产生纯椭圆变形。模型中的材料性能与理论相同。 超高分子量聚乙烯管道PSP内外层为高密度聚乙烯，加强层为以一定角度正反错绕成型的钢丝网状骨架与由热塑性材料构成的基体紧密结合构成的复合结构。由于材质原因，PSP管在外压作用下更容易出现屈曲失稳问题。朱彦聪等?依据Donnell的扁壳理论求解PSP管在外压下的弹性屈曲荷载。Adomandi等对管中管结构在静水压力作用下的弹性屈曲进行了理论和有限元研究，在有限元模型中设定层与层的接触为 粘结无滑移，而对于有滑移的非粘结层通过两点约束来实现。他们又通过大量的有限元计算来分析复合管外压的承载能力，并在此基础上提出了适合于复合管在外压作用下的简化公式。BaiYong等基于二维环理论，并考虑剪切变形的影响，研究纤维增强管道管道初始椭圆化对外压失稳的影响。龚顺风等基于非线性环理论，研究了深水管道在外压作用下的失稳屈曲理论。 基于BaiYong等的二维壳模型，考虑超高分子量聚乙烯管道受外压时的剪切变形，并结合Halpin—Tsai模型对加强层进行简化，对管道进行外压力学性能分析，采用ABA建立有限元模型，将计算结果与理论进行分析对比。 通过试验得到压力峰值，并与理论，有限元对比，发现三者吻合良好。