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目前，聚乙烯管材已成為繼聚氯乙烯之后，世界上消費量第二大的塑料管道品種。由于聚乙烯管材具有突出的耐化學腐蝕性、耐低溫性、耐熱和耐磨性，以及焊接性能好、對輸送介質(zhì)無污染、使用壽命長、制造安裝費用低等特點，被廣泛應用于市政工程建設、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及石油化工等領域。雖然國內(nèi)管材料在總量上能夠滿足現(xiàn)階段的需求，但仍存在一些不足，燃氣管、地熱管等領域?qū)ν庖来娑雀?，高質(zhì)量的原材料進口占比較大，提高國產(chǎn)料供應量和市場競爭力成為當下攻關和努力的方向。

近日，由上海石化與浙江大學、上?；ぱ芯吭旱裙餐邪l(fā)的高性能聚乙烯管材樹脂生產(chǎn)新技術，獲得2022年度中國石油和化學工業(yè)聯(lián)合會科技進步一等獎。利用該新技術生產(chǎn)的各類高性能管材，可廣泛應用于水管、燃氣管、核電用水管、大口徑管材等領域，有力保障了國內(nèi)市場需求。本版文圖由 王佳麟 胡學群 錢 濤 虞光財 凌 巧 馬 超 提供

產(chǎn)品名片

什么是聚乙烯管材樹脂？

聚乙烯管材樹脂是聚乙烯樹脂的一個重要應用領域，主要用于各種類型管材的擠出加工。聚乙烯管材樹脂開發(fā)至今已有50多年歷史，目前國際上根據(jù)聚乙烯管的長期靜液壓強度（MRS）對管材及其原料進行分類和命名。長期靜液壓強度是管材結(jié)構設計的基礎。據(jù)此，管材可分為三代：

第一代

①等級：相當于現(xiàn)在PE63以下等級的PE管材料。

②誕生年代：20世紀50年代。

③特點及應用：一般是中密度的聚乙烯，承壓能力較差，其長期靜液壓強度在6.3兆帕以上，目前已經(jīng)基本不用于承壓管，還有部分應用于下水道管、排水管等，逐漸被市場淘汰。

第二代

①等級：相當于現(xiàn)在的PE80級管材料。

②誕生年代：20世紀60年代。

③特點及應用：一般為中密度或高密度聚乙烯，有一定承壓能力，其長期靜液壓強度在8兆帕以上，主要應用于給水管等。

第三代

①等級：性能更加優(yōu)異的PE100管材料。

②誕生年代：20世紀80年代。

③特點及應用：一般是高密度聚乙烯，有較強承壓能力，其長期靜液壓強度在10兆帕以上，主要應用于給水管、燃氣管等領域，特別是燃氣管領域目前基本都要求嚴格使用PE100等級以上的管材。

MRS：指管受環(huán)向張應力強度（按國際標準測試計算值）。PE80（8～9.99兆帕）、PE100（10～11.19兆帕）是聚乙烯原料的MRS經(jīng)過圓整后得到的分級數(shù)，將MRS乘以10即得到材料的分級數(shù)。

高性能聚乙烯管材樹脂“黑”料“白”料哪個好？

聚乙烯管材樹脂質(zhì)量輕、耐腐蝕、抗蠕變、易加工，具備良好的剛韌平衡性能和慢速裂紋增長性能，是燃氣管道、城市管網(wǎng)、供熱采暖、通信電纜護套等工程用管道的重要原材料。聚乙烯管材樹脂可分為白料和黑料兩種。

“白料”簡單來說，就是未添加任何色母料的高密度聚乙烯管材料，具有拉伸強度高、耐快速裂紋擴展性能好和抗沖擊性佳等特點。

“黑料”在配方中增加了炭黑，產(chǎn)品性能更佳，可用于制造市政主干網(wǎng)管道，并在能源開采等國計民生重點行業(yè)管道制造領域有廣泛應用前景，市場需求量很大。

上海石化生產(chǎn)的PE100-RC系列包含黑、白料，適合應用不同場景。

高性能聚乙烯管材樹脂是什么？都用在哪兒？

高性能聚乙烯管材樹脂也被稱為耐開裂PE100—RC樹脂（RC：Resist Crack，耐開裂），目前被認為是第四代管材樹脂，在全缺口蠕變試驗（FNCT）測試條件下，其耐慢速裂紋增長時間超過8760小時，被稱為“超韌PE100樹脂”。

