玻璃钢管道技术特点及在我国的应用现状分析

摘要  国际上,纤维(fibre)缠绕技术(technology)始于本世纪40年代,1946年在美国请求专利。50年代早期,开始制造玻璃钢管道(FRP pipe),距今已有40余年的...

  国际上,纤维(fibre)缠绕技术(technology)始于本世纪40年代,1946年在美国请求专利。50年代早期,开始制造玻璃钢管道(FRP pipe),距今已有40余年的历史。现在,国际上玻璃钢管道(FRP pipe)工业(Industry)发展很快,年产量日趋增加,以美国为例,年玻璃钢管道(FRP pipe)使用(Use)量10000km,且每一年以5%~10%的速度递增。

  我国纤维(fibre)缠绕工艺(Technology)始于1958年,事先主要是为“两弹一机”国防建立服务的。最先适用于民用的玻璃钢管道(FRP pipe)以手糊及布带卷绕为主,如此生产(production)的管道防渗性能差,质量(quality)不稳定,虽经多次实验,也未能在大范围内推广(Extension)使用(Use)。80年代末,我国初次引进玻璃钢管 道缠绕设备(equipment),今后,我国玻璃钢管道(FRP pipe)工业(Industry)真正开始了大发展。截至1997年,玻璃钢管道(FRP pipe)纤维(fibre)缠绕生产(production)线已有133条。其中43条为引进生产(production)线〔1〕,国际上 一些闻名公司(company)也相继在中国建立合伙或独资公司(company),国内部分厂家(Manufactor)生产(production)的玻璃钢管道(FRP pipe)质量(quality)已经可以(Sure)和国际上的产品(product)相媲美,产品(product)已多次出口。玻璃钢管道(FRP pipe)工业(Industry)在中国正 处于大的发展期。

  尽管如斯,与我国巨大的管道市场相比.玻璃钢管道(FRP pipe)所占份额仍很低,其原因(Reason)关头在于另有很多用户(user)对缠绕玻璃钢管道(FRP pipe)的优良性能还不十 分了解,对玻璃钢管道(FRP pipe)在我国的应用(application)近况还缺少充足的熟悉,对选用玻璃钢管道(FRP pipe)仍抱踌躇、张望的态度。为此,本文对缠绕玻璃钢管道(FRP pipe)的性能进行详细分析,对其在 我国的应用(application)近况进行总结,以期进一步推进我国玻璃钢管道(FRP pipe)工业(Industry)向前发展。

玻璃钢管道技术特点及在我国的应用现状分析

  2特点(Characteristic)

  2.1耐腐蚀(corrosion)性能好

  纤维(fibre)缠绕玻璃钢管道(FRP pipe)构造上分内衬层、构造层及外保护层三部分。其中,内衬层树脂(resin)含量高,一般(commonly)在70%以上,其内表面富树脂(resin)层树脂(resin)含量高达95%左 右。经过对内衬所用树脂(resin)的选择,可使玻璃钢管道(FRP pipe)在输送液体时具有不同的耐腐蚀(corrosion)性能,从而满足(satisfy)不同的工作需要;对需外防腐(Anticorrosive)的场合,只要对外保护层树脂(resin)进行认 真选择,便也可达到不同外防腐(Anticorrosive)的使用(Use)目标。

  依据不同的腐蚀(corrosion)环境,可选用不同的防腐(Anticorrosive)树脂(resin),主要包括:间苯型不饱和聚酯树脂(resin)、乙烯基树脂(resin)、双酚A树 脂、环氧树脂(resin)及呋喃树脂(resin)等,依据详细状况分别选用:对酸性环境,选用双酚A树脂(resin)、呋喃树脂(resin)等;对碱性环境,选用乙烯基树脂(resin)、环氧树脂(resin)或呋喃树脂(resin)等;对溶剂 型使用(Use)环境,选用呋喃等树脂(resin);当酸、盐、溶剂等腐蚀(corrosion)不是十分严重时,则可选用价格较为实惠的间苯型树脂(resin)〔2〕。经过对内衬层不同树脂(resin)的选择,即可使玻璃钢 管道普遍用于酸、碱、盐、溶剂等工作环境中,表现出杰出的耐腐蚀(corrosion)性能。

  2.2水力学性能优良

  缠绕玻璃钢管道(FRP pipe)内表面光滑,内壁绝对粗拙度仅为0.01mm,远小于钢管及铸铁管的内壁粗拙度见表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拙度/mm0.1~0.20.2~0.30.5~0.80.6~1.00.01

  依据Hazen-Williams公式:

  Hf=〔42.7Q/

  对缠绕玻璃钢管道(FRP pipe)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(FRP pipe)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(fibre)缠绕玻璃钢管道(FRP pipe)的水力学性能优于钢管或铸铁管。

