玻璃鋼夾砂管介紹

1、綠色管道，節(jié)能利民玻璃纖維增強(qiáng)塑料夾砂管介紹玻璃纖維增強(qiáng)塑料夾砂管介紹沈陽驊飛管業(yè)有限公司簡介n玻璃纖維增強(qiáng)塑料夾砂管（俗稱玻璃鋼管）是一種輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐腐蝕的非金屬管道。它以合成樹脂為基體，以玻璃纖維（或碳纖維等）為增強(qiáng)材料，并在纖維之間遠(yuǎn)距離均勻地鋪上石英砂作為夾砂層。玻璃鋼管以其優(yōu)異的耐化學(xué)腐蝕、輕質(zhì)高強(qiáng)，不結(jié)垢等諸多優(yōu)勢，正在石油、化工、排水國民經(jīng)濟(jì)各部門等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。近年來，我國玻璃鋼管道生產(chǎn)發(fā)展快，隨著生產(chǎn)技術(shù)的逐漸成熟及產(chǎn)量逐年上長，玻璃鋼管道的應(yīng)用范圍也越來越廣泛。玻璃鋼夾砂管道結(jié)構(gòu)玻璃鋼夾砂管道性能優(yōu)勢n1 1、耐腐蝕性好，使用壽命長、耐腐蝕性好，使用壽命長 玻璃鋼夾砂

2、管的內(nèi)襯層由增強(qiáng)樹脂構(gòu)成，本身就具有較強(qiáng)的耐腐蝕性能，而且可以根據(jù)不同的環(huán)境和輸送介質(zhì)選擇不同的樹脂，使其耐腐蝕性能具有一定的靈活性，且不銹，無需外加防護(hù)層，設(shè)計使用壽命可達(dá)50年（國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定），這是混凝土管和鋼管都無法比擬的。玻璃鋼夾砂管道性能優(yōu)勢n2、防滲性能好防滲性能好 玻璃鋼管采用雙環(huán)橡膠密封膠圈承插連接,安裝 時在連接處lOO%打壓試驗, 同時，璃鋼管道采取4層不同材質(zhì)組合的內(nèi)襯層： 1層富樹脂（100%）膠衣層 1層富樹脂（90%）表面氈 1層富樹脂（70%）針織氈 1層富樹脂（90%）網(wǎng)格布所組成 這四層均有優(yōu)良的防滲能力，構(gòu)成4道防護(hù)墻，具有高度防滲的可靠性。 n3 3

3、、磨擦阻力小、輸運能力高磨擦阻力小、輸運能力高 玻璃鋼管的內(nèi)表面光滑，其絕對糙率系數(shù)僅為0.0083左右，遠(yuǎn)小于鋼管和混凝管的表面粗糙度，而且玻璃鋼管表面粗糙度能在整個使用壽命期內(nèi)基本保持不變。玻璃鋼管能明顯減少沿程水流磨擦阻力損失，在相同口徑下可提高輸送能力50%以上。因此，在輸送能力相同條件下，工程設(shè)計可選用較小直徑的玻璃鋼管，從而降低工程初始投資，再者，采用與鋼管或混凝土管相同直徑的玻璃鋼管，可減少壓頭損失，節(jié)省泵的功率消耗約30%40%，降低管道的長期運行費用。玻璃鋼夾砂管道性能優(yōu)勢項目玻璃鋼夾砂管預(yù)應(yīng)力鋼套筒混凝土管預(yù)應(yīng)力混凝土管鋼管球墨鑄鐵管道糙率系數(shù)0.00840.0130.01

