玻璃钢管道介绍

目录一、玻璃钢管道的基本结构二、玻璃钢管道的性能指标和基本特征三、玻璃钢管道生产工艺说明四、玻璃钢管道的连接方式五、玻璃钢管道的运输、安装、试压及维护等特点一、玻璃钢管道的基本结构1、玻璃钢管道的结构组成。玻璃钢又称作玻璃纤维增强塑料，其中的玻璃钢管道是由玻璃纤维、不饱和聚酯树脂和石英砂填料组成的新型复合管道。该产品主要采用计算机控制往复交叉缠绕和离心浇铸两种方法成型，具有系列优良的特性，在美欧等发达国家是应用相当广泛的工业管材之一，并制定了完善的管道产品标准和工程设计、安装规范。2、玻璃钢管道的基本结构图(往复·交叉式缠绕）外保护层外缠绕层石英砂层内缠绕层网格布针织毡表面毡富树脂层往复交叉式缠绕管道管壁结构说明管壁结构从内到外：内衬层、内部缠绕层、树脂砂浆层、外部缠绕层、外部保护层。内衬层起防腐、防渗作用，缠绕层与树脂砂浆层担负起管道的强度和刚度作用，外保护层起抗老化、防腐蚀、抗日晒的作用，是复合材料可设计性的最优体现。二、玻璃钢管道的性能指标和基本特性1、质量轻、比强高、抗疲劳性能好玻璃钢的比重在1.6-2.0g/cm3之间，即只有普通钢材的1\4-1\6，比铝还要轻约1/3，因为玻璃钢中的连续纤维有较高的拉伸强度及弹性模量，其机械强度可以达到或超过普通碳钢的水平，比强度为钢材的4倍。玻璃钢材料的抗疲劳性能好，金属材料的疲劳破坏是由里向外突然发展的，往往事先无征兆；而纤维复合材料中纤维与基体的界面能阻止裂纹扩展，其疲劳破坏总是从材料的薄弱环节开始，玻璃钢管道可按照环向与轴向受力的不同，通过改变结构纤维铺层，使管道具有不同的环向强度与轴向强度，从而与受力状态相匹配。（2）玻璃钢和钢管的性能指标对比（1）玻璃纤维的机械物理性能极限拉伸强度1400MPa弹性模量70Gpa性能单位玻璃钢钢管比重g/cm31.6-2.07.8比强度/（mn/kg）0.530.13轴向抗拉强度MPa110～130335-475环向抗拉强度MPa330～370335-475环向弯曲模量GPa20～25195下表为玻璃纤维的主要机械性能和玻璃钢管道的机械物理性能，选自：《纤维缠绕玻璃钢管道安装设计与施工》（中国硅酸盐学会玻璃钢学会《玻璃钢/复合材料》杂志社1999.10北京）2、水力特性优越（1）玻璃钢管同钢管水力特性比较材质糙率摩阻系数流量指数管径指数绝对粗糙度（mm）玻璃钢管0.0090.0091.774.770.05钢管0.0120.01791.95.12.3水泥管0.0140.02322.05.333.15注：（1）玻璃钢管糙率，是经中国水利水电科学研究水力研究所测试7组，选用的平均数(摘自《玻璃钢／复合材料》1998年第四期)。（2）玻璃钢管绝对糙率摘自意大利Sarplas《玻璃钢产品设计标准》从上面的水力特性分析看，玻璃钢管不但摩阻系数小，输送能力大，而且能显著的减少沿程液体压力损失，提高液体输送能力(玻璃钢管的绝对粗糙度是取50年后的值，钢管是取运行后期的值)。玻璃钢管是光滑管，在输送功率和流量相同的情况下，选用玻璃钢管，其管道直径可比选用钢管缩小1-2个管径等级。下面举实例计算说明（2）实例分析假设第一类管材为钢管，第二类管材为玻璃钢管，第一类管材的管内壁糙率n1=0.012；第二类管材的内壁糙率n2=0.009。通过水力学中的达西公式（1）与曼宁公式（2）的关系，可求得以下的比较：Q=AC（Ri）1/2（1）C=1/n·R1/6（2）式中：Q——流量；Ａ=π/4·D2Ａ为管道的过水断面积C——谢才阻力系数；i——水力坡度；n——管道的粗糙系数；R——水力半径，对于圆管R=D/4将（2）式代入（1）式得：Q=K/n·D8/3i1/2（3）式中：D——管径；K=π/4·1/42/3当管道输水流量一致时，假设钢管直径D1=2400mm则根据公式：D2/D1=(n2/n1)3/8=(0.009/0.012)3/8=89.77%可求得玻璃钢管D2=2154.48mm结论：因此当钢管设计管径为DN2400mm时，玻璃钢管设计为DN2200mm已经足够，可大大节约管材的投资成本。