玻璃钢夹砂管道.ppt

玻璃钢夹砂管道 小组成员 武会会 郭超群 吴晓玲 刘学芳 本次主讲人 刘学芳2011 04 13 玻璃纤维 合成树脂 石英砂 玻璃钢夹砂管道 概述 概述 在FRP管壁层内夹入树脂砂浆层 通过增加管壁厚度有效提高了管道刚度 通过加入石英砂大大降低了管道成本 缠绕玻璃钢夹砂管道 FWRPM 一玻璃钢夹砂管道与其它管材的性能对比分析 玻璃钢夹砂管使用寿命可达50年 而混凝土管一般在使用两年后就会出现程度不同的质量缺陷 1使用寿命 由于玻璃钢夹砂管内壁非常光滑 与其他材质相比 摩阻系数较小 一玻璃钢夹砂管道与其它管材的性能对比分析 2水力性能 玻璃钢夹砂管的内衬层是由增强树脂构成 本身就具有较强的耐腐蚀性 而且可以根据环境和介质的不同选择不同的树脂 使得其耐腐蚀能力具备了相当的灵活性 这种灵活多变的耐腐蚀性能是混凝土管和钢管所不可比拟的 一玻璃钢夹砂管道与其它管材的性能对比分析 3耐腐蚀性能 玻璃钢夹砂管单节长度可达12米 可以减少接头数量 而且其接头采用承插式密封圈结构 不仅施工简单方便 而且密封性能好 整体性强 一玻璃钢夹砂管道与其它管材的性能对比分析 4接头处理 我们将输水能力相近的中800混凝土管和中600玻璃钢管进行对比 不难看出玻璃钢夹砂管具有显著的经济效益 一玻璃钢夹砂管道与其它管材的性能对比分析 5综合经济效益 可见中等口径的玻璃钢夹砂管与混凝土管道相比 工程总投资高7 9 年运行费用低44 6 动态计算总成本低12 6 从以上的对比分析可以看出 玻璃钢夹砂管不仅可以克服混凝土管在实际应用中的种种弊端 而且具有更为显著的经济效益 也就是说 玻璃钢夹砂管是替代混凝土涵洞的理想材料 一玻璃钢夹砂管道与其它管材的性能对比分析 总评 二玻璃钢夹砂管道的优点 玻璃钢夹砂管的迅速发展对传统的大口径输水 下水用水泥管 铸铁管 钢管是一次严峻的冲击 玻璃钢夹砂管的比重只有1 7 1 8g cm3 为钢管的1 5 铸铁管的1 4 预应力水泥管的3 4 管的环向拉伸强度可达320MPa 轴向拉伸强度可达23OMPa 另外 在管壁缠绕层中间的低应力区巧妙地夹进砂浆层 这样在不降低强度的情况下大大提高了管子的刚度 这一特性不仅使管子成本降低 同时也使它具备了地埋管所必需的高刚度性能 1 轻质 高强 高刚度 二玻璃钢夹砂管道的优点 玻璃钢管具有非常光滑的内表面 与其它材质管道相比 摩阻系数较小 见表l 2 良好的输水性能 二玻璃钢夹砂管道的优点 玻璃钢夹砂管道的使用温度一般在 40 80 之间 若使用特种树脂 其使用温度更高 在酷暑严冬也不变形 玻璃钢夹砂管道具有永久光滑的内表面 不会被介质中的各种微生物所寄附而产生水藻 金属或水泥管道随着时间的推移而产生水藻 直接影响使用寿命 3 耐热 防冻 抗藻性能好 二玻璃钢夹砂管道的优点 把含有大量泥浆沙石的水装入管子中进行旋转磨损影响对比试验 经300万次旋转后 检测管内壁的磨损深度如下 用焦油和瓷釉涂层的钢管为0 53mm 用环氧树脂和焦油涂层的钢管为0 52mm 经表面硬化的钢管为0 48mm 玻璃钢管为0 21mm 由此可以说明其相当耐磨 4 耐磨性好 二玻璃钢夹砂管道的优点 这种灵活性表现在两个方面 