TECHNICAL PROPERTIES AND
APPLICATION STATUS OF FW-FRP PIPES IN CHINA
Lei Wen
（Lianyungang Lianzhong FRP Group Co.Ltd）
Abstract： In this paper the technical propertiers of FW-FRP pipes are described and the applications of FRP pipes in China are summerized.
Keywords: FW-FRP pipes properties application
1 前 言
國(guó)際上，纖維纏繞技術(shù)始于本世紀(jì)40年代，1946年在美國(guó)申請(qǐng)專(zhuān)利。50年代初期，開(kāi)始制作玻璃鋼管道，距今已有40余年的歷史。目前，國(guó)際上玻璃鋼管道工業(yè)發(fā)展很快，年產(chǎn)量日趨增加，以美國(guó)為例，年玻璃鋼管道使用量10000km，且每年以5%～10％的速度遞增。
我國(guó)纖維纏繞工藝始于1958年，當(dāng)時(shí)主要是為“兩彈一機(jī)”國(guó)防建設(shè)服務(wù)的。最早應(yīng)用于民用的玻璃鋼管道以手糊及布帶卷繞為主，這樣生產(chǎn)的管道防滲性能差，質(zhì)量不穩(wěn)定，雖經(jīng)多次試驗(yàn)，也未能在大范圍內(nèi)推廣使用。80年代末，我國(guó)首次引進(jìn)玻璃鋼管道纏繞設(shè)備，從此，我國(guó)玻璃鋼管道工業(yè)真正開(kāi)始了大發(fā)展。截至1997年，玻璃鋼管道纖維纏繞生產(chǎn)線已有133條。其中43條為引進(jìn)生產(chǎn)線〔1〕，國(guó)際上一些著名公司也相繼在中國(guó)成立合資或獨(dú)資公司，國(guó)內(nèi)部分廠家生產(chǎn)的玻璃鋼管道質(zhì)量已經(jīng)可以和國(guó)際上的產(chǎn)品相媲美，產(chǎn)品已多次出口。玻璃鋼管道工業(yè)在中國(guó)正處于大的發(fā)展期。
盡管如此，與我國(guó)巨大的管道市場(chǎng)相比．玻璃鋼管道所占份額仍很低，其原因關(guān)鍵在于尚有許多用戶(hù)對(duì)纏繞玻璃鋼管道的優(yōu)良性能還不十分了解，對(duì)玻璃鋼管道在我國(guó)的應(yīng)用現(xiàn)狀還缺乏足夠的認(rèn)識(shí)，對(duì)選用玻璃鋼管道仍抱遲疑、觀望的態(tài)度。為此，本文對(duì)纏繞玻璃鋼管道的性能進(jìn)行詳細(xì)分析，對(duì)其在我國(guó)的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行總結(jié)，以期進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)玻璃鋼管道工業(yè)向前發(fā)展。
2 特 點(diǎn)
2.1 耐腐蝕性能好
纖維纏繞玻璃鋼管道結(jié)構(gòu)上分內(nèi)襯層、結(jié)構(gòu)層及外保護(hù)層三部分。其中，內(nèi)襯層樹(shù)脂含量高，一般在70％以上，其內(nèi)表面富樹(shù)脂層樹(shù)脂含量高達(dá)95％左右。通過(guò)對(duì)內(nèi)襯所用樹(shù)脂的選擇，可使玻璃鋼管道在輸送液體時(shí)具有不同的耐腐蝕性能，從而滿(mǎn)足不同的工作需要；對(duì)需外防腐的場(chǎng)合，只需對(duì)外保護(hù)層樹(shù)脂進(jìn)行認(rèn)真選擇，便也可達(dá)到不同外防腐的使用目的。
根據(jù)不同的腐蝕環(huán)境，可選用不同的防腐樹(shù)脂，主要包括：間苯型不飽和聚酯樹(shù)脂、乙烯基樹(shù)脂、雙酚A樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂及呋喃樹(shù)脂等，根據(jù)具體情況分別選用：對(duì)酸性環(huán)境，選用雙酚A樹(shù)脂、呋喃樹(shù)脂等；對(duì)堿性環(huán)境，選用乙烯基樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂或呋喃樹(shù)脂等；對(duì)溶劑型使用環(huán)境，選用呋喃等樹(shù)脂；當(dāng)酸、鹽、溶劑等腐蝕不是十分嚴(yán)重時(shí)，則可選用價(jià)格較為低廉的間苯型樹(shù)脂〔2〕。通過(guò)對(duì)內(nèi)襯層不同樹(shù)脂的選擇，便可使玻璃鋼管道廣泛用于酸、堿、鹽、溶劑等工作環(huán)境中，表現(xiàn)出良好的耐腐蝕性能。
2．2 水力學(xué)性能優(yōu)良
纏繞玻璃鋼管道內(nèi)表面光滑，內(nèi)壁絕對(duì)粗糙度僅為0.01 mm，遠(yuǎn)小于鋼管及鑄鐵管的內(nèi)壁粗糙度見(jiàn)表1〔3〕，屬水力學(xué)光滑管。