4、30.0110.011n4 4、質(zhì)量輕，運輸、安裝方便、質(zhì)量輕，運輸、安裝方便 玻璃鋼管的質(zhì)量僅為同口徑鋼管的1/41/2，是相同壓力和直徑混凝土管的1/10。較輕的玻璃鋼管，不僅在運輸過程中節(jié)省油耗，而且還降低了對道路的要求。此外，12m的單管長度減少了接頭數(shù)量，連接無需焊接、防腐處理和陰極保護(hù)，安裝方便快捷，降低了安裝風(fēng)險，還能降低裝卸和安裝費用。 此外，玻璃鋼管道可在現(xiàn)場進(jìn)行切割糊制，以便隨時適應(yīng)現(xiàn)場的安裝條件，安裝靈活，修補(bǔ)方便。玻璃鋼夾砂管道性能優(yōu)勢玻璃鋼夾砂管道性能優(yōu)勢n5 5、比強(qiáng)度高、比強(qiáng)度高 玻璃鋼管的縱向和環(huán)向拉伸強(qiáng)度約為160MPa和320MPa，比鋼管略低；但由于玻璃鋼

5、的密度是鋼密度的1/4，因此，玻璃鋼的比強(qiáng)度反而比鋼大很多。在進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計時，相同受力情況的玻璃鋼管質(zhì)量，反而比鋼管輕很多。出廠試壓玻璃鋼夾砂管道性能優(yōu)勢n6 6、抗變形能力強(qiáng)、抗變形能力強(qiáng) 玻璃鋼夾砂管中樹脂的拉伸模量可達(dá)到3500MPa，抗變性能力強(qiáng) 例如：剛度為5000Pa的玻璃鋼夾砂管道，一般可適用于埋深4m以內(nèi)的管頂土深。初始徑向變形率在13%，50年后變形率不超過3。而設(shè)計規(guī)范中規(guī)定玻璃鋼夾砂管道的初始變形率要達(dá)到0而不破壞玻璃鋼夾砂管道性能優(yōu)勢n7、設(shè)計靈活設(shè)計靈活 玻璃鋼夾砂管的設(shè)計靈活性主要表現(xiàn)在兩方面： 一是結(jié)構(gòu)設(shè)計上的靈活性，管道可通過改變砂層厚度及環(huán)向、交叉纏繞比例來滿

6、足不同剛度，以滿足不同剛度以及公稱壓力的要求。 二是內(nèi)襯層防腐材料的選擇，玻璃鋼夾砂管內(nèi)襯層為增強(qiáng)樹脂，因此可通過選擇不同的增強(qiáng)樹脂來達(dá)到耐不同介質(zhì)的輸送要求。 這種設(shè)計上的靈活性是鋼管、鑄鐵管、水泥管所無法比擬的。玻璃鋼夾砂管道性能優(yōu)勢n8 8、耐磨性好、耐磨性好 根據(jù)試驗，將泥漿、砂石和水裝入管內(nèi)，經(jīng)一萬次旋轉(zhuǎn)后，測得如下結(jié)果：用焦油和瓷涂層的鋼管，其內(nèi)壁磨失深度為0.53mm；用環(huán)氧樹脂和焦油涂層的鋼管磨失深度為0.52mm；表面硬化處理的鋼管為0.48mm；玻璃鋼管僅為0.21mm。這表明玻璃鋼管的耐磨性比鋼管高很多。如將玻璃鋼管內(nèi)襯層進(jìn)行耐磨性材質(zhì)設(shè)計，其耐磨性還會提高。玻璃鋼夾砂管

7、道性能優(yōu)勢n9 9、熱應(yīng)力小、熱應(yīng)力小 玻璃鋼管熱膨脹系數(shù)約為1.2310-5 K-1，鋼管的熱膨脹系數(shù)為1.1210-5K-1，玻璃鋼管熱膨脹系數(shù)略高于鋼管，但因玻璃管的軸向拉伸模量為11.2GPa，鋼管的軸向拉伸模量為200GPa，因此，溫度差在玻璃鋼管道中引起的熱應(yīng)力反而低于鋼管，約為鋼管的1/11。在實際應(yīng)用中，鋼管線需要設(shè)計膨脹接頭來消除溫差產(chǎn)生的熱應(yīng)力伸長變形，玻璃鋼管線在一般情況下則不需要。由于玻璃鋼的綜合性能較好，故可在-6080用于地下、架空、海底、沙漠、潮濕、嚴(yán)寒等惡劣環(huán)境。玻璃鋼夾砂管道性能優(yōu)勢n1010、電絕緣性好、電絕緣性好 玻璃鋼為非導(dǎo)體，其電絕緣性優(yōu)異，很適于用做

