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)專利。50年代初期，開始制作玻璃鋼管道，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)襯層樹脂含量高，一般在70％以上，其內(nèi)表面富樹脂層樹脂含量高達(dá)95％左右。通過對(duì)內(nèi)襯所用樹脂的選擇，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脂，主要包括：間苯型不飽和聚酯樹脂、乙烯基樹脂、雙酚A樹脂、環(huán)氧樹脂及呋喃樹脂等，根據(jù)具體情況分別選用：對(duì)酸性環(huán)境，選用雙酚A樹脂、呋喃樹脂等；對(duì)堿性環(huán)境，選用乙烯基樹脂、環(huán)氧樹脂或呋喃樹脂等；對(duì)溶劑型使用環(huán)境，選用呋喃等樹脂；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脂〔2〕。通過對(duì)內(nèi)襯層不同樹脂的選擇，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0.01mm，遠(yuǎn)小于鋼管及鑄鐵管的內(nèi)壁粗糙度見表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

　　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〕。

　　計(jì)算結(jié)果說明：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)比情況見表2.

　　表2　玻璃鋼管道與鋼管強(qiáng)度及比強(qiáng)度

　　玻璃鋼管道與鋼管熱性能數(shù)據(jù)對(duì)比見表3。
表3　玻璃鋼管道與鋼管熱性能參數(shù)對(duì)比

　　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，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)。

　　2.8不生銹

　　鋼管、鑄鐵管在儲(chǔ)存、使用過程中，會(huì)因化學(xué)、電化學(xué)的作用產(chǎn)生局部電池反應(yīng)，表面極易生銹，對(duì)輸送介質(zhì)往往會(huì)產(chǎn)生污染，因而，常需對(duì)其表面進(jìn)行特殊防銹、除銹處理；纖維纏繞玻璃鋼管道由于是由非金屬材料制成，電極電位高，表面不會(huì)發(fā)生氧化銹蝕，無(wú)需處理，不會(huì)污染水質(zhì)。

　　2.9防污抗蛀

　　玻璃鋼管內(nèi)壁潔凈光滑，難以被海水或污水中的甲貝、菌類等微生物玷污蛀附。而鋼管、鑄鐵管或鋼筋混凝土管內(nèi)表面卻很容易被甲貝、牡蠣等附蛀寄生，且極難清除，增大粗糙率，使有效管徑縮小，同時(shí)增大流動(dòng)阻力，減少過水?dāng)嗝娣e。

　　2.10可設(shè)計(jì)性強(qiáng)

　　根據(jù)具體使用情況，可對(duì)管道的具體性能及形狀進(jìn)行設(shè)計(jì)：

　�、倏蓪�(duì)纏繞時(shí)的纏繞角進(jìn)行設(shè)計(jì)，以使管道具有不同的縱／環(huán)向強(qiáng)度分配；

　　②可對(duì)管道壁厚進(jìn)行設(shè)計(jì)，以使管道可以承受不同的內(nèi)外壓；

　　③可對(duì)材料進(jìn)行設(shè)計(jì)，以達(dá)到不同的耐腐蝕目的、阻燃目的、介電目的等；

　　④可對(duì)接頭方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，適用不同的安裝條件，以提高工程安裝速度；

　�、菘蓪�(duì)產(chǎn)品形狀進(jìn)行設(shè)計(jì)，以滿足具體的形狀需要。

　　3、應(yīng)　用

　　3.1油　田

　　（1）高壓管道油田所用的高壓管道主要包括注水管和油井管等，管徑較小，大多在DN50～200mm范圍內(nèi)，壓力高，一般介于5～30MPa之間，對(duì)玻璃鋼而言，條件較為苛刻，國(guó)產(chǎn)的玻纖制品性能上很難滿足要求，生產(chǎn)此類管道所需玻纖需從國(guó)外進(jìn)口。目前，僅有中外合資哈爾濱史密斯玻璃鋼制品有限公司在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)此類管道，并自1994年起應(yīng)用于油田，己先后為大慶油田、吉林油田、勝利油田、長(zhǎng)慶油田、遼河油田等提供了幾十公里的高壓玻璃鋼管道。

