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FRP玻璃鋼復合材料論壇

標題: 玻璃鋼夾砂管道和PCCP管道的技術比較分析--陳博老師提供 [打印本頁]
作者: 促進劑    時間: 2012-2-1 17:20
標題: 玻璃鋼夾砂管道和PCCP管道的技術比較分析--陳博老師提供
現(xiàn)將玻璃鋼夾砂管道和PCCP管道，從技術和經(jīng)濟方面做一個簡要分析，供業(yè)主在選擇管材時考慮。
一、    管材技術性能比較
（1）    耐腐蝕性方面。玻璃鋼夾砂管道為一種天然耐腐蝕管材，主要原
材料是高分子成份的不飽和聚酯樹脂和礦物質成份的玻璃纖維，它能有效地抵抗未經(jīng)處理的生活污水和工業(yè)污水、腐蝕性土壤和眾多化學液體的侵蝕，不需要進行任何防腐處理即可在強腐蝕條件下長期使用，設計使用壽命最低50年。從化學角度講，玻璃鋼與普通金屬的電化學腐蝕機理不同，它不導電，在電解質溶液里不會有離子溶解出來，因而對大氣、水和一般濃度的酸、堿、鹽等介質有良好的化學穩(wěn)定性，特別在強的非氧化性酸和相當廣泛的PH值范圍內的介質中都有良好的適應性，過去用不銹鋼也對付不了的一些介質，如鹽酸、氯氣、二氧化碳、稀硫酸、次氯酸鈉和二氧化硫，現(xiàn)在用玻璃鋼能很好的解決。玻璃鋼管道耐腐蝕性能表如下：
化   學   品   介   質    適用溫度
品     名    化學式   
鹽酸    HCl    ≤80℃
硫酸    H2SO4    ≤50℃
硝酸    HNO3    ≤70℃
磷酸    H3PO4    ≤100℃
氟酸    HF    ≤50℃
醋酸    CH3COOH    ≤85℃
脂肪酸    C15H31COOH    ≤100℃
硫酸鋁    Al2SO4    ≤100℃
乙二醇    CH2(OH)·CH2(OH)    ≤100℃
氫氧化鈉    NaOH    ≤82℃
次氯酸鈉    NaOCl2    ≤65℃
雙氧水    H2O2    ≤70℃
氨水    NH3    ≤70℃
煤油    (KEROSENE)   
汽油    (GASOLINE)    ≤82℃
柴油    (DLESEL)    ≤82℃
氯氣（氣體）    Cl2    ≤100℃
硫化氫（氣體）    H2S    ≤82℃
氯化鐵    FeCl3·4H2O    ≤100℃
食鹽    NaCl    ≤82℃
醬油    (SOY SAUCE)    ≤100℃
高分子凝結劑    (COACERVATION AGENT)    ≤100℃
多元氯化鋁    (PAC)    ≤100℃
純水    H2O    ≤100℃
草酸    HO2CCO2H    ≤95℃
聚醋酸乙烯乳液    (PAE EMULSION)    ≤50℃
乙醇    C2H5OH    ≤45℃
鄰苯二甲酸二丁酯    C6H4(CO2C4H9)2    ≤80℃
        
作者: 促進劑    時間: 2012-2-1 17:26
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耐腐蝕性能優(yōu)越的玻璃鋼夾砂管道（DN3100mm）

而PCCP管、鋼管的耐腐蝕性能較差，在運行使用過程中會出現(xiàn)電化學腐蝕，管道在安裝運行時需要進行陰極保護，特別是PCCP管的鋼套筒和鋼制接頭處的PH值不同會加速接頭處的腐蝕，直接導致接頭漏水和爆管。以下為PCCP管道腐蝕機理圖：