  2.3重量(weight)轻,安装(install)、运输(transport)方便

  玻璃钢管道(FRP pipe)比重约为1.6左右,仅是钢管或铸铁管的四分之一~五分之一,实际应用(application)表明,在承受同样内压的条件下,同口径、同长度的玻璃钢管道(FRP pipe),其重量(weight)约 为钢管的30%左右。正因如斯,玻璃钢管道(FRP pipe)在运输(transport)时可套装运输(transport),节省油耗及别的费用;安装(install)时,对中小口径的玻璃钢管道(FRP pipe)一般(commonly)不需要用重型机械,有的以至可经过 人工搬运,提高了安装(install)速度。

  2.4比强度(Strength)高、力学性能合理

  缠绕玻璃钢管道(FRP pipe)轴向拉伸强度(Strength)为160~320MPa,靠近于钢管,比强度(Strength)更高,在构造设计时,管材自重可大幅度减轻,安装(install)十分轻易。对比状况见表2。材料(Material Science)比重拉伸强度(Strength)/MPa比强度(Strength)/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(FRP pipe)与钢管热性能数据对比见表3。

  性能参数玻璃钢管道(FRP pipe)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定玻璃钢管道(FRP pipe)与钢管管长相同、管道两头介质温差相同状况下所推得的结果。从表中数据可以(Sure)看出,玻璃钢管道(FRP pipe)的导热系数 低,仅为钢管的0.4%,因此具有较好的保温(heat preservation)性能,输送介质时可以(Sure)降低热能消耗;另外,从表3还可以(Sure)看出,当玻璃钢管道(FRP pipe)与钢管两头有相同的热温差时,线胀 系数略大于钢管的玻璃钢管道(FRP pipe)将产生(come into being)较大的热应变,但因为玻璃钢管道(FRP pipe)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(FRP pipe)上 产生(come into being)的热应力仅约为钢管的1/11。也就是说,在实际使用(Use)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(commonly)却可以(Sure)不予考虑〔4〕。玻璃钢管 道的热线胀系数使得它具有杰出的抗热耐寒特性,可在地表、地下、排挤、海底、沙漠、冰冻、潮湿等各类卑劣环境中使用(Use)。

  2.6接头少、连接(Connect)方式多样灵活

  缠绕玻璃钢管道(FRP pipe)单管长度6~12m,以至更长,在长间隔管线安装(install)时,所需接头少,既能使流动水阻降低,也减少了施工(construction)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(FRP pipe)的接头方式有多种,主要包括:承插胶接、平端对接、法兰连接(Connect)、O形圈连接(Connect)、螺纹连接(Connect)等,可依据详细施 工条件(condition),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(FRP pipe)倒是绝缘体,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,可安全地适用于输电、电信路线密集区和多雷区。

  2.8不生锈

  钢管、铸铁管在贮存、使用(Use)过程当中,会因化学、电化学的作用产生(come into being)局部电池反应,表面极易生锈,对输送介质常常会产生(come into being)污染,因此,常需对其表面进行非凡防锈、除锈处理(Handle);纤维(fibre)缠绕玻璃钢管道(FRP pipe)因为是由非金属材料(Material Science)制成,电极电位高,表面不会发生氧化(oxidation)锈蚀,无需处理(Handle),不会污染水质。

  2.9防污抗蛀

  玻璃钢管内壁干净光滑,难以被海水或污水(sewage)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,增大粗拙率,使有效管径减少,同时增大流动阻力,减少过水断面积。

  2.10可设计性强

  依据详细使用(Use)状况,可对管道的详细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(Strength)分配;②可对管道壁厚进行设 计,以使管道可以(Sure)承受不同的内外压;③可对材料(Material Science)进行设计,以达到不同的耐腐蚀(corrosion)目标、阻燃目标、介电目标等;④可对接头方式进行设计,适用不同的安装(install)条件(condition), 以提高工程安装(install)速度;⑤可对产品(product)外形进行设计,以满足(satisfy)详细的外形需要。

  3应用(application)

  3.1油田

  32~35

  5雷文.缠绕夹砂玻璃钢管道(FRP pipe)在给排水领域应用(application)的优势分析.第十二届玻璃钢/复合材料(Material Science)学术年会7何桂华等.玻纤加强塑料管在油田地面工程中的应用(application).石油计划设计,

  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(Material Science),1994,43~49

  10赵久尚等.玻纤加强塑料管在油田污水(sewage)处理(Handle)中的应用(application).石油计划设计,1995,26~32

  12翁祖祺等编.中国玻璃钢工业(Industry)大全.北京:国防工业(Industry)出版社,1992

  13蒋洪明.机制玻璃钢管技术(technology)研究.中日耐腐蚀(corrosion)高分子材料(Material Science)国际交流会论文集,上海:1994.228~233

  14玻璃钢/复合材料(Material Science)参考,1998,14

  15全面腐蚀(corrosion)控制,1997,

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