表1 不同管材內(nèi)壁絕對(duì)粗糙度
管道類(lèi)型 新鋼管 半新鋼管 舊鋼管 鑄鐵管 玻璃鋼管
粗糙度/mm 0.1～0.2 0.2～0.3 0.5～0.8 0.6～1.0 0.01
根據(jù)Hazen-Williams公式：
Hf=〔42．7Q/（C×D2.63〕1.852 (1)
對(duì)纏繞玻璃鋼管道和新碳素鋼管道進(jìn)行計(jì)算比較：管內(nèi)液體流量相同時(shí)，纏繞玻璃鋼管道輸送介質(zhì)時(shí)所引起的壓頭損失僅為同管徑新碳素鋼管的0.856倍〔4〕。
另根據(jù)范寧公式
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對(duì)纏繞玻璃鋼管道和鑄鐵管進(jìn)行計(jì)算比較：當(dāng)管內(nèi)流體流速為1．0～2．0m/s時(shí)，管徑DN300～600mm的纏繞玻璃鋼管道輸送流體時(shí)引起的壓頭損失約為同口徑鑄鐵管的2/3～1／2〔5〕。
計(jì)算結(jié)果說(shuō)明：纖維纏繞玻璃鋼管道的水力學(xué)性能優(yōu)于鋼管或鑄鐵管。
2.3 重量輕，安裝、運(yùn)輸方便
玻璃鋼管道比重約為1.6左右，僅是鋼管或鑄鐵管的1/4～1/5，實(shí)際應(yīng)用表明，在承受同樣內(nèi)壓的前提下，同口徑、同長(zhǎng)度的玻璃鋼管道，其重量約為鋼管的30％左右。正因如此，玻璃鋼管道在運(yùn)輸時(shí)可套裝運(yùn)輸，節(jié)省油耗及其它費(fèi)用；安裝時(shí)，對(duì)中小口徑的玻璃鋼管道一般不需用重型機(jī)械，有的甚至可通過(guò)人工搬運(yùn)，提高了安裝速度。
2．4 比強(qiáng)度高、力學(xué)性能合理
纏繞玻璃鋼管道軸向拉伸強(qiáng)度為160～320MPa，接近于鋼管，比強(qiáng)度更高，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，管材自重可大幅度減輕，安裝十分容易。對(duì)比情況見(jiàn)表2。
表2 玻璃鋼管道與鋼管強(qiáng)度及比強(qiáng)度
材 料 比 重 拉伸強(qiáng)度
/MPa
比強(qiáng)度
/MPa
高級(jí)合金鋼 8 1280 160
A3 鋼 7.85 400 50
鑄 鐵 7.4 240 32
纏繞玻璃鋼 1.6 160～320 100～200
2．5 導(dǎo)熱系數(shù)低、熱應(yīng)力小
玻璃鋼管道與鋼管熱性能數(shù)據(jù)對(duì)比見(jiàn)表3。
表3 玻璃鋼管道與鋼管熱性能參數(shù)對(duì)比
性能參數(shù) 玻璃鋼管道 鋼 管
導(dǎo)熱系數(shù)/W*(cm*℃)-1 0.27 62.8
熱膨脹系數(shù)/k-1 1.12×10-5 1.23×10-5
軸向熱應(yīng)變之比 1.67 1
軸向熱應(yīng)力之比 1 11
表中，熱應(yīng)變及熱應(yīng)力之比均為假設(shè)玻璃鋼管道與鋼管管長(zhǎng)相同、管道兩端介質(zhì)溫差相同情況下所推得的結(jié)果。從表中數(shù)據(jù)可以看出，玻璃鋼管道的導(dǎo)熱系數(shù)低，僅為鋼管的0．4％，因而具有較好的保溫性能，輸送介質(zhì)時(shí)可以降低熱能損耗；另外，從表3還可以看出，當(dāng)玻璃鋼管道與鋼管兩端有相同的熱溫差時(shí)，線脹系數(shù)略大于鋼管的玻璃鋼管道將產(chǎn)生較大的熱應(yīng)變，但由于玻璃鋼管道的軸向拉伸模量約11.2GPa，鋼管的模量為210GPa，所以，溫差在玻璃鋼管道上產(chǎn)生的熱應(yīng)力僅約為鋼管的1/11。也就是說(shuō)，在實(shí)際使用中，鋼管需增加膨脹接頭以消除管線上的熱應(yīng)力集中，玻璃鋼管一般卻可以不予考慮〔4〕。玻璃鋼管道的熱線脹系數(shù)使得它具有良好的抗熱耐寒特性，可在地表、地下、架空、海底、沙漠、冰凍、潮濕等各種惡劣環(huán)境中使用。
2．6 接頭少、連接方式多樣靈活
纏繞玻璃鋼管道單管長(zhǎng)度6～12m，甚至更長(zhǎng)，在長(zhǎng)距離管線安裝時(shí)，所需接頭少，既能使流動(dòng)水阻降低，也減少了施工費(fèi)用，同時(shí)，管線因接頭多而發(fā)生滲漏的可能性也較鋼管大為降低。另外，纏繞玻璃鋼管道的接頭方式有多種，主要包括：承插膠接、平端對(duì)接、（活套）法蘭連接、（帶鎖緊裝置）O形圈連接、螺紋連接等，可根據(jù)具體施工條件，靈活選擇接頭方式，從而提高了工程的可靠性。
2.7 電絕緣性能好
鋼管、鑄鐵管均為電的良導(dǎo)體。玻璃鋼管道卻是絕緣體，擊穿電壓：12～16kV/mm，體積電阻率：～1014Ω．cm，表面電阻率：～1011Ω，絕緣性能優(yōu)良，可安全地應(yīng)用于輸電、電信線路密集區(qū)和多雷區(qū)。