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描述如下：

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作者: 促進劑    時間: 2012-2-1 17:30
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（2）    水力學性能方面。玻璃鋼夾砂管的糙率系數(shù)為0.0084，PCCP管的
糙率系數(shù)為為0.013左右。由此可以看出玻璃鋼夾砂管道能顯著減少沿程的流體壓力損失。在輸送能力相同時，采用玻璃鋼管道可比PCCP管道管徑可減少10%～25%，例如PCCP管用DN1800和DN1600，玻璃鋼夾砂管只需用DN1600和DN1400即可，用從而減少土方開挖量，降低施工費用；對于集中式或間歇式供水，采用玻璃鋼管道可比PCCP管道節(jié)省1/3左右的泵送時間和長期運行費用。以下圖片供參考。
作者: 促進劑    時間: 2012-2-1 17:33
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內壁鏡面光滑的玻璃鋼夾砂管道

（3）    管材使用強度方面。玻璃鋼管道由高強度的玻璃纖維和耐腐蝕的
高分子不飽和聚酯樹脂復合而成，其軸向和環(huán)向強度經(jīng)過計算機優(yōu)化設計，各方面強度性能均能達到最佳要求，同時較高的設計安全系數(shù)（一般大于工作壓力的6倍以上）使其運行安全可靠，在無外在人為破壞的情況下，正常使用50年其物化性能依然不會發(fā)生較大的變化。  
對PCCP管道而言，起增強作用的鋼骨架在使用過程中因電化學腐蝕
作用，鋼板和鋼筋會不斷出現(xiàn)生銹腐蝕，一般在使用十幾年以后，強度開始隨時間的延長而不斷下降，直到破壞。目前對于PCCP管中存在的電化學腐蝕作用還沒有徹底的解決方法。
（4）    環(huán)保性方面。玻璃鋼夾砂管道的內襯層采用食品級不飽和聚酯樹
脂，可確保水質符合《GB/T 17219 生活飲用水輸配水設備及防護材料的安全性評價》標準要求，可用于輸送和貯存含氯的飲用水及生活用水。除此之外，在避光條件下玻璃鋼管道可以確保自來水的水質達到飲用水標準，長期運行管道內壁也不會生苔、結垢、滋生微生物，不會對水質造成二次污染，可確保出廠水質與管網(wǎng)水質無任何變化。而PCCP管長期使用后，內壁會生苔、結垢、滋生微生物，不但會造成管內徑縮小，增加泵送成本，而且對水質造成二次污染。
（5）耐磨性方面。
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玻璃鋼管內表面十分光滑，長期使用后其糙率系數(shù)變化不大，而PCCP管在長期使用過程中，由于其內表面水泥顆粒的脫落，結垢和微生物的滋生，糙率系數(shù)增加較大。從上圖中可以看出：通過相同的250000次負荷循環(huán),球墨鑄鐵—水泥內襯管磨損約為8.4mm,石棉水泥管磨損約5.5mm,混凝土管（或PCCP管）磨損約2.6mm,陶土管磨損約2.2mm,高密度聚乙烯管磨損約0.9mm,而玻璃鋼管表面磨損極小，在大的負荷作用的情況下，僅為0.3mm，如果在正常的壓力情況下，介質對玻璃鋼管道內襯的磨損可忽略不計。
（6）運輸安裝方面。玻璃鋼夾砂管道的密度為1.75～1.9g/cm3，與相同壓力、相同管徑的PCCP管材比較，玻璃鋼夾砂管道單位長度的重量約為PCCP管的10％，如吊裝相同管徑12米長的玻璃鋼管需8～10噸的吊車，但吊裝6米長PCCP管則需要16噸甚至20噸以上吊車才能滿足要求，因此裝卸、運輸安裝方面，玻璃鋼管無需大型的吊裝和運輸設備，而PCCP的裝卸、運輸安裝則必須使用大噸位的吊車和重型卡車。
在管道現(xiàn)場施工安裝上，由于PCCP管道自身重量較重且為剛性管，所以抗不均勻沉降能力較差，對一些基礎承載力較差的地段，還必須做混凝土基礎防止管道下沉。又由于PCCP管道接頭為半柔性連接，對安裝時的管床基礎要求較高，如管道局部出現(xiàn)基礎下沉，極易造成接頭滲漏，而一但出現(xiàn)一個接頭滲漏，相鄰管道因基礎被水浸泡，就會出現(xiàn)連鎖反應而擴大接頭滲漏面。與PCCP管道相比，玻璃鋼夾砂管道由于自身重量較輕，再加上其接頭為柔性連接，每個接頭有1°左右的偏轉范圍，因而對基礎的要求較低且抗不均勻沉降能力遠大于PCCP管道。當局部出現(xiàn)較輕的不均勻沉降，由于接頭的偏轉，可抵消較輕的不均勻沉降對管道產(chǎn)生的作用力，接頭不會出現(xiàn)滲漏。
在管道安裝效率方面，對DN1500～DN2000的管道，PCCP管一般每天每個工作面只能安裝6米長管道4～5根。而對DN1500～DN2000的玻璃鋼管道，每天每個工作面可安裝12米長的管道8～10根，其安裝效率是PCCP管的四至五倍。此外由于單管長度比PCCP管長一倍，接頭減少了50％，在長距離管線安裝時，減少了管道接頭滲漏的可能性，接頭的安全性能比PCCP管道提高了一倍。而且玻璃鋼管道的每個接口處有兩個止水膠圈，密封性好，安裝方便，進度快，性能可靠，安裝完畢即可在兩個止水膠圈之間進行打壓試驗，以檢驗兩根管道接頭的密封性。
作者: 促進劑    時間: 2012-2-1 17:36
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（7）管材的剛度方面。玻璃鋼夾砂管道和PCCP管一樣，具有優(yōu)越的
抗外壓變形能力，即管材的剛度非常好。例如，剛度為7500Pa的玻璃鋼夾砂管道，一般可適用于管頂以上覆土3～4m以內的工況條件，而剛度為10000Pa的玻璃鋼夾砂管道，一般可適用于管頂以上覆土6m以內的工況條件。玻璃鋼夾砂管道的初始徑向變形率要求在1～3%，50年后變形率不超過3～５％。設計規(guī)范中規(guī)定玻璃鋼夾砂管道的初始變形率則要達到20％而不破壞。玻璃鋼夾砂管道的剛度可根據(jù)覆土深度的不同而進行相應的設計。以下Sb實驗供參考。
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綜上所述，與PCCP管比較，玻璃鋼夾砂管在耐腐蝕性、水力學性能、管材的強度、環(huán)保性、耐磨性及運輸安裝方面均具有明顯優(yōu)勢；在管材剛度方面，玻璃鋼夾砂管與PCCP管一樣性能優(yōu)越。