　　（2）中、低壓玻璃鋼管道油田生產(chǎn)過程中使用的大量管道中，80％的管道是用來輸送高含水油、油氣混輸及油田采出水。由于油田污水介質(zhì)條件苛刻，如勝利油田采出的污水，其礦化度可達(dá)5.7×104 mg/L，含氯量可達(dá)3×104mg/L且還有溶解氧、CO2、硫化物等腐蝕性物質(zhì)和硫酸鹽還原菌，因而，對(duì)金屬管道的腐蝕相當(dāng)嚴(yán)重。選用鋼質(zhì)管道最快在投產(chǎn)后3個(gè)月就開始穿孔〔6〕，一年報(bào)廢是常有的事。所以，1983年勝利油田開始嘗試使用具有良好耐腐蝕性能的玻璃鋼管道作為鋼管替代品，80年代未、90年代初，纖維纏繞玻璃鋼管道在我國(guó)大批量生產(chǎn)，很快便受到了油田的普遍歡迎，國(guó)內(nèi)幾個(gè)大的油田，如勝利油田、遼河油田、中原油田、大慶油田、克拉瑪依油田、江漢油田等均大量采用了中低壓纏繞玻璃鋼管道，青海的孕斯油田、江蘇的江都油田、河北的華北油田，青海的格爾木油田等也不同程度地使用了中低壓纏繞玻璃鋼管道。青海的孕斯油田僅在1990年就使用了20km，勝利油田在1991～1992年期間，僅地面應(yīng)用工程中就使用了近30km〔7〕，從而，在過去的幾年里，油田成了玻璃鋼管道的一個(gè)非常重要的應(yīng)用市場(chǎng)。油田目前使用的中低壓玻璃鋼管道已近千公里，其選用的管徑大多介于DN50～700mm之間，輸送的介質(zhì)溫度最高達(dá)78℃左右，壓力一般為0.1～1.6MPa.

　　為了確保纏繞玻璃鋼管道能更好地為油田服務(wù)，油田系統(tǒng)會(huì)同玻璃鋼廠家及有關(guān)設(shè)計(jì)、科研院所，每?jī)赡昱e行一次“玻璃鋼管道在油田應(yīng)用技術(shù)推廣會(huì)”，中國(guó)石油天然氣總公司從油田實(shí)際出發(fā)，參照美國(guó)石油工業(yè)協(xié)會(huì)的玻璃鋼管道標(biāo)準(zhǔn)API Spec 15LR“Specification for Low Pressure Fiberglass Line Pipe”編制“低壓玻璃纖維管線管”技術(shù)規(guī)范，以進(jìn)一步規(guī)范和推動(dòng)纏繞玻璃鋼管道在我國(guó)油田的應(yīng)用。

　　3.2化　工

　　在我國(guó)，玻璃鋼管道于60年代率先在化工領(lǐng)域應(yīng)用，但當(dāng)時(shí)的玻璃鋼管道主要以布帶纏繞和手糊成型為主，防滲性能差，所以，在化工領(lǐng)域并未被大量推廣使用，1988年，哈爾濱玻璃鋼研究所等單位為青海格爾木鹽湖成功地加工制作了DN 800mm輸送鹽鹵的玻璃鋼管道，為玻璃鋼管道在化工領(lǐng)域的大范圍應(yīng)用起了開路先鋒及示范作用。自進(jìn)入90年代以來，玻璃鋼管道在化工領(lǐng)域應(yīng)用面越來越廣，雖然在少量場(chǎng)合玻璃鋼管道使用時(shí)也曾出現(xiàn)過問題，但總的狀況良好。迄今，已得到了化工領(lǐng)域的普遍認(rèn)可，國(guó)內(nèi)眾多化工企業(yè)或工程均大量選用了玻璃鋼管道，如：中國(guó)五環(huán)化工公司、岳陽(yáng)化工總廠、上海石化滌綸廠、錦化化工集團(tuán)、蘇州化工集團(tuán)、湖北化工廠、青島山青化工有限公司、青海格爾木鉀肥廠等單位及湖北黃麥嶺磷肥工程、大峪口礦肥工程、重慶鈦白粉工程、銅陵金隆工程等大的工程。化工領(lǐng)域選用玻璃鋼管道呈上升趨勢(shì)。根據(jù)預(yù)測(cè)，至2000年，化工領(lǐng)域約需用3萬(wàn)t/a玻璃鋼，其中，很大一部分為管道，到2010年，用于化工防腐領(lǐng)域的玻璃鋼將以每年百分之十幾的速度遞增，增長(zhǎng)速度高于其它領(lǐng)域，應(yīng)用前景廣闊。

　　目前，我國(guó)應(yīng)用于化工領(lǐng)域的玻璃鋼管道大多用作工藝管線及長(zhǎng)距離輸送管線�；�工領(lǐng)域使用的玻璃鋼管管徑一般較小，大多在DN800mm以下，壓力從常壓至4.0MPa不等，溫度：-40～l00℃。由于化工廠家眾多，所以，涉及的介質(zhì)條件包括了酸、堿、鹽、溶劑、酸堿交替等各個(gè)方面。