3、耐腐性能好玻璃钢管的主要原材料选用高分子成份的不饱和聚酯树脂和矿物质成份的玻璃纤维组成,因此它与普通金属的电化学腐蚀机理不同，它不导电，在电解质溶液里不会有离子溶解出来，特别在强的非氧化性酸和相当广泛的PH值范围内的介质中都有良好的适应性，过去用不锈钢也解决不了的一些腐蚀性介质，如盐酸、氯气、二氧化碳、稀硫酸、次氯酸钠和二氧化硫，现在可很好的解决腐蚀问题。玻璃钢对大气、水和一般浓度的酸、碱、盐等介质有良好的化学稳定性，因而有效地抵抗酸、碱盐等介质的腐蚀和未经处理的生活污水和工业污水、腐蚀性土壤和化工废水及众多化学液体的浸蚀。由于以上玻璃钢耐腐蚀的优越特性，因此在一般情况下,能够长期保持管道的安全运行。大大增加了管材的使用寿命，从而降低了管材的后期维护和更换的材料成本。玻璃钢管道耐腐蚀性能表如下：玻璃钢管道耐腐蚀性能表（一）化学品介质使用温度品名化学式盐酸30%HCl≤80℃硫酸40%H2SO4≤50℃硝酸10%HNO3≤70℃磷酸80%H3PO4≤100℃醋酸10%CH3COOH≤85℃脂肪酸0-100%C15H31COOH≤100℃硫酸铝40%Al2SO4≤100℃乙二醇100%CH2(OH)·CH2(OH)≤100℃化学品介质适用温度品名化学式氢氧化钠5%NaOH≤82℃次氯酸钠15%NaOCl2≤65℃双氧水H2O2≤70℃氨水20%NH3≤70℃煤油(KEROSENE)≤70℃汽油(GASOLINE)≤82℃柴油(DLESEL)≤82℃氯气（气体）Cl2≤100℃硫化氢（气体）H2S≤82℃玻璃钢管道耐腐蚀性能表（二）玻璃钢管道耐腐蚀性能表（三）化学品介质适用温度品名化学式氯化铁FeCl3·4H2O≤100℃食盐NaCl≤82℃酱油(SOYSAUCE)≤100℃高分子凝结剂(COACERVATIONAGENT)≤100℃多元氯化铝(PAC)≤100℃纯水H2O≤100℃草酸饱和HO2CCO2H≤95℃聚醋酸乙烯乳液(PAEEMULSION)≤50℃以上耐腐蚀性能说明及表中的数据选自以下资料：《复合材料成型技术》（化学工业出版社-1999年）《纤维缠绕玻璃钢管道安装设计与施工》（中国硅酸盐学会玻璃钢学会《玻璃钢/复合材料》杂志社1999.10北京）4、抗老化性能及耐热性能优越玻璃钢是一种优良的绝缘材料，其导热系数一般为1.254-1.672KJ/（m.h.℃）只有金属的1/100-1/1000，在有温差时所产生的热应力比金属低的多，可用做良好的隔热材料和瞬时耐高温材料。玻璃钢管可在-40℃到120℃温度范围内长期使用,采用特殊配方的耐高温树脂还可在200℃以上温度正常工作，长期用于露天使用的管道,其外表面添加有紫外光稳定剂,来消除紫外线对管道的辐射,由此来解决管道的老化问题。5、工程寿命长、安全可靠在正常情况下,钢管、水泥管、球墨铸铁管使用年限一般为15—30年,而玻璃钢可使用50年以上,已经将50年使用寿命写进国内外标准。注：玻璃钢使用寿命50年依据出自《纤维缠绕玻璃钢管道安装设计与施工》（中国硅酸盐学会玻璃钢学会《玻璃钢/复合材料》杂志社1999.10北京）6、安装维修方便玻璃钢管道由于其重量轻、强度高、可塑性很强，运输、安装方便，玻璃钢管是一种柔性管,可以防止地基不均匀沉降对管材的损坏。还容易安装各种分支管，不受各种条件限制，用户经过培训很容易掌握玻璃钢管的安装技术，经很多国内外重点工程应用，用户反映都很好，因此技术上是完全可行的。玻璃钢管道的维修简单易行，一般情况下，只要修补工作面干燥就可进行施工，国内玻璃钢管道已有着十多年的历史，累积了丰富得施工安装经验。如在管道上拼接法兰，当管道内水面低于开口十几毫米不往外流水即可进行操作，修补完的位置一般经30分钟固化后即可正常通水。整个工作过程在清除完积水后一般不超过4小时，而对于其它管材这一过程则需要10小时以上。