高性能聚乙烯管材樹脂具有突出的耐化學腐蝕性、耐低溫性、耐熱和耐磨性，以及焊接性能好、對輸送介質(zhì)無污染、使用壽命長、制造安裝費用低等特點，被廣泛應用于市政工程建設、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、石油化工及核電等領域。國內(nèi)市場管材料主要集中在給水管、燃氣管、地暖管等領域。

高性能聚乙烯管材樹脂與普通管材料有什么區(qū)別？

與普通PE100管材料相比，在同等條件下，PE100—RC不但有更長的使用壽命和更高的安全性，而且采用現(xiàn)代非傳統(tǒng)管道安裝技術，可用于管道更新、非開挖安裝和管道快速敷設等施工，可以降低管材施工難度，大大降低施工費用。

此次獲獎的高性能聚乙烯管材樹脂生產(chǎn)新技術，主要是更換了共聚單體，在此基礎上篩選優(yōu)化了催化劑，對聚合工藝進行了大量的調(diào)整優(yōu)化，使得管材性能達到PE100—RC，進一步提高了管道系統(tǒng)長期安全性能。

生產(chǎn)工藝

一滴原油的管道料之旅

石油通過開采運輸?shù)綗捰蛷S，經(jīng)過加工制成聚合級乙烯、丁烯、己烯等原料。

接著，進入裝置精制單元進一步精制，精制后的乙烯、丁烯、己烯等原料送入超臨界環(huán)管反應器中，在催化劑作用下，聚合得到相對高密度低分子量部分的聚乙烯，聚乙烯與未反應的原料在閃蒸分離后，帶有催化劑活性的聚乙烯粉料繼續(xù)在氣相反應器中與乙烯、丁烯、己烯等發(fā)生氣相聚合反應，生產(chǎn)相對低密度高分子量部分的聚乙烯。

經(jīng)過兩個不同類型反應器后最終生產(chǎn)出高密度聚乙烯粉料，粉料經(jīng)過擠壓機熔融擠出、水下切粒、水力輸送、離心干燥等步驟生產(chǎn)出干凈光潔的粒料產(chǎn)品，并送入成品料倉，粒子再通過包裝設備包裝碼垛整齊，運輸至客戶手中。

企業(yè)足音

上海石化：高性能聚乙烯管材料不斷取得突破

上海石化合成樹脂部4號聚乙烯裝置于2002年建成投產(chǎn)，產(chǎn)能為25萬噸/年，引進的是北歐化工（BORSTAR）雙峰聚乙烯工藝技術。雙峰工藝兼具了優(yōu)異的力學性能和加工性能，4號聚乙烯裝置生產(chǎn)的管道料產(chǎn)品是國內(nèi)最早通過PE100國際權威認證的，是國內(nèi)唯一的具備大批量生產(chǎn)黑色管道料基礎樹脂的裝置，也是國內(nèi)各類型管道料系列化牌號最全的裝置。

上海石化在聚乙烯管材料的研究開發(fā)方面始終走在前列，積累了豐富的技術優(yōu)勢和人才優(yōu)勢，研發(fā)的高密度聚乙烯燃氣管道專用料不僅填補了國內(nèi)空白，而且還是國內(nèi)第一家通過國際權威組織PE100+認證、列入PE100協(xié)會優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品目錄的產(chǎn)品。2022年10月，該產(chǎn)品首次實現(xiàn)出口，有效建立起了市場知名度。該專用料是一款一次混配成型并持續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)的國產(chǎn)燃氣管道產(chǎn)品，具有優(yōu)異的抗靜液壓性能和耐環(huán)境應力開裂性能，具備良好的加工性和穩(wěn)定性，生產(chǎn)的管材表面光滑美觀，完全能與進口原料媲美。

但該管材料只能用于制造口徑小于400毫米的燃氣管道，國內(nèi)制造大口徑管道時還是依賴進口材料。大口徑管道專用料的研發(fā)難點在于“熔垂”現(xiàn)象，即生產(chǎn)管道口徑大于800毫米的厚壁管時，由于聚乙烯導熱率較低，徑向固化過程很慢，管壁內(nèi)側(cè)固化所需時間較長，致使熔體沿管內(nèi)側(cè)流動，將導致管材壁厚嚴重不均勻。這是國內(nèi)企業(yè)長期無法消除的一個技術瓶頸。