一是结构设计上的灵活性玻璃钢夹砂管可以通过缠绕角度的改变来改变轴向和环向的强度比 以满足不同条件下的要求 由于这种可设计性 使其不增加管壁厚度就能达到不同强度的要求 二是内衬层防腐材料的选择 玻璃钢的内衬层是增强树脂 因此它的耐腐蚀性主要依赖于树脂的耐腐蚀性 当今树脂品种繁多 不同的树脂有不同的耐腐蚀性 即使同一品牌 不同牌号的树脂的耐腐蚀性也有差别 因此 玻璃钢管的内衬层可通过树脂的选择达到耐不同介质腐蚀的目的 这种在结构和耐腐蚀性能上的灵活性是钢管 铸铁管 水泥管所不可比拟的 5 设计灵活 二玻璃钢夹砂管道的优点 玻璃钢夹砂管比重小 与同等压力相同管径的其它材质管道比较 单位长度玻璃钢夹砂管的重量约等于钢管的30 约等于混凝土管的8 因此运输安装十分方便 而且每根玻璃钢夹砂管可制作至12米长 比混凝土管减少三分之二的接头 它配有套环式和承插双密封接头 安装快速简便 同时接头试压方便 另外 可免除安装钢管所需要的焊接和防锈及防腐处理等 6 运输安装方便 二玻璃钢夹砂管道的优点 由于玻璃钢管道省略了传统管道所需的内衬和涂层 因此具有使用寿命长和基本不用维护等特点 加之安装检修等费用都相对减少 具有良好的综合经济效益 7 寿命长 综合经济效益好 正是因为玻璃钢夹砂管有着上述优越性能 世界各国都在积极研制和推广玻璃钢夹砂管道 目前它已广泛用于供水 供热 建筑 石化 轻工 能源 交通 采矿 海洋开发 污水处理等领域 而在国内 供水 排污 水利 交通等工程项目也在积极推广应用玻璃钢夹砂管 尤其是以下系统 更应该优先采用 三玻璃钢夹砂管道应用领域 总评 三玻璃钢夹砂管道应用领域 我国水资源比较贫乏 特别是大西北和少数地区缺水严重 随着城镇经济的发展 供水任务十分繁重 玻璃钢夹砂管道由于耐腐不溶 密封耐用 能最大限度地节水 节能 节钢 因此在城镇的信件输水管道中应优先采用 特别是远距离输水 综合效益更为显著 三玻璃钢夹砂管道应用领域 城市生活污水处理和排放是市政建设中的重要环境卫生问题 近几年由于城市发展迅速 人口猛增 导致生活污水排放量日渐上升 已经超过工业污水排放量 从城市整洁和长远规划考虑 在扩建及更新下水道时 应优先采用防腐耐用 光滑流畅的玻璃钢夹砂管 三玻璃钢夹砂管道应用领域 我国的农业用水量约占总用水量的80 可我国绝大多数地区采用传统的土渠输水 渗透损失极为严重 随着农业的发展 科技的进步 我国一些地区己采用了玻璃钢夹砂管输水灌溉 获得了节水 节地 节能 高产的巨大效益 值得进一步在全国范围推广应用 三玻璃钢夹砂管道应用领域 在沿海或填海造地地区厂矿机场码头道路工程中排泄雨水和污水的管道均可采用耐酸碱占地少 流量大 运输轻便 挖填方量小的玻璃钢夹砂管道 四玻璃钢夹砂管道的管壁结构及性能 玻璃钢夹砂管的结构可分5层 内衬层 内结构层 夹砂层 刚度层 外结构层和外表层 如图1所示 四玻璃钢夹砂管道的管壁结构及性能 1 内衬层内衬层与FRP管相同为富树脂层 主要起耐腐蚀 防渗漏等作用 有树脂 玻璃纤维表面毡 短切毡 针织复合毡或网格布缠绕而成 其厚度一般为1 5 2 5mm左右 四玻璃钢夹砂管道的管壁结构及性能 2 内结构层内结构层为FRP层 主要采用玻璃纤维以 55 2 缠绕角螺旋缠绕而成 