玻璃钢夹砂管道.docx

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玻璃钢夹砂管道

玻璃钢夹砂管道（26页）

第一章概论

1.1什么是玻璃钢夹砂管道

1.2玻璃钢夹砂管道分类

1.3发展历史

1.4玻璃钢夹砂管道的特点

第二章玻璃钢夹砂管道的生产

2.1原辅材料

2.2工艺技术和不同成型工艺玻璃钢夹砂管的比较

2.2.1夹砂管生产工艺技术之一往复缠绕工艺

2.2.2夹砂管生产工艺技术之二连续缠绕工艺

2.2.3夹砂管生产工艺技术之三缠绕成型工艺

2.3质量标准

2.3.1原材料质量标准

2.3.2产品的质量标准

第三章质量检测

3.1产品质量检测

3.2产品缺陷及质量控制

第四章管道安装技术

4.1联接

4.2地下管道安装

4.3地上管道安装

第五章监控与维修

5.1现阶段常用的监控技术与维修方式

5.1.1现阶段常用的监控技术

5.1.2现阶段常用的维修方式

5.2未来智能管道---“让管道自己说话”

第六章基本力学性能

6.1概述

6.2单层的刚度特性

6.3层合管壁刚度特性

6.4层合管壁的强度性能

第七章管道的水力计算

7.1概述

7.2摩阻损失的计算

7.3简单管路的水力计算

7.4长输管道的水力瞬变

第八章玻璃钢夹砂管道的结构分析

8.1概述

8.2地下管载荷与土压分析

8.3地下夹砂管的内力分析

8.4地下夹砂管的弹性稳定性

8.5地下夹砂管的刚度分析

第九章玻璃钢夹砂管道应用现状

1.1国内与国外的应用情况比较

1.2存在的问题

1.3常见问题的解决方案

1.4未来玻璃钢夹砂管道的前景分析

第十章玻璃钢夹砂管道的常用标准

1.1国内标准

1.2国际主流标准

第一章概论

1.1什么是玻璃钢夹砂管道

玻璃纤维增强塑料夹砂管glassfiberreinforcedplasticsmortarpipes（简称FWRPM）是以玻璃纤维及其制品为增强材料，以不饱和聚酯树脂等为基体材料，以石英砂及碳酸钙等无机非金属颗粒材料为填料，采用定长缠绕工艺、离心浇铸工艺、连续缠绕工艺方法制成的管道。

1.2玻璃钢夹砂管道分类

玻璃钢夹砂管道按工艺方法、公称直径、压力等级和环刚度等级进行分类。

1、工艺方法：

I—定长缠绕工艺；Ⅱ—离心浇铸工艺；Ⅲ—连续缠绕工艺。

2、公称直径DN：

（mm）120014001600....4000

3、压力等级PN：

（MPa）：

0.1、0.25、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.4、1.6、2.0、2.5。

4、环刚度等级SN（N／m2）：

1250、2500、5000、10000。

1.3发展历史

纤维缠绕玻璃钢管（简称FRP管），诞生于1948年，1950年，第一根聚酯FRP管用于石油工业，并逐步用于化学工业和军用工业。

1954年，FRP管实现商品化生产，从此诞生了FRP管道工业。

　　五十年代是FRP管的幼年时期，这个时期的特点是应用领域拓宽，化学、石油及各个工业领域都在试验应用FRP管道，应用的结果证明，FRP管道的耐腐蚀性能比传统材料好的多，轻质高强、安装维修费用低、使用寿命长，运行周期内的总成本也比传统材料低，显示出了一系列的突出优点，从而为FRP管道工业的发展打下了良好的基础。

　　七十年代，美国给水工程协会颁布了玻璃钢管道标准AWWA-C950，从而FRP管道工业进入工业化大规模生产阶段，产业基本形成，其后该标准经过了多次修订和补充，被认为是世界上最权威的玻璃钢管标准，得到认同和采用。