上海石化在小口徑管用聚乙烯管材料制備的經(jīng)驗基礎上，通過對熔融指數(shù)、拉伸強度等核心工藝指標不斷優(yōu)化，在造粒階段加入炭黑母料，成功攻克“熔垂”現(xiàn)象，開發(fā)并生產(chǎn)出性能達標的大口徑低熔垂承壓管道料產(chǎn)品，有效滿足國內(nèi)市場，特別是核電領域大口徑換熱給水管材的需求。該產(chǎn)品不僅可以用于大口徑市政主干網(wǎng)的管道制造，而且在能源、礦山等涉及國計民生重點行業(yè)的工藝管道制造領域也有著廣泛應用前景。目前，下游管道生產(chǎn)企業(yè)使用該材料制造的大口徑管，已通過管道行業(yè)檢測認證。

化銷華東：全力開拓國內(nèi)外高端市場

化銷華東全力開拓高密度聚乙烯管材料市場，堅持細分市場精耕細作，著力提高高密度聚乙烯管材料市場占有率。他們精心研判市場，動態(tài)更新管材料市場供需數(shù)據(jù)，形成市場研究報告，為精細化營銷提供有力支撐。

化銷華東深化產(chǎn)銷研用一體化運作，瞄準頂替進口與中高端市場，推進“揭榜掛帥”項目，全力拓市攻堅。G5+行業(yè)協(xié)會是由港華燃氣、北京燃氣、成都燃氣等5家國內(nèi)領軍燃氣公司組成的質(zhì)量控制合作小組，共同制定對聚乙烯輸配系統(tǒng)質(zhì)量控制的標準和方法。化銷華東聯(lián)合上海石化持續(xù)攻堅以G5+行業(yè)協(xié)會為代表的燃氣管專用料核心圈，寄送免費試用料供客戶檢測試驗，同時與行業(yè)明星牌號進行對標，不斷提升自身產(chǎn)品性能。

化銷華東抓住掃市場契機，聯(lián)合各網(wǎng)點發(fā)揮雷達作用，逐個城市推進。目前，銷售范圍已覆蓋全國31個城市，擁有優(yōu)質(zhì)的客戶群體，其中燃氣管專用料直銷客戶數(shù)占比超73%。

今年以來，化銷華東合成樹脂部開展經(jīng)銷商燃氣管專用料“揭榜掛帥”項目，旨在利用經(jīng)銷商強大的客戶網(wǎng)絡及靈活的銷售方式助力燃氣管專用料取得新突破。他們制定梯級折扣等優(yōu)惠政策，激勵經(jīng)銷商積極參與燃氣項目，開發(fā)直銷客戶。

在積極拓展國內(nèi)市場的同時，化銷華東還將目標投向海外市場，堅決落實“向國際市場要出路”要求，加快高密度聚乙烯管材料國際化經(jīng)營步伐。他們協(xié)同上海石化滿足海外客戶在試料、排產(chǎn)、包裝、批次上的個性化需求，著力構建穩(wěn)定的海外銷售渠道。

新聞會客廳

產(chǎn)銷研聯(lián)手增強國際市場競爭力

嘉賓：

上海石化合成樹脂部總工程師、合成材料研究所所長 周 浩

化工銷售華東分公司合成樹脂部專家 曾寶忠

浙江大學化工學院、浙大寧波研究院化工分院副教授 任聰靜

問：目前上海石化管材樹脂在國內(nèi)外處于什么水平？

周 浩：目前，上海石化的管道料是國內(nèi)最好的，質(zhì)量穩(wěn)定、牌號齊全，可應用于普通水管、燃氣管、大口徑水管、核電管等，產(chǎn)品覆蓋國內(nèi)管材市場。不過，上海石化的產(chǎn)品雖然在品質(zhì)上與高端進口料看齊，是國產(chǎn)王牌產(chǎn)品，但市場競爭已經(jīng)白熱化，國外知名企業(yè)北歐化工、英力士、道達爾、巴塞爾等憑借技術、質(zhì)量、規(guī)模、品牌等優(yōu)勢，占據(jù)國外及我國燃氣市場主要份額。所以，我們還需進一步增強市場競爭力。