7、节能效果明显相同管径不同管材的损失(能耗)比较（管内径设计值均为D=2200mm）材质糙率摩阻系数绝对粗糙度（mm）泵容（KW）耗电量（万度）玻璃钢管0.0090.0090.0536673213钢管0.0120.01792.374136494水泥管0.0140.02323.1583897349上表中的泵容和耗电量的计算公式为：泵容：N=10Qhf/0.65年耗电量：E=N*8760（度）假设管道总长：L=36000m液体介质的动力粘度＝0.00001m2/s从上表比较来看,钢管与水泥管管内壁粗糙，不但水头损失大,而且长期流水内壁很易产生青苔和藻类物质而缩小管径减少流量,还会因腐蚀造成水的二次污染,设计上还要考虑富裕量,而玻璃钢则不然。经测算,各种管材从泵容、年耗电量等方面比较,几乎要节约一半以上，从而大大节约了能耗成本。8、可设计性好玻璃钢是一种可以改变其原材料种类、数量比例和排列方式，以适应各种不同工况条件要求下的复合材料，一般可通过以下各种途径改善其性能，以至能满足各种不同要求。（1）改变树脂的种类并提高与介质相接触表面层的树脂含量，以提高耐腐蚀性；（2）选用不同的纤维的种类和控制玻璃钢中纤维的含量，已适应不同耐腐蚀性和强度的要求（3）改变纤维的排列，以适应环向、轴向等不同方向的强度设计要求9、玻璃钢管与其它各种管材韧性及耐磨性比较从表中可以看出:通过相同的250000次负荷循环,钢制管磨损约为8.4mm,石棉水泥管磨损约5.5mm,混凝土管磨损约2.6mm(内表面结构与PCCP相同),陶土管磨损约2.2mm,高密度聚乙烯管磨损约0.9mm,而玻璃钢管磨损仅为0.3mm。据此可以看出，表面磨损极小，在大的负荷作用的情况下，仅为0.3mm，如果在正常的压力情况下，介质对玻璃钢管道内衬的磨损可忽略不计，管道的内衬层是由符合国家卫生要求的食品级树脂和短切玻璃纤维原丝毡构成，而内表面的纯树脂层有效的屏蔽了纤维裸露情况的发生。以上资料出自：奥地利HOBAS公司199710、优良的环保性对钢管而言，由于其内表面要腐蚀、结垢，这样会影响输送的水质。玻璃钢管（FRP）与钢管不同，由于其光滑的内表面以及特有的耐腐蚀性能，在输水过程中不会污染水质。玻璃钢管道的内衬层是富树脂层，起防腐防渗作用，树脂为食品级，符合国家卫生要求，对水质不会造成损害，增强层的玻璃纤维和石英砂主要成分为SiO2，也不会对人体产生不利影响，而且玻璃钢管使用寿命长,不腐蚀,不渗漏,不会产生对地下水源和土壤的二次污染,因而具有良好的环保性。由于以上所述玻璃钢管道优良的环保性，许多发达国家已明文规定给水管道禁止使用钢管、铸铁管和水泥管，我国建设部等四部委也已发出通知，给水管道淘汰对水质产生污染的管道，优先推荐选用玻璃钢管道。三、玻璃钢管道的生产工艺说明管道制作工艺流程图缠绕玻璃钢管道工艺说明缠绕玻璃钢管道生产管道缠绕管道脱模管道修整(三)、样品制作及试验样品制作管道刚度试验管道水压试验管道其它性能试验（管道的环向拉伸强度、轴向拉伸强度、A水平与B水平）五、玻璃钢管道的连接方式往复交叉式玻璃钢管道连接方式双0型密封承插连接配件连接方式承插胶接法兰连接图FRP承插三通连接FRP法兰三通连接FRP承插弯头连接FRP双法兰弯头连接FRP大小头的手糊连接玻璃钢管道与闸阀的连接闸阀玻璃钢管钢制承盘短管六、玻璃钢管道的运输、安装、试压及维护1、运输安装方便a、玻璃钢管道单位长度的重量约为钢管的1/4，因此装卸、运输安装十分方便，无需大型的吊装设备，而且容易安装各种分支管，不受各种条件限制，用户经过培训很容易掌握玻璃钢管的安装技术。b、玻璃钢管道每根长达12米，比钢管可减少接头数量，在长距离管线安装时，可提高安装速度，减少了渗漏的可能性。2、试压灵活、维护方便，费用低a、由于采用双“0”型密封圈，实现了双道密封，既可承受较高的外压作用又可承受管道内部较高的内压作用，密封可靠，安装完毕即可在两个止水胶圈之间打压试验，可做到边安装边试压，缩短