该层主要为提高夹砂管道的承载能力和加强管道的轴向 环向拉伸强度及爆破应力 四玻璃钢夹砂管道的管壁结构及性能 3 夹砂层夹砂层也称刚度层 该层主要由树脂和一定直径的颗粒如石英砂 碳酸钙等 用玻纤纱托住表面毡通过环向缠绕来实现的 其夹砂厚度一般为管道厚度的1 3 1 2 砂粒直径为600 85 m 四玻璃钢夹砂管道的管壁结构及性能 4 外结构层外结构层与内结构层相同为FRP层 4 外结构层外结构层与内结构层相同为FRP层 4 外结构层外结构层与内结构层相同为FRP层 四玻璃钢夹砂管道的管壁结构及性能 5 外表层外表层也是一层富树脂层 主要起防止大气 土壤介质 环境介质的腐蚀和抗老化作用 5 外表层外表层也是一层富树脂层 主要起防止大气 土壤介质 环境介质的腐蚀和抗老化作用 五玻璃钢夹砂管的主要技术指标与参数 FWRPM管的主要技术指标与参数如下 a 公称压力 2MPa 无渗漏 b 长期使用温度 50 100 c 设计寿命50年 d 巴氏硬度 35 e 饱和吸水率 常温24h 0 5 f 断裂伸长率 0 8 g 力学性能见表1 六玻璃钢缠绕夹砂管道夹砂装置 夹砂装置按加砂位置的不同 一般分为上加砂 下加砂和中加砂三种加砂方式 按树脂和石英砂混合的方式不同 又可分为 干法 和 湿法 两种加砂方式 干法 加砂是指在加砂过程中 石英砂与合成树脂在没有进行预混和的加砂方式 湿法 是指在加砂过程中 石英砂与合成树脂以及其它添加剂在某一装置中进行预混和之后再包裹到芯模上的加砂方式 六玻璃钢缠绕夹砂管道夹砂装置 1加砂方法1 1上加砂我国上世纪八十年代引进的技术 多采用上加砂技术 其工艺过程如下 六玻璃钢缠绕夹砂管道夹砂装置 1 2下加砂下加砂方式是在上加砂方式的基础上改进而来 工作时 兜砂布托着混合料 随着芯模转动由底部缠绕到芯模上 其工作原理如图2一2所示 六玻璃钢缠绕夹砂管道夹砂装置 1 3中加砂中加砂是一种新型的加砂方式 加砂嘴与芯模轴线成水平位置布置 其工作原理如图2一3所示 六玻璃钢缠绕夹砂管道夹砂装置 1 4干法加砂喷胶喷砂法是一种常用的干法加砂方式 喷胶喷砂法 是直接往纤维上喷胶后再喷砂进行缠绕 此法造成有害气体和砂尘飞扬 作业环境恶劣 产品质量低下 预浸润铺砂法是另一种常用的干法加砂方式 是将玻璃纤维在树脂液中预浸润 喷配固化剂后铺砂 其操作过程是在与环境空气中进行 气泡被带进砂层 在管壁中形成空洞 影响产品的密度 光洁度和弹性模量 六玻璃钢缠绕夹砂管道夹砂装置 1 5湿法加砂湿法加砂的重要标志 是保证每道工序 每个装置 即从贮砂 漏砂 树脂固化剂混配 喷淋 混砂 砂层调节都是在密闭腔体内 在完全与环境空气隔离条件下连续自动操作 砂层均匀涂到布兜砂布之后 至工件缠绕之中 都是确保每个砂粒被已调配合格的树脂固化剂溶液包裹 七一种夹砂装置方案的选择与设计 采用湿法 中加砂加砂方案 下面介绍夹砂缠绕机的工作原理及夹砂装置的结构 2 2 1夹砂管道缠绕机的行车台设计夹砂缠绕机主要由带动夹砂管芯模旋转的主轴 缠绕小车 纱架 加砂小车 树脂和固化剂供给系统等设备组成 它主要完成两种工作 一是进行玻璃纤维缠绕 二是夹砂 这两项工作不能同时在夹砂缠绕机上进行 而是分别由缠绕小车和加砂小车分时完成 