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玻璃钢夹砂管道和PCCP管道的技术比较分析--陈博老师提供
[ 编辑:frp论坛客服 | 时间:2012-02-02 14:11:41 | 浏览:3816次 | 来源: | 作者: ]
原文摘自FRP论坛: http://www.frpbbs.com/bbs/read.php?tid-23237.html



现将玻璃夹砂管道和PCCP管道,从技术和经济方面做一个简要分析,供业主在选择管材时考虑。
一、    管材技术性能比较
(1)    耐腐蚀性方面。玻璃钢夹砂管道为一种天然耐腐蚀管材,主要原
材料是高分子成份的不饱和聚酯树脂和矿物质成份的玻璃纤维,它能有效地抵抗未经处理的生活污水和工业污水、腐蚀性土壤和众多化学液体的侵蚀,不需要进行任何防腐处理即可在强腐蚀条件下长期使用,设计使用寿命最低50年。从化学角度讲,玻璃钢与普通金属的电化学腐蚀机理不同,它不导电,在电解质溶液里不会有离子溶解出来,因而对大气、水和一般浓度的酸、碱、盐等介质有良好的化学稳定性,特别在强的非氧化性酸和相当广泛的PH值范围内的介质中都有良好的适应性,过去用不锈钢也对付不了的一些介质,如盐酸、氯气、二氧化碳、稀硫酸、次氯酸钠和二氧化硫,现在用玻璃钢能很好的解决。玻璃钢管道耐腐蚀性能表如下:
化   学   品   介   质    适用温度
品     名    化学式    
盐酸    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℃
硫酸铝    Al2SO4    ≤100℃
乙二醇    CH2(OH)·CH2(OH)    ≤100℃
氢氧化钠    NaOH    ≤82℃
次氯酸钠    NaOCl2    ≤65℃
双氧水    H2O2    ≤70℃
氨水    NH3    ≤70℃
煤油    (KEROSENE)    
汽油    (GASOLINE)    ≤82℃
柴油    (DLESEL)    ≤82℃
氯气(气体)    Cl2    ≤100℃
硫化氢(气体)    H2S    ≤82℃
氯化铁    FeCl3·4H2O    ≤100℃
食盐    NaCl    ≤82℃
酱油    (SOY SAUCE)    ≤100℃
高分子凝结剂    (COACERVATION AGENT)    ≤100℃
多元氯化铝    (PAC)    ≤100℃
纯水    H2O    ≤100℃
草酸    HO2CCO2H    ≤95℃
聚醋酸乙烯乳液    (PAE EMULSION)    ≤50℃
乙醇    C2H5OH    ≤45℃
邻苯二甲酸二丁酯    C6H4(CO2C4H9)2    ≤80℃


 



耐腐蚀性能优越的玻璃钢夹砂管道(DN3100mm)

而PCCP管、钢管的耐腐蚀性能较差,在运行使用过程中会出现电化学腐蚀,管道在安装运行时需要进行阴极保护,特别是PCCP管的钢套筒和钢制接头处的PH值不同会加速接头处的腐蚀,直接导致接头漏水和爆管。以下为PCCP管道腐蚀机理图:

  


描述如下:

  
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(2)    水力学性能方面。玻璃钢夹砂管的糙率系数为0.0084,PCCP管的
糙率系数为为0.013左右。由此可以看出玻璃钢夹砂管道能显著减少沿程的流体压力损失。在输送能力相同时,采用玻璃钢管道可比PCCP管道管径可减少10%~25%,例如PCCP管用DN1800和DN1600,玻璃钢夹砂管只需用DN1600和DN1400即可,用从而减少土方开挖量,降低施工费用;对于集中式或间歇式供水,采用玻璃钢管道可比PCCP管道节省1/3左右的泵送时间和长期运行费用。以下图片供参考。


 
玻璃钢管道

玻璃钢管道



内壁镜面光滑的玻璃钢夹砂管道

(3)    管材使用强度方面。玻璃钢管道由高强度的玻璃纤维和耐腐蚀的
高分子不饱和聚酯树脂复合而成,其轴向和环向强度经过计算机优化设计,各方面强度性能均能达到最佳要求,同时较高的设计安全系数(一般大于工作压力的6倍以上)使其运行安全可靠,在无外在人为破坏的情况下,正常使用50年其物化性能依然不会发生较大的变化。  
对PCCP管道而言,起增强作用的钢骨架在使用过程中因电化学腐蚀
作用,钢板和钢筋会不断出现生锈腐蚀,一般在使用十几年以后,强度开始随时间的延长而不断下降,直到破坏。目前对于PCCP管中存在的电化学腐蚀作用还没有彻底的解决方法。
(4)    环保性方面。玻璃钢夹砂管道的内衬层采用食品级不饱和聚酯树
脂,可确保水质符合《GB/T 17219 生活饮用水输配水设备及防护材料的安全性评价》标准要求,可用于输送和贮存含氯的饮用水及生活用水。除此之外,在避光条件下玻璃钢管道可以确保自来水的水质达到饮用水标准,长期运行管道内壁也不会生苔、结垢、滋生微生物,不会对水质造成二次污染,可确保出厂水质与管网水质无任何变化。而PCCP管长期使用后,内壁会生苔、结垢、滋生微生物,不但会造成管内径缩小,增加泵送成本,而且对水质造成二次污染。
(5)耐磨性方面。
玻璃钢管道