8、輸電、電信線路密集區(qū)及多雷區(qū)的電纜保護(hù)管。n1111、保溫性好、保溫性好 玻璃鋼的導(dǎo)熱系數(shù)為0.27W/(m)，約為鋼導(dǎo)熱系數(shù)的1/250。一般玻璃鋼管的管壁比鋼管厚，因此在內(nèi)外溫差相同的條件下，玻璃鋼管的熱量損失約為鋼管的1/100。保溫效果十分明顯。玻璃鋼管玻璃鋼管輸水管水流量輸水管水流量節(jié)能效用節(jié)能效用 在同樣的水流量情況下，可以采用比鋼管直徑小20%左右的玻璃鋼管，節(jié)約材料。 在同樣直徑的情況下，玻璃鋼管的流量比鋼管大20%40%。玻璃鋼管輸水管水流量輸水管水流量節(jié)能計算分析(1)n由于玻璃鋼管道內(nèi)壁光滑，流速系數(shù)較大，在同樣的管道內(nèi)徑情況下，水流量比較大或者，在同樣的水流量的要求下，

9、可以采用較小的管直徑，具體由管道的水流量的計算公式可見。n一般采用manning公式進(jìn)行水力計算，根據(jù)manning公式，對于圓形管道輸水，流量與管徑、 manning系數(shù)及水力坡度有如下關(guān)系： （3-1）式中：Q為流量，單位：m3/s；nmanning系數(shù)，玻璃鋼管的manning系數(shù)一般取0.009，鋼管的manning系數(shù)在0.01050.018之間，本分析中取平均值為0.014；S為水力坡度；D為管道內(nèi)徑，單位：m。80.5310.3117nQSDn根據(jù)manning公式，在相同的水力坡度下對于相同管徑的玻璃鋼管和鋼管的流量之比為：n即在相同的水力坡度下玻璃鋼管道的流量是相同管徑的混凝

10、土管道流量的1.56倍。0.0141.560.009QQ玻璃鋼管鋼管n根據(jù)manning公式，在相同的水力坡度下相同流量所需的玻璃鋼管的管徑和鋼管管徑的關(guān)系為：n即在相同的水力坡度下輸送相同流量所需的玻璃鋼管道的管徑是鋼管管徑的84.7%。380.0090.8470.014DD玻璃鋼管鋼管玻璃鋼管道玻璃鋼管道水擊強(qiáng)度水擊強(qiáng)度節(jié)能效用節(jié)能效用 玻璃鋼管的水擊（水錘）附加壓強(qiáng)比鋼管小，僅為鋼管的二分之一左右。玻璃鋼管道水擊強(qiáng)度水擊強(qiáng)度節(jié)能分析（1）n在輸水管道中有泵和閥門，當(dāng)泵或閥門關(guān)閉時，管道中的水會產(chǎn)生水擊現(xiàn)象，管道內(nèi)的水壓會急烈上升，會對管道產(chǎn)生很大壓力，有時，正因為突然關(guān)閉閥門或泵，會破壞

11、管道。n管道泵的水擊壓強(qiáng)計算分二種情況： 直接水擊； 間接水擊。直接水擊，是閥門、泵關(guān)閉很快的情況，這決定于管道長度和水擊波的傳播速度V。管道長度是一定的，可以定為各類管道是一樣，關(guān)鍵是各類管道的水擊波的傳播速度，這不僅與管道的內(nèi)徑d、壁厚t有關(guān)，還與管道材料有關(guān)，有下列計算V的公式：（4-1）01/ 20(1)VVE dEt0V 水中聲波的傳播速度（米/秒）0E 水的體積模量（GPa）E 管材料的彈性模量 （GPa）d 管內(nèi)徑（毫米）t 管壁厚度（毫米）玻璃鋼管道水擊強(qiáng)度水擊強(qiáng)度節(jié)能分析（2）n一般取水中聲波的傳播速度米/秒。水的體積模量為2GPa。鋼管的彈性模量為200GPa，玻璃鋼的彈性