八十年代，FRP管道已经是通用的FRP制品，其中以FRP管为主的防腐市场仅次于汽车工业和建筑业，位列第三，FRP管的生产和应用已经完全成熟。

　　纤维缠绕夹砂玻璃钢管诞生于七十年代，夹砂管的出现，是对玻璃钢管大规模推广应用的一大促进。

纯纤维缠绕玻璃钢管的优点是比重小、强度高、耐腐蚀性能优良。

但其应用于工程中时，常表现为管壁厚、强度富余量大、刚度低、造价高，从而在很多领域的应用受到了限制。

夹砂玻璃钢管是在纯玻璃钢管的中间，引入树脂砂浆层，形成新的层合结构。

从而在保留原玻璃钢管道所有优点的基础上，既提高了刚度，又降低了工程造价。

在低内压高外压的FRP管工程实例中，外压作用下的管壁中心附近区域的正压力很小，由树脂砂浆层承担，而高的应力区则有位于管壁两侧的纯纤维缠绕区承担。

充分体现了复合材料的可设计性和物尽其用的特点。

因此在全世界范围内得到了迅速发展，目前在大口径FRP管道中，绝大多数为该种结构工艺。

1.4玻璃钢夹砂管道的特点

缠绕玻璃钢夹砂管道是有拉伸强度很高的玻璃纤维起着骨架增强作用,加上刚度大,比例适当的石英砂、CaCO3等填料组成,共同承担载荷作用。

它除了具有FRP管道的基本特点外,还具有独特的优点,它与传统铸铁管、预应力混凝土管相比,其优点更为突出。

1、质量轻、强度高、刚度好

FWRPM管相对密度约为2,比FRP管稍大,仅为钢管的1/4,而环向拉伸强度140～250MPa,轴向拉伸强度70～120MPa,弯曲强度150～340MPa,冲击强度300kJ/m2,其刚度与钢管、铸铁管砼管具有同样的优势,而比强度、比钢度均优于钢铁管、砼管。

2、耐腐蚀强、

抗老化性能好、使用寿命长FWRPM管能抵抗一般浓度的酸、碱、盐、海水、污水、矿化水、腐蚀性土壤的侵蚀,无需作任何防腐处理。

其抗老化性能好,可在大气暴晒、地下、水中长期使用。

按美国AWWA-CD950-88标准设计,使用年限可达50a,强度保留率仍在65%以上,而一般的铸铁管使用年限5～10a,钢管使用年限为15a。

3、内表面光洁平滑,水力性能优异

FWRPM管内壁绝对粗造度仅为0.02mm,优于铸铁管,更优于混凝土管〔绝对粗造度为0.3～3mm〕[3],其输送液体压头损失小,相同管径的输送量可比钢铁管、砼管提高20%,相同的输送量可节省泵送能源的35%以上,能有效的降低管线的运行和费用。

在相同工况条件下,可选用较小的管径和较低功率的泵,从而能有效的降低工程的一次性投资。

4、无毒害、无二次污染、水质好

FWRPM管无杂质剥离和脱落,没有腐蚀、结垢,不产生、寄附微生物,因而对介质不产生任何污染,对城市供水工程,只需将管道内衬层采用食品基树脂制造,达到JC586-1995标准且符合GB13335-91卫生及标准,完全可在城市供水中使用。

5、连接安全可靠、不爆管、防渗性能好

缠绕玻璃钢夹砂管道采用双O型橡胶密封圈,可保证接头密封可靠,管壁结构致密性高,无内压介质外渗、外压管液体内渗现象出现,不会产生管壁结垢,污染沉积,造成输送面积减小,导致内压力剧增而出现爆管现象,可保证管线长期安全工作。

6、运输安装方便、工程维护节俭

由于缠绕玻璃钢夹砂管道密度低、质量轻。

相同管径、相同压力下其单位长度质量仅为钢铁管的30%,混凝土管的8%,因此运输安装十分方便。

玻璃钢夹砂管道每根长度12m,接口处仅为铸铁管、砼管的3/12～5/12,连接安装快,加之不需要进行防腐、防污、防渗、绝缘等处理,从而使工程维护简单。

7、性能具有可设计性,适应性广

FWRPM管可通过变更树脂体系以适应输送不同介质的耐腐蚀需要,也可通过改变玻璃纤维缠绕角、缠绕层数、加砂量的大小来调整结构,以满足不同工况条件、不同工作压力的需要,同时可根据工程需要特点要求,如管径大小、流量与压力、机械性能、耐蚀耐热、抗冻以及真空等进行设计,灵活自如,适用范围广。

8、综合经济效益好

综合考虑各种类型的供排液管的技术性能、使用寿命、节能降耗等项指标,均以FWRPM管的性能成本比为最低,综合经济效益最好,管线工程投资可比钢管、铸铁管降低30%,与砼管相接近。