玻璃鋼管與PE管比較
對于重力流埋地管的設計，主要是剛度的設計。在本設計中，由于埋深大，地質條件較差，地下水位高，因此對管材的剛度要求很高。
PE管一般最高剛度等級為8000N/mm2，玻璃鋼管的剛度等級卻可以超過10000N/mm2。
此外，PE管蠕變性較大（隨時間延長變形增加較大），其撓曲滯后系數(shù)一般?。?br />     DL＝1.5   
而玻璃鋼夾砂管道的蠕變性較?。S時間延長變形增加較小），其撓曲滯后系數(shù)一般?。?br />     DL＝1.25   
作用于管上的垂直土壤載荷Wc   
    Wc=18000×7＝126000 N/m2
取標準基床系數(shù)            
    Kx＝0.1   
土壤反作用模量取        
    E′＝    4MPa
則根據(jù)Spangler關于柔性埋地管的撓度計算公式有：
對于PE管，最大剛度為8000 N/mm2，這里按8000 N/mm2進行計算，
,無法滿足5％的最大允許撓度的要求。
對于玻璃鋼管，則可以采用較高剛度的管道來滿足撓度要求。如這里采用10000 N/mm2剛度的玻璃鋼管進行計算，則
，能夠滿足撓度要求。

關于長沙五一大道埋設的DN1500－PE螺旋增強排水管（鋼帶增強）因PE蠕變過大，導致變形過大道路坍塌事故。后來采用全線采用DN1400玻璃鋼夾砂管道插入PE管道進行替換支撐。見下列附件：

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作者: 牛牛    時間: 2012-2-2 09:48
目前有一種叫做FPCCP的管道正在研發(fā)中，不知道大家聽說過沒有？ 就是FRP作為內襯和外防腐層，中間層是預應力鋼筋混凝土管



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