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行业知识

玻璃钢夹砂管道的技术特点及在我国的应用现状分析

1前言

国际上,纤维缠绕技术始于本世纪40年代,1946年在美国申请专利。50年代初期,开始制作玻璃钢管道,距今已有40余年的历史。目前,国际上玻璃钢管道工业发展很快,年产量日趋增加,以美国为例,年玻璃钢管道使用量10000km,且每年以5%~10%的速度递增。
我国纤维缠绕工艺始于1958年,当时主要是为“两弹一机”国防建设服务的。最早应用于民用的玻璃钢管道以手糊及布带卷绕为主,这样生产的管道防渗性能差,质量不稳定,虽经多次试验,也未能在大范围内推广使用。80年代末,我国首次引进玻璃钢管道缠绕设备,从此,我国玻璃钢管道工业真正开始了大发展。截至1997年,玻璃钢管道纤维缠绕生产线已有133条。其中43条为引进生产线〔1〕,国际上一些闻名公司也相继在中国成立合资或独资公司,国内部分厂家生产的玻璃钢管道质量已经可以和国际上的产品相媲美,产品已多次出口。玻璃钢管道工业在中国正处于大的发展期。
尽管如此,与我国巨大的管道市场相比.玻璃钢管道所占份额仍很低,其原因关键在于尚有许多用户对缠绕玻璃钢管道的优良性能还不十分了解,对玻璃钢管道在我国的应用现状还缺乏足够的熟悉,对选用玻璃钢管道仍抱迟疑、观望的态度。为此,本文对缠绕玻璃钢管道的性能进行具体分析,对其在我国的应用现状进行总结,以期进一步推动我国玻璃钢管道工业向前发展。

2特点

2.1耐腐蚀性能好

纤维缠绕玻璃钢管道结构上分内衬层、结构层及外保护层三部分。其中,内衬层树脂含量高,一般在70%以上,其内表面富树脂层树脂含量高达95%左右。通过对内衬所用树脂的选择,可使玻璃钢管道在输送液体时具有不同的耐腐蚀性能,从而满足不同的工作需要;对需外防腐的场合,只需对外保护层树脂进行认真选择,便也可达到不同外防腐的使用目的。
根据不同的腐蚀环境,可选用不同的防腐树脂,主要包括:间苯型不饱和聚酯树脂、乙烯基树脂、双酚A树脂、环氧树脂及呋喃树脂等,根据具体情况分别选用:对酸性环境,选用双酚A树脂、呋喃树脂等;对碱性环境,选用乙烯基树脂、环氧树脂或呋喃树脂等;对溶剂型使用环境,选用呋喃等树脂;当酸、盐、溶剂等腐蚀不是十分严重时,则可选用价格较为低廉的间苯型树脂〔2〕。通过对内衬层不同树脂的选择,便可使玻璃钢管道广泛用于酸、碱、盐、溶剂等工作环境中,表现出良好的耐腐蚀性能。

2.2水力学性能优良

缠绕玻璃钢管道内表面光滑,内壁绝对粗糙度仅为0.01mm,远小于钢管及铸铁管的内壁粗糙度见表1〔3〕,属水力学光滑管。

管道类型新钢管半新钢管旧钢管铸铁管玻璃钢管粗糙度/mm0.1~0.20.2~0.30.5~0.80.6~1.00.01

根据Hazen-Williams公式:

Hf=〔42.7Q/

对缠绕玻璃钢管道和铸铁管进行计算比较:当管内流体流速为1.0~2.0m/s时,管径DN300~600mm的缠绕玻璃钢管道输送流体时引起的压头损失约为同口径铸铁管的2/3~1/2〔5〕。
计算结果说明:纤维缠绕玻璃钢管道的水力学性能优于钢管或铸铁管。

2.3重量轻,安装、运输方便

玻璃钢管道比重约为1.6左右,仅是钢管或铸铁管的1/4~1/5,实际应用表明,在承受同样内压的前提下,同口径、同长度的玻璃钢管道,其重量约为钢管的30%左右。正因如此,玻璃钢管道在运输时可套装运输,节省油耗及其它费用;安装时,对中小口径的玻璃钢管道一般不需用重型机械,有的甚至可通过人工搬运,提高了安装速度。