12、模量為（1025）GPa，取15GPa。以同樣的管直徑和壁厚，計算出兩種管道的水擊傳播速度，當(dāng)取d=500mm,t=10mm時，計算結(jié)果為： 玻璃鋼管道： VFRP=510.8 米/秒 鋼管道：V=1154.9 米/秒 管道中水擊產(chǎn)生的附加壓強(qiáng)為：0PV v直接水擊： （4-2）002zzTPVvvTT間接水擊： （4-3）2 /TV（秒）；zT 閥門或泵的關(guān)閉時間 （秒）； 水密度（千克/米3）； 管道長度（米）；o 為水擊前管中的平均流速 （米/秒） 玻璃鋼管道水擊強(qiáng)度水擊強(qiáng)度節(jié)能分析（3） 由式（4-2）可見，由于鋼管的水擊波速度比玻璃鋼管道的水擊波的速度大一倍左右，因此，水擊增加的水壓

13、強(qiáng)度也增加一倍，所以，玻璃鋼管道的抗水擊能力比鋼管強(qiáng)，這主要是玻璃鋼材料彈性模量低，在水擊時容易膨脹變形起緩沖作用，從而減小水擊壓強(qiáng)，這又是玻璃鋼管道的又一特點。 從式（4-3）可見，當(dāng)閥門或泵關(guān)閉時間越長，水擊產(chǎn)生的壓強(qiáng)越小，這在實際使用中是很重要，延長關(guān)閉時間，可大大降低水擊產(chǎn)生的壓強(qiáng)。 玻璃鋼管道壓力損失壓力損失節(jié)能效用 水壓頭損失或壓力降，玻璃鋼管僅是鋼管的48%左右，因此，可以采用功率較小的水泵，節(jié)省能源。玻璃鋼管道壓力損失壓力損失節(jié)能分析（1）n由于標(biāo)高的變化，電機(jī)輸出功率的改變，管道方向改變引起的渦流以及管道及管件的磨擦阻力等，因此在所有管道系統(tǒng)中都存在壓頭損失和壓降。n有多種計

14、算方法可以確定玻璃鋼管的壓頭損失。最常用的是Hazen-Williams，Manning和Darcy-Weisbach方法。每種方法的合理性都和其假設(shè)有關(guān)。所有這些方法都適用于玻璃鋼管。都認(rèn)為玻璃鋼管的內(nèi)表面是相當(dāng)光滑的。玻璃鋼管道壓力損失壓力損失節(jié)能分析（2）1、Hazen-Williams（哈森威廉）方程nHazen-Williams 方程適用于滿流水管，采用圖示的算圖可為這一方法提供簡化解法。一般的玻璃鋼管制造廠在其資料中都提供相似的算圖。請注意，圖解法只適用于輸水管。輸送其它流體，要用其它解法。n一般常用Hazen-Williams 公式進(jìn)行玻璃鋼管道的壓力損失計算，Hazen-Wil

15、liams公式為：（5-1）式中：hf 為水頭損失，單位：m/100m；C為Hazen-William粗糙系數(shù)，對于玻璃鋼管一般取150，鋼管取值在90140之間，本分析中取平均值為115；Q 為流量，單位：L/s；d 為管道內(nèi)徑，單位：mm。1.851.8564.87100240 10fQhCd玻璃鋼管道玻璃鋼管道壓力損失壓力損失節(jié)能分析（節(jié)能分析（3 3）2、壓頭損失換算成壓力降 采用下列方程可將任意流體的壓頭損失換算成壓降:（5-2）()() / 0.102fpHSGp 壓降，kPaSG 流體比重fH/100fh L，總壓頭損失，mL 管道長度，m，玻璃鋼管道玻璃鋼管道壓力損失壓力損失節(jié)