9、回收不容易，但是可以回收。

国内仅处于起步阶段，并未得到广泛应用。

有三种办法：

（1）化学回收（热解）：

能将废弃物分解处理成原料再使用，处理较完善，是最具开发应用前景的回收技术。

（2）物理回收（粉碎方法）：

粉碎作为填料使用。

（3）能量回收（焚烧方法）：

通过粉碎与燃烧综合的方法，将废弃物（纤维增强热固性树脂基复合材料）处理变成水泥原料。

第二章玻璃钢夹砂管道的生产

2.1原辅材料

它是以玻璃纤维及其制品为增强材料，以不饱和聚酯树脂等为基体材料，并以石英砂及碳酸钙等无机非金属颗粒材料为填料。

2.2工艺技术和不同成型工艺玻璃钢夹砂管的比较

表1：

工艺技术和不同成型工艺玻璃钢夹砂管的比较

比较项目

往复式交叉缠绕夹砂管

连续缠绕夹砂管

离心浇注夹砂管

管道长度

12米一下任意长度

任意长度；最长运输为24米

单根长度只能定长6米

直径

内径为定值

内径为定值

外径为定值

管壁厚

相同工况条件下,管壁较薄,重量较轻

管壁薄,重量较轻

管壁最厚,重量最重

内材

有独立的内衬制造工艺,可直接检查内衬的缺陷,以便及时修复保证质量,但时间较长。

内衬层和增强层同时形成,只有对成品脱模后,才能查出内衬层的缺陷。

一旦调好微机控制就不会出错。

内衬层的制作是过程的最后一步,制造完成后才能检查内衬的质量。

内衬单独固化且成型时隔绝空气阻聚,固化度较高,苯乙烯单体含量较少,完全可以达到饮用水卫生要求。

紧靠钢带一层为内衬层,固化装置系统设计特殊,使内层苯乙烯挥发,完全可达到饮用水要求。

必须用特殊饮用水树脂

内衬制造紧靠模具,精加工过的模具可以保证内衬光滑,水流阻力小。

模具由钢带卷绕而成,退带时有螺旋状痕迹,内衬光洁度尚可,不影响水流。

内衬不靠模具,靠离心树脂自然而成,必须用特殊内衬树脂达到光滑效果。

纯树脂层+表面层+纤维过渡层,层层单独制作,便于检查,可保证内衬质量。

微机自动计量,达到精密控制要求。

必须用特殊内衬树脂

机械性能

缠绕角依设计精确控制,层层缠绕角的多变,使层间的性能得以改善,这不仅能满足高压管的要求,而且对基础垂直波作用的抗力最强。

仅环向缠绕,轴向强度由短切纤维决定的,且由于短切纤维的随机分布性,在整个管子裁面上的分布并非定值,因此,在管基础垂直波作用下易断裂。

但最新设备已有轴向零度方面补强纤维,已经解决上述的问题。

轴向性能是三类管子中最低的,要提前管子的轴向性能,只能靠增加厚度,因此在管基础垂直波作用下,这类管的性能最弱,且难以承受高压条件。

接头

承口及插口是和管子一体的,且总是有较高的刚度,这样可以保证管子使用时可靠的接合面不产生变形,可在很高的压力下正常工作。

接头由套管和橡胶圈组成,对不同特性的管子均采用相同尺寸的套管,当管子和套管上面的土壤载荷不同,这就带来管子和套管的变形差异。

同连续管

每12米必须有一接头,现场修补换接不易。

在可运送长度下每18-20米长有一接头,可随时更换部分管子。

每6米一个接头,可随时更换部分管子。

“O”密封圈的形状对称,使得这种接头对抵抗高压和真空时具有相同的性能,而且价格便宜。

橡胶圈价格较贵

同连续管

接头只有一个渗漏通路,渗漏时必须通过两个“O”密封圈。

接头有两个渗漏通路,渗漏时每个通路仅有一个密封装置。

同连续管

接头形式较多,法兰连接、承插“O”形圈连接、承插“O”形圈连接、承插贴接、对接,且借口少。

可单个接头试压。

可用法兰式接头,承插法接头。

不可单个接头试压。

接头方式单一,套管接头与管身的性能不一致,接头数量多一倍。

不可单个接头试压。

锁定接头

通过嵌入阻塞块,使插口锁定在承口上,阻塞块可使管子传递轴向压力,可提高高压。

大直径的接头锁定装置,确定管子的允许位移,就可以确定闭锁销锁紧用的开槽宽度,并地位移的端点将接头锁紧,因此抗管基础水平波作用的能力最强。

安置试压

在两个“O”形圈之间的空间加压试漏,现在试压用水量极少,可手动打亚泵即可,这一简便而快速的试验方法,可提高接头的可靠性,可使最终整体试压时接头的渗漏可