　　3.3給排水

　　1985年，在深圳與香港之間鋪設(shè)輸水管線，其中香港一側(cè)用的是從英國(guó)購(gòu)進(jìn)的玻璃鋼管，直徑分別為DN2200mm、DN1700mm，總長(zhǎng)50km，這是我國(guó)在給排水領(lǐng)域首次使用玻璃鋼管道，近幾年來，由于食品級(jí)樹脂在我國(guó)已批量生產(chǎn)，且質(zhì)量穩(wěn)定，解決了玻璃鋼管道用于供水時(shí)的衛(wèi)生要求，再加上玻璃鋼加砂管道的出現(xiàn)，降低了管道制作成本，所以，玻璃鋼管道用于給排水領(lǐng)域呈上升趨勢(shì)，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈。據(jù)報(bào)導(dǎo)：1994年，長(zhǎng)9km的大慶西水源至宏偉化工區(qū)所用DN800mm輸水管線、1995年，長(zhǎng)5km的自貢供水工程及北京市政工程約70km的DN900mm、DN700mm、DN600mm管線、1996年，吉林永吉長(zhǎng)17km DN300mm、DN400mm、DN600mm供水管線、尚志長(zhǎng)14km DN500mm、吉林農(nóng)安長(zhǎng)5.1km DN500mm的供水管線，盤錦乙烯公司長(zhǎng)30km加工用水管道，以及其它如杭州市區(qū)DN600mm主輸水管線等均為玻璃鋼制造。另外，湖北崇陽(yáng)長(zhǎng)約10km DN700mm的飲用水輸水管線正在安裝中，江蘇太倉(cāng)市區(qū)長(zhǎng)約15km DN1200mm的玻璃鋼排水管線也正在規(guī)劃與建設(shè)中。

　　用于給水領(lǐng)域的玻璃鋼管道大多為中、小口徑，用于排水領(lǐng)域的大多為大、中口徑，給排水時(shí)壓力一般均很低，所以，耐腐蝕性能好、重量輕、安裝方便、水力性能優(yōu)異、但一般不能承受高壓力的（加砂）玻璃鋼管道尤其適用于此領(lǐng)域。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，市政建設(shè)的發(fā)展，玻璃鋼管道在此領(lǐng)域的應(yīng)用將會(huì)越來越多。

　　3.4電　站

　　玻璃鋼管道應(yīng)用于電站始于80年代中、末期，當(dāng)時(shí)，西藏羊八井地?zé)犭娬具x用了日本生產(chǎn)的玻璃鋼管道用于循環(huán)地?zé)崴�；�？诎l(fā)電廠選用了長(zhǎng)24m、DN1600mm的玻璃鋼管道循環(huán)發(fā)電機(jī)冷卻用水。之后，1990年、1992年，西藏羊八井地?zé)犭娬驹诙�、三期擴(kuò)建中再次選用了近500萬(wàn)元的玻璃鋼管道，管徑從DN500至DN900mm不等，這些管道使用至今，狀況良好。1996年，秦山核電站在二期建設(shè)中，選用了DN 1800mm、DN2800mm玻璃鋼管道，合同總價(jià)約1000萬(wàn)元；1997年，深圳西水電廠選用了近200萬(wàn)元DN100～1200mm計(jì)七種規(guī)格的玻璃鋼管道，另外，湛江市發(fā)電廠、寶雞第二電廠等單位也選用了玻璃鋼管道。

　　電站（廠）選用玻璃鋼管道一般用作循環(huán)水管、化水管、補(bǔ)給水管、雨水管及海水脫硫管，它的使用目前正處于方興未艾階段，但由于在我國(guó)現(xiàn)階段，電站（廠）建設(shè)數(shù)量有限，再加上玻璃鋼管道的諸多優(yōu)點(diǎn)尚未被電力行業(yè)所認(rèn)識(shí)和接受，所以，在玻璃鋼管道的整個(gè)應(yīng)用中，此部分市場(chǎng)尚未占據(jù)很大份額，但有很大市場(chǎng)潛力可挖。

　　3.5抽拔腐蝕性氣體煙囪

　　玻璃鋼管道由于是整體成型，所以，在用作煙囪抽拔腐蝕性氣體時(shí)可承受抽撥所產(chǎn)生的負(fù)壓，不會(huì)產(chǎn)生分層；另外，玻璃鋼管道重量輕，吊裝方便，且通過設(shè)計(jì)可抵抗不同的風(fēng)壓與震載，抗老化性能也十分優(yōu)異，所以，玻璃鋼管道是一種較為理想的煙囪用管材。1991年，甘肅404鈦白粉工程使用的47m高、DN2800mm、DN3200mm煙囪；1994年，黃麥嶺磷銨工程使用的100m高DN2200mm煙囪；1995年，河北深州磷銨廠以及秦山核電站即將使用的DN3000mm煙囪均為玻璃鋼管道制成。玻璃鋼管道用作煙囪、用于抽拔腐蝕性氣體是一個(gè)具有很大潛力的市場(chǎng)之一。

　　3.6其　它

　　玻璃鋼管道在我國(guó)除用于上述五大應(yīng)用領(lǐng)域外，在造紙、制革、食品、通風(fēng)等領(lǐng)域也有不同程度的使用，使用的范圍正變得越來越廣。但所有這些領(lǐng)域選用玻璃鋼管道的數(shù)量尚十分有限，因而，玻璃鋼管道在這些領(lǐng)域的應(yīng)用仍有待進(jìn)一步開拓。

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