图2一4是夹砂缠绕机行车台布置示意图 缠绕小车和加砂小车共用一个工作台 由于采用了共用一个工作台的结构布置 降低了设备制造成本 减少了设备所占的空间 七一种夹砂装置方案的选择与设计 七一种夹砂装置方案的选择与设计 2 2 2夹砂装置设计夹砂装置由砂箱 比例泵 螺旋给料器 以下简称给料器 以及加砂小车组成 如图2一5所示 八国内外玻璃钢夹砂管的应用研究情况 1国内的应用研究状况玻璃钢管道在国内应用大约有近30年的历史 大批量的应用约有10余年的历史 首批产品大量应用于石油工业 从89年开始 我国中原油田率先批量采用国产缠绕玻璃钢管道获得成功 此后 胜利油田 大庆油田 长庆油田 塔里木油田等都大批量采用玻璃钢管道代替防腐蚀钢管 从此揭开了我国应用玻璃钢管道的新篇章 1994年以后 国产玻璃钢夹砂管道用于供水工程 大大降低了工程造价 掀开了我国水工程采用非金属材料的新的一页 至今 我国己安装了近900KM夹砂玻璃钢管道 产品使用于国内28个省 市 自治区 八国内外玻璃钢夹砂管的应用研究情况 2国外的应用研究情况意大利Sarplast集团股份有限公司从1979年开始制造夹砂玻璃钢管道 先后用于本国 欧洲和非洲诸国 仅1992年前Sarplast公司用于意大利本土的各种玻璃钢管道达到1020公里 直径从200mm 3050mm 分别用作污水管 消防水管 供水管及自来水管 其中大口径夹砂玻璃钢管道约占40 DN2000 DN2200 DN2400等特大口径的管道约90公里 使用于西班牙 摩纳哥 尼日利亚 阿联酋 沙特 伊朗等国家的管道约400公里 八国内外玻璃钢夹砂管的应用研究情况 西欧国家如英国 法国 德国 奥地利 比利时等国家 在应用玻璃钢材料上更是相当广泛 并将大量产品出口东欧及中东地区 该地区也是玻璃钢原材料制造技术最发达的地区之一 拥有世界上最先进的玻璃纤维三大制造厂之一 及世界上最好的缠绕树脂 英 法 德三国 其玻璃钢管道用量都占到总量的30 左右 法国率先将玻璃钢管道用于核电站的循环水系统及安全场供水中 核电站的安全场供水必须连续不断 即使在核电站遭受外力破坏的情况下 也不能断水 否则将导致严重后果 因此 足以说明玻璃钢管材在欧洲国家应用之广泛 八国内外玻璃钢夹砂管的应用研究情况 中东地区地处沙漠地带 水资源相当宝贵 管材选用是一个极其重要的课题 涉及到节水及施工 管理等一系列问题 由于地处沙漠地带 使用金属管材遇到了长距离输送介质所导致的高压力等技术问题 还有后期管理问题 而选用玻璃钢管道可以大大地降低成本 以沙特为代表的中东采油国 其大型输水管道 污水管道及海水淡化系统中的大口径管道几乎全部采用玻璃钢管 八国内外玻璃钢夹砂管的应用研究情况 非洲国家如埃及 利比亚 阿尔及利亚等国 在大型输水管道中也逐步采用玻璃钢管 仅1998年从尼罗河引水至开罗管道工程中 约150公里 DN1800mm管道全部采用玻璃钢管 管线局部压力达到1 6MPa 在博兹瓦纳的引水工程中 全部采用玻璃钢管道 八国内外玻璃钢夹砂管的应用研究情况 美国是制造玻璃钢技术最先进的国家之一 使用玻璃钢材料已有50年历史 其早期应用于石油工业的地下输油管 各种供水管及污水处理管 目前尚有相当一部分在使用