玻璃钢管内表面十分光滑,长期使用后其糙率系数变化不大,而PCCP管在长期使用过程中,由于其内表面水泥颗粒的脱落,结垢和微生物的滋生,糙率系数增加较大。从上图中可以看出:通过相同的250000次负荷循环,球墨铸铁—水泥内衬管磨损约为8.4mm,石棉水泥管磨损约5.5mm,混凝土管(或PCCP管)磨损约2.6mm,陶土管磨损约2.2mm,高密度聚乙烯管磨损约0.9mm,而玻璃钢管表面磨损极小,在大的负荷作用的情况下,仅为0.3mm,如果在正常的压力情况下,介质对玻璃钢管道内衬的磨损可忽略不计。
(6)运输安装方面。玻璃钢夹砂管道的密度为1.75~1.9g/cm3,与相同压力、相同管径的PCCP管材比较,玻璃钢夹砂管道单位长度的重量约为PCCP管的10%,如吊装相同管径12米长的玻璃钢管需8~10吨的吊车,但吊装6米长PCCP管则需要16吨甚至20吨以上吊车才能满足要求,因此装卸、运输安装方面,玻璃钢管无需大型的吊装和运输设备,而PCCP的装卸、运输安装则必须使用大吨位的吊车和重型卡车。
在管道现场施工安装上,由于PCCP管道自身重量较重且为刚性管,所以抗不均匀沉降能力较差,对一些基础承载力较差的地段,还必须做混凝土基础防止管道下沉。又由于PCCP管道接头为半柔性连接,对安装时的管床基础要求较高,如管道局部出现基础下沉,极易造成接头渗漏,而一但出现一个接头渗漏,相邻管道因基础被水浸泡,就会出现连锁反应而扩大接头渗漏面。与PCCP管道相比,玻璃钢夹砂管道由于自身重量较轻,再加上其接头为柔性连接,每个接头有1°左右的偏转范围,因而对基础的要求较低且抗不均匀沉降能力远大于PCCP管道。当局部出现较轻的不均匀沉降,由于接头的偏转,可抵消较轻的不均匀沉降对管道产生的作用力,接头不会出现渗漏。
在管道安装效率方面,对DN1500~DN2000的管道,PCCP管一般每天每个工作面只能安装6米长管道4~5根。而对DN1500~DN2000的玻璃钢管道,每天每个工作面可安装12米长的管道8~10根,其安装效率是PCCP管的四至五倍。此外由于单管长度比PCCP管长一倍,接头减少了50%,在长距离管线安装时,减少了管道接头渗漏的可能性,接头的安全性能比PCCP管道提高了一倍。而且玻璃钢管道的每个接口处有两个止水胶圈,密封性好,安装方便,进度快,性能可靠,安装完毕即可在两个止水胶圈之间进行打压试验,以检验两根管道接头的密封性。


 



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(7)管材的刚度方面。玻璃钢夹砂管道和PCCP管一样,具有优越的
抗外压变形能力,即管材的刚度非常好。例如,刚度为7500Pa的玻璃钢夹砂管道,一般可适用于管顶以上覆土3~4m以内的工况条件,而刚度为10000Pa的玻璃钢夹砂管道,一般可适用于管顶以上覆土6m以内的工况条件。玻璃钢夹砂管道的初始径向变形率要求在1~3%,50年后变形率不超过3~5%。设计规范中规定玻璃钢夹砂管道的初始变形率则要达到20%而不破坏。玻璃钢夹砂管道的刚度可根据覆土深度的不同而进行相应的设计。以下Sb实验供参考。

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综上所述,与PCCP管比较,玻璃钢夹砂管在耐腐蚀性、水力学性能、管材的强度、环保性、耐磨性及运输安装方面均具有明显优势;在管材刚度方面,玻璃钢夹砂管与PCCP管一样性能优越。

玻璃钢管与PE管比较
对于重力流埋地管的设计,主要是刚度的设计。在本设计中,由于埋深大,地质条件较差,地下水位高,因此对管材的刚度要求很高。
PE管一般最高刚度等级为8000N/mm2,玻璃钢管的刚度等级却可以超过10000N/mm2。
此外,PE管蠕变性较大(随时间延长变形增加较大),其挠曲滞后系数一般取:
    DL=1.5    
而玻璃钢夹砂管道的蠕变性较小(随时间延长变形增加较小),其挠曲滞后系数一般取:
    DL=1.25    
作用于管上的垂直土壤载荷Wc    
    Wc=18000×7=126000 N/m2
取标准基床系数            
    Kx=0.1    
土壤反作用模量取        
    E′=    4MPa
则根据Spangler关于柔性埋地管的挠度计算公式有:
对于PE管,最大刚度为8000 N/mm2,这里按8000 N/mm2进行计算,
,无法满足5%的最大允许挠度的要求。
对于玻璃钢管,则可以采用较高刚度的管道来满足挠度要求。如这里采用10000 N/mm2刚度的玻璃钢管进行计算,则
,能够满足挠度要求。

关于长沙五一大道埋设的DN1500-PE螺旋增强排水管(钢带增强)因PE蠕变过大,导致变形过大道路坍塌事故。后来采用全线采用DN1400玻璃钢夹砂管道插入PE管道进行替换支撑。见下列附件:


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