問：目前PE100管材料和PE100—RC管材料市場前景如何？

曾寶忠：PE100-RC具有優(yōu)異的抗慢速應力開裂性能，可提高管道的安裝速度，是PE100管材專用料的升級產(chǎn)品，具有較好的市場前景。我們要堅持精耕細作，專注企業(yè)新材料推廣，全面深化與燃氣行業(yè)頭部企業(yè)的戰(zhàn)略合作，強化新產(chǎn)品研發(fā)和下游客戶應用開發(fā)的有機融合，發(fā)揮MRPC（產(chǎn)銷研用）一體化作用，推進新產(chǎn)品的開發(fā)和市場化進程。

問：面對差距，未來，上海石化管材樹脂技術的發(fā)展方向是什么？

周 浩：上海石化未來將在以下四方面發(fā)力。一是實現(xiàn)產(chǎn)品性能升級換代，根據(jù)現(xiàn)有工藝，用己烯代替丁烯作為共聚單體，大幅提升產(chǎn)品性能。二是進一步保證產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性，每一個批次都要兌現(xiàn)對用戶的質(zhì)量承諾。三是加強市場推廣和用戶服務，通過與中國燃氣管協(xié)會、銷售公司等多方聯(lián)動，加大國內(nèi)市場的拓展力度。四是走出國門，搶占國外市場。國外產(chǎn)品打入我國市場，占據(jù)了大半江山，我們在拓展國內(nèi)市場的同時，還要放眼全球，緊盯國外市場。繼前期高密度聚乙烯燃氣管道專用料成功出口新西蘭、澳大利亞后，2022年底至今，上海石化又與俄羅斯、印度簽訂了訂單，且產(chǎn)品出口售價要比國內(nèi)高，在提升國際知名度的同時，也帶來了較好的經(jīng)濟效益。

問：下一步，要進一步擴大高性能聚乙烯管材樹脂影響力和市場占有率，還需要做哪些努力？

曾寶忠：上海石化燃氣管材料采用北歐化工技術生產(chǎn)，具有優(yōu)異的機械性能和加工性能，經(jīng)過長時間的推廣與應用，在國內(nèi)市場具有很高的知名度，且品質(zhì)穩(wěn)定，深受管道材料用戶的歡迎。然而，由于國內(nèi)燃氣管材料市場的特殊性，目前國內(nèi)燃氣管專用料市場仍被進口產(chǎn)品占據(jù)，我們還需聯(lián)合生產(chǎn)企業(yè)和科研單位共同努力，加強與燃氣協(xié)會的合作，盡早推動燃氣管專用料獲得以G5+為代表的燃氣行業(yè)企業(yè)的認可。

問：作為主要的合作研發(fā)單位，此次與中國石化合作有什么感受？

任聰靜：浙江大學和中國石化有著長期緊密的合作關系，雙方始終聚焦國家、社會和行業(yè)當下重大技術難題，從中凝練關鍵科學問題作為科研攻關課題，打通“凝練出題—基礎研究—中試驗證—設計放大—生產(chǎn)實施”的科研育人渠道。

面對高等級聚乙烯管材料市場缺口巨大并且高度依賴進口的現(xiàn)狀，浙江大學和上海石化等聯(lián)合攻關，經(jīng)過近20年的努力攻克“卡脖子”難題，形成了高性能聚乙烯管材料生產(chǎn)新技術，在上海石化25萬噸/年聚乙烯裝置上成功開發(fā)了PE100和PE100—RC管材料，成為中國聚乙烯管材料技術邁上新臺階的重要標志。

在長期的探索實踐中，上海石化和浙江大學以項目為抓手，互為依托、互相促進，項目依托浙大的科研平臺和人才資源、依托上海石化的企業(yè)平臺和產(chǎn)業(yè)資源，充分發(fā)揮產(chǎn)學研聯(lián)動的優(yōu)勢，聯(lián)合科研、聯(lián)合育人，在技術上實現(xiàn)突破，打破了高等級聚乙烯管材料全部依賴進口的被動局面，有效服務“國之大者”，助力國家科技自立自強。