導讀：煤層氣是以煤層或煤系地層作為儲集巖，以吸附在煤基質顆粒表面為主、部分游離于煤空隙中或溶解于煤層水中的烴類氣體，其主要組成部分CH4占95%以上。煤層氣是非常規(guī)油氣資源中的一個重要組成部分，也是最為豐富且現(xiàn)實可采的天然氣資源，具有形成大規(guī)模產業(yè)發(fā)展的諸多有利條件。煤層氣熱值高，是通用煤的2-5倍，與天然氣相當。煤層氣空氣濃度

    煤層氣是以煤層或煤系地層作為儲集巖，以吸附在煤基質顆粒表面為主、部分游離于煤空隙中或溶解于煤層水中的烴類氣體，其主要組成部分CH4占95%以上。煤層氣是非常規(guī)油氣資源中的一個重要組成部分，也是最為豐富且現(xiàn)實可采的天然氣資源，具有形成大規(guī)模產業(yè)發(fā)展的諸多有利條件。煤層氣熱值高，是通用煤的2-5倍，與天然氣相當。煤層氣空氣濃度達到5%—16%時，遇明火就會爆炸，這是煤礦瓦斯爆炸事故的根源。煤層氣直接排放到大氣中，其溫室效應約為二氧化碳的21倍，對生態(tài)環(huán)境的破壞性極強。在采煤之前如果先開采煤層氣，煤礦瓦斯爆炸率將降低70%—85%。
    我國是煤炭生產和消費大國，煤炭和煤層氣資源十分豐富。根據(jù)國內權威部門測算，我國的煤層氣資源為36.8萬億m³，大大高于美國11萬億m³的煤層氣資源量。我國對煤層氣的開發(fā)起步較晚，目前包括中聯(lián)煤氣公司、中石油煤層氣公司、晉煤集團等多家公司都在我國華北、西北地區(qū)多個盆地進行煤層氣的勘探開發(fā)。但勘探開發(fā)生產基礎設施，成套技術還不十分完善，近年來每年開采煤層氣僅40億m³左右。
1、超高分子量聚乙烯管道在煤層氣產業(yè)中的應用前景
    美國、澳大利亞、加拿大等國家煤層氣產業(yè)發(fā)達，在勘探開發(fā)生產過程中已廣泛使用大量的塑料管道，包括超高分子量聚乙烯管從煤層氣開采氣源到壓縮站的煤層氣管，和井下到地面污水處理的水處理超高分子量聚乙烯管，澳大利亞煤層氣項目正在大規(guī)模擴張，包括內部和向外部出口市場上燃氣生產的巨大增加。這一項目的總投資預計超過300億澳元。超高分子量聚乙烯管成為煤層氣手機生產過程中水輸運所選擇的重要材料之一。預計5年后將超過PE100管材，管材直徑將達到800mm。在美國、加拿大同樣每年有大量的PE100管道、PVC管道、超高分子量聚乙烯管道等塑料管道，廣泛應用于煤層氣的開發(fā)生產中，用來連接煤層氣壓縮站和水處理廠。在管材原料的選用、生產、測試、安裝等各個過程中，均已經(jīng)有成熟成套技術以及大量的實際經(jīng)驗和案例。
    煤層氣產業(yè)中塑料管道的應用，主要包括煤層氣流向鏈條的上游和下游兩部分。塑料管道是煤層氣開采過程中，以及煤層氣輸送至壓縮站最好的材料，這一部分塑料管道涉及到煤層氣產業(yè)的上游用塑料管道，相對于目前我們的傳統(tǒng)超高分子量聚乙烯塑料管道應用來說是新增的應用領域。
2、超高分子量聚乙烯管道在煤層氣產業(yè)中的應用挑戰(zhàn)
    迅速發(fā)展的煤層氣產業(yè)給超高分子量聚乙烯管道行業(yè)帶來機遇的同時，也給超高分子量聚乙烯管道從原材料樹脂、管道設計生產、安裝施工等多方面帶來了不同的挑戰(zhàn)。這些挑戰(zhàn)主要由煤層氣產業(yè)管道應用環(huán)境的不同所致，同時引入技術和管理方面的問題。
    首先，最重要的一個挑戰(zhàn)是煤層氣產業(yè)人員與超高分子量聚乙烯管道行業(yè)人員關于塑料管道認識上的不同。涉及煤層氣集輸管網(wǎng)的煤層氣產業(yè)上游人員，大多從事開采和集輸工作，他們所接觸的材料大多為金屬材料和金屬管道。因此在材料的認識、管道設計以及安裝施工上具有一定差別，兩個行業(yè)的人員需要相互溝通，相互了解不同的背景、應用需求以及解決方案。
其次，管道的應用環(huán)境給管道的設計和施工應用帶來的較大挑戰(zhàn)。由于煤層氣惡劣的開采環(huán)境，以及集輸管網(wǎng)復雜的特點，從管道環(huán)境應用技術角度講，管道需要面對高溫環(huán)境應用、復雜地形和施工刮擦的考驗，以及現(xiàn)場高難度的焊接施工和系統(tǒng)測試等技術方面的挑戰(zhàn)。
    煤層開采過程中礦井中的水和氣通常溫度較高，甚至高達40℃以上；此外集輸管網(wǎng)通常暴露于大氣中，需要承受陽光的暴曬，較高溫度的應用環(huán)境必然給超高分子量聚乙烯管材的使用壽命帶來影響，同樣這方面也是超高分子量聚乙烯管道的特長（不受光照環(huán)境的影響）。
當然，煤層氣的集輸管網(wǎng)壓力不大，這對管道的應用壽命具有正面作用。超高分子量聚乙烯管道的壽命設計必須考慮應用環(huán)境溫度、應用壓力，以及煤層氣開采工程的設計年限等綜合因素�？晒﹨⒖嫉膲勖O計在20年—30年之間，這需要大量的工作來達到行業(yè)的一致意見。
    煤層氣集輸管網(wǎng)密集、多分枝、變徑多，且途徑地形復雜，通常難以埋地開挖鋪設，更多的是暴露敷設和非開挖鋪設。因此對超高分子量聚乙烯管道材料提出了更加苛刻的要求，需要具有較好的柔韌性，能夠承受施工過程中一定的刮擦，對于超高分子量聚乙烯管材來說，這些條件意味著管材需要具有更由于的慢速裂紋增長性能。
    另一個重要的問題就是管道的現(xiàn)場施工焊接和系統(tǒng)測試。在復雜多變、多分枝、多變徑的煤層氣集輸管網(wǎng)中，需要有大量的管道焊接工作。這一焊接工作通常是在惡劣的環(huán)境條件下進行，這對熱熔焊接以及電熔焊接在設備技術和人員素質和培訓管理方面都是巨大的挑戰(zhàn)。

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超高分子量聚乙烯管道在煤層氣產業(yè)中的應用分析