2.4比强度高、力学性能合理

缠绕玻璃钢管道轴向拉伸强度为160~320MPa,接近于钢管,比强度更高,在结构设计时,管材自重可大幅度减轻,安装十分轻易。对比情况见表2。

材料比重拉伸强度
/MPa

比强度
/MPa高级合金钢81280160A3钢7.8540050铸铁7.424032缠绕玻璃钢1.6160~320100~200
2.5导热系数低、热应力小
玻璃钢管道与钢管热性能数据对比见表3。

性能参数玻璃钢管道钢管导热系数/W-10.2762.8热膨胀系数/k-11.12×10-51.23×10-5轴向热应变之比1.671轴向热应力之比111

表中,热应变及热应力之比均为假设玻璃钢管道与钢管管长相同、管道两端介质温差相同情况下所推得的结果。从表中数据可以看出,玻璃钢管道的导热系数低,仅为钢管的0.4%,因而具有较好的保温性能,输送介质时可以降低热能损耗;另外,从表3还可以看出,当玻璃钢管道与钢管两端有相同的热温差时,线胀系数略大于钢管的玻璃钢管道将产生较大的热应变,但由于玻璃钢管道的轴向拉伸模量约11.2GPa,钢管的模量为210GPa,所以,温差在玻璃钢管道上产生的热应力仅约为钢管的1/11。也就是说,在实际使用中,钢管需增加膨胀接头以消除管线上的热应力集中,玻璃钢管一般却可以不予考虑〔4〕。玻璃钢管道的热线胀系数使得它具有良好的抗热耐寒特性,可在地表、地下、架空、海底、沙漠、冰冻、潮湿等各种恶劣环境中使用。

2.6接头少、连接方式多样灵活

缠绕玻璃钢管道单管长度6~12m,甚至更长,在长距离管线安装时,所需接头少,既能使流动水阻降低,也减少了施工费用,同时,管线因接头多而发生渗漏的可能性也较钢管大为降低。另外,缠绕玻璃钢管道的接头方式有多种,主要包括:承插胶接、平端对接、法兰连接、O形圈连接、螺纹连接等,可根据具体施工条件,灵活选择接头方式,从而提高了工程的可靠性。

2.7电绝缘性能好

钢管、铸铁管均为电的良导体。玻璃钢管道却是绝缘体,击穿电压:12~16kV/mm,体积电阻率:~1014Ω.cm,表面电阻率:~1011Ω,绝缘性能优良,可安全地应用于输电、电信线路密集区和多雷区。

2.8不生锈

钢管、铸铁管在储存、使用过程中,会因化学、电化学的作用产生局部电池反应,表面极易生锈,对输送介质往往会产生污染,因而,常需对其表面进行非凡防锈、除锈处理;纤维缠绕玻璃钢管道由于是由非金属材料制成,电极电位高,表面不会发生氧化锈蚀,无需处理,不会污染水质。

2.9防污抗蛀

玻璃钢管内壁洁净光滑,难以被海水或污水中的甲贝、菌类等微生物玷污蛀附。而钢管、铸铁管或钢筋混凝土管内表面却很轻易被甲贝、牡蛎等附蛀寄生,且极难清除,增大粗糙率,使有效管径缩小,同时增大流动阻力,减少过水断面积。

2.10可设计性强

根据具体使用情况,可对管道的具体性能及外形进行设计:①可对缠绕时的缠绕角进行设计,以使管道具有不同的纵/环向强度分配;②可对管道壁厚进行设计,以使管道可以承受不同的内外压;③可对材料进行设计,以达到不同的耐腐蚀目的、阻燃目的、介电目的等;④可对接头方式进行设计,适用不同的安装条件,以提高工程安装速度;⑤可对产品外形进行设计,以满足具体的外形需要。

 

3应用

3.1油田

32~35
5雷文.缠绕夹砂玻璃钢管道在给排水领域应用的优势分析.第十二届玻璃钢/复合材料学术年会7何桂华等.玻纤增强塑料管在油田地面工程中的应用.石油规划设计,1995,18~19
8ReiforcedPlastic.1997,43
9傅国栋.浅谈大口径玻璃钢管的发展前景.玻璃钢/复合材料,1994,43~49
10赵久尚等.玻纤增强塑料管在油田污水处理中的应用.石油规划设计,1995,26~32
12翁祖祺等编.中国玻璃钢工业大全.北京:国防工业出版社,1992
13蒋洪明.机制玻璃钢管技术研究.中日耐腐蚀高分子材料国际交流会论文集,上海:1994.228~233
14玻璃钢/复合材料参考,1998,14
15全面腐蚀控制,1997,
 

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