管道料都获奖了，这些知识你还不知道？高端管材有“黑料” 近日，由上海石化与浙江大学、上海化工研究院等共同研发的高性能聚乙烯管材树脂生产新技术，获得2022年度中国石油和化学工业联合会科技进步一等奖。利用该新技术生产的各类高性能管材，可广泛应用于水管、燃气管、核电用水管、大口径管材等领域，有力保障了国内市场需求。 01什么是聚乙烯管材树脂？聚乙烯管材树脂是聚乙烯树脂的一个重要应用领域，主要用于各种类型管材的挤出加工。聚乙烯管材树脂开发至今已有50多年历史，目前国际上根据聚乙烯管的长期静液压强度（MRS）对管材及其原料进行分类和命名。长期静液压强度是管材结构设计的基础。据此，管材可分为三代：第一代第二代第三代PE63以下等级的PE管材料PE80级管材料PE100级管材料一般是中密度的聚乙烯，承压能力较差，其长期静液压强度在6.3兆帕以上，目前已经基本不用于承压管，还有部分应用于下水道管、排水管等，逐渐被市场淘汰。一般为中密度或高密度聚乙烯，有一定承压能力，其长期静液压强度在8兆帕以上，主要应用于给水管等。一般是高密度聚乙烯，有较强承压能力，其长期静液压强度在10兆帕以上，主要应用于给水管、燃气管等领域，特别是燃气管领域目前基本都要求严格使用PE100等级以上的管材。 MRS：指管受环向张应力强度（按国际标准测试计算值）。PE80（8～9.99兆帕）、PE100（10～11.19兆帕）是聚乙烯原料的MRS经过圆整后得到的分级数，将MRS乘以10即得到材料的分级数。  02高性能聚乙烯管材树脂是什么？高性能聚乙烯管材树脂也被称为耐开裂PE100—RC树脂（RC：Resist Crack，耐开裂），目前被认为是第四代管材树脂，在全缺口蠕变试验（FNCT）测试条件下，其耐慢速裂纹增长时间超过8760小时，被称为“超韧PE100树脂”。    一滴原油的管道料之旅 石油通过开采运输到炼油厂，经过加工制成聚合级乙烯、丁烯、己烯等原料。接着，进入装置精制单元进一步精制，精制后的乙烯、丁烯、己烯等原料送入超临界环管反应器中，在催化剂作用下，聚合得到相对高密度低分子量部分的聚乙烯，聚乙烯与未反应的原料在闪蒸分离后，带有催化剂活性的聚乙烯粉料继续在气相反应器中与乙烯、丁烯、己烯等发生气相聚合反应，生产相对低密度高分子量部分的聚乙烯。经过两个不同类型反应器后最终生产出高密度聚乙烯粉料，粉料经过挤压机熔融挤出、水下切粒、水力输送、离心干燥等步骤生产出干净光洁的粒料产品，并送入成品料仓，粒子再通过包装设备包装码垛整齐，运输至客户手中。   03高性能聚乙烯管材树脂“黑料”和“白料”哪个好？聚乙烯管材树脂质量轻、耐腐蚀、抗蠕变、易加工，具备良好的刚韧平衡性能和慢速裂纹增长性能，是燃气管道、城市管网、供热采暖、通信电缆护套等工程用管道的重要原材料。聚乙烯管材树脂可分为白料和黑料两种。“白料”简单来说，就是未添加任何色母料的高密度聚乙烯管材料，具有拉伸强度高、耐快速裂纹扩展性能好和抗冲击性佳等特点。“黑料”在配方中增加了炭黑，产品性能更佳，可用于制造市政主干网管道，并在能源开采等国计民生重点行业管道制造领域有广泛应用前景，市场需求量很大。上海石化生产的PE100-RC系列包含黑、白料，适合应用不同场景。   04上海石化高性能管材料不断取得突破上海石化合成树脂部4号聚乙烯装置于2002年建成投产，产能为25万吨/年，引进的是北欧化工（BORSTAR）双峰聚乙烯工艺技术。4号聚乙烯装置生产的管道料产品是国内最早通过PE100国际权威认证的，是国内唯一的具备大批量生产黑色管道料基础树脂的装置，也是国内各类型管道料系列化牌号最全的装置。 上海石化研发的高密度聚乙烯燃气管道专用料是国内第一家通过国际权威组织PE100+认证、列入PE100协会优质产品目录的产品。2022年10月，该产品首次实现出口，有效建立起了市场知名度。该专用料具有一系列良好的性能，完全能与进口原料媲美。但该管材料只能用于制造口径小于400毫米的燃气管道，国内制造大口径管道时还是依赖进口材料。这是国内企业长期无法消除的一个技术瓶颈。 上海石化在小口径管用聚乙烯管材料制备的经验基础上，开发并生产出性能达标的大口径低熔垂承压管道料产品，有效满足国内市场，特别是核电领域大口径换热给水管材的需求。目前，下游管道生产企业使用该材料制造的大口径管，已通过管道行业检测认证。 05专家访谈周浩 上海石化合成树脂部总工程师、合成材料研究所所长问：目前上海石化管材树脂在国内外处于什么水平？答：目前，上海石化的管道料是国内最好的，质量稳定、牌号齐全，可应用于普通水管、燃气管、大口径水管、核电管等，产品覆盖国内管材市场。不过，上海石化的产品虽然在品质上与高端进口料看齐，但市场竞争已经白热化，国外知名企业北欧化工、英力士、道达尔、巴塞尔等凭借技术、质量、规模、品牌等优势，占据国外及我国燃气市场主要份额。所以，我们还需进一步增强市场竞争力。问：面对差距，未来，上海石化管材树脂技术的发展方向是什么？答：上海石化未来将在以下四方面发力。一是实现产品性能升级换代，根据现有工艺，用己烯代替丁烯作为共聚单体，大幅提升产品性能。二是进一步保证产品质量稳定性，每一个批次都要兑现对用户的质量承诺。三是加强市场推广和用户服务，通过与中国燃气管协会、销售公司等多方联动，加大国内市场的拓展力度。四是走出国门，抢占国外市场。继前期高密度聚乙烯燃气管道专用料成功出口新西兰、澳大利亚后，2022年底至今，上海石化又与俄罗斯、印度签订了订单，且产品出口售价要比国内高，在提升国际知名度的同时，也带来了较好的经济效益。◆  ◆  ◆  ◆  ◆  任聪静    浙江大学化工学院、浙大宁波研究院化工分院副教授问：作为主要的合作研发单位，此次与中国石化合作有什么感受？答：浙江大学和中国石化有着长期紧密的合作关系，双方始终聚焦国家、社会和行业当下重大技术难题，打通“凝练出题—基础研究—中试验证—设计放大—生产实施”的科研育人渠道。面对高等级聚乙烯管材料市场缺口巨大并且高度依赖进口的现状，浙江大学和上海石化等经过近20年的努力攻克“卡脖子”难题，形成了高性能聚乙烯管材料生产新技术，在上海石化25万吨/年聚乙烯装置上成功开发了PE100和PE100—RC管材料，成为中国聚乙烯管材料技术迈上新台阶的重要标志。在长期的探索实践中，项目依托浙大的科研平台和人才资源、依托上海石化的企业平台和产业资源，充分发挥产学研联动的优势，打破了高等级聚乙烯管材料全部依赖进口的被动局面，有效服务“国之大者”，助力国家科技自立自强