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玻璃钢夹砂管道的技术经济分析--陈博老师提供
[ 编辑:frp论坛客服 | 时间:2012-02-02 14:16:55 | 浏览:2094次 | 来源: | 作者: ]
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1942年玻璃管试制成功并投入使用,玻璃钢夹砂管道已成为国际给水管道市场主流管道之一。美国至少已安装了15万公里玻璃钢管道;欧洲各国新铺设的大中型输水、污水管中,玻璃钢管安装长度占15%-50%;日本玻璃钢管道用量大于25%,已超过钢管、混凝土管仅次于球墨铸铁管;中东地区大中型输水管、污水管、海水淡化系统用管绝大部分为玻璃钢管。
我国1986年自意大利引进第一条纤维缠绕玻璃钢管道(含贮罐)生产线,带动了国内玻璃钢管道制造业及