16、能分析（節(jié)能分析（5 5）3、壓頭損失和壓頭降計算n對于玻璃鋼和鋼管，在同樣管道長度，同樣內(nèi)徑和流量的情況，采用（5-1）（5-2），與采用國際單位的公式的計算結(jié)果是一致的。對于兩種管道，主要是由于系數(shù)的不同而產(chǎn)生的變化。n玻璃鋼管的C取150，鋼管的C取115時，在同樣條件情況下，玻璃鋼管因磨擦損失的壓頭損失僅為鋼管的61.2%，也則壓力降僅是鋼管的61.2%，可見玻璃鋼管的磨擦壓頭損失，或管道內(nèi)的壓力損失比鋼管少許多。玻璃鋼管道玻璃鋼管道泵功率泵功率節(jié)能效用節(jié)能效用 從泵功率，及管道安裝使用總費用，特別是隨著時間的變化，均是玻璃鋼管小于鋼管，并隨著時間增長，兩者差距越大，玻璃鋼管更顯出優(yōu)越

17、性，因為玻璃鋼管是使用壽命更長玻璃鋼管道玻璃鋼管道泵功率泵功率節(jié)能分析（節(jié)能分析（1 1）n從另一個角度，從泵功率的大小，也可直接知道玻璃鋼的節(jié)能效益。在保持管直徑不變情況，在給定流速的條件下，玻璃鋼管可節(jié)省泵的輸送功率，如下：n泵的輸送功率的公式為： （6-1）/33000fHpQ HHp 需要的功率，馬力 流體密度 （磅/加侖）fH , 總壓頭損失 fh 用式（5-1）或式（5-2）/100fh L2Hoft玻璃鋼管道玻璃鋼管道泵功率泵功率節(jié)能分析（節(jié)能分析（2 2）n隨著管線運行時間的延長，鋼管內(nèi)表面的粗糙度會因腐蝕而增加。這樣將使其Hazen-Williams系數(shù)急劇下降。相比之下，F(xiàn)

18、RP管的節(jié)能效果將更加明顯。nFRP 管的內(nèi)表面粗糙度不受腐蝕影響。因此，在管線的壽命期內(nèi)所需的泵送功率是不變的。n圖 6-1 給出了兩種不同材料的管線在其壽命期內(nèi)所需泵送功率的變化情況。n值得指出的是，在管線壽命期的最后數(shù)年，鋼管線需要的泵送功率將會從25馬力增加到60馬力。103579111315171910203040506070時 間 （ 年 ）鋼 管FRP管功 率 （ 馬 力 ）圖6-1鋼管線、FRP管線功率消耗與時間的關(guān)系玻璃鋼管道玻璃鋼管道泵功率泵功率節(jié)能分析（節(jié)能分析（3 3）n如果計及鋼管線發(fā)生的腐蝕問題，工程設(shè)計開始階段就應(yīng)選擇功率大的泵，否則管線的流量就會下降，造成后期供

19、水不足。受離心泵的特性曲線所限，要滿足管線壓頭損失所造成的變化，必須采用變速泵才能滿足這種要求。n對某管道工程，以鋼管和玻璃鋼管進(jìn)行了安裝費及運行費用的計算，最后得出如圖6-2所示，從圖中可見，玻璃鋼管的綜合累計成本比鋼管低，隨著時間增長，兩者差距越大。02468101214161820$0累計成本時間（年）$50.000$100,000$150,000$200,000$250,000 鋼管玻璃鋼管圖 6-2 鋼管線、FRP管線總系統(tǒng)成本與時間的關(guān)系 本分析主要結(jié)論本分析主要結(jié)論在同樣的水流量情況下，可以采用比鋼管直徑小15.3%左右的玻璃鋼管，節(jié)約材料。在同樣直徑的情況下，玻璃鋼管的流量比鋼管大56%。玻璃鋼管的水擊（水錘）附加壓強(qiáng)比鋼管小，僅為鋼管的二分之一左右。水壓頭損失或壓力降，玻璃鋼管僅是鋼管的61.2%左右，因此，可以采用功率較小的水泵，節(jié)省能源。從泵功率，及管道安裝使用總費用，特別是隨著時間的變化，均是玻璃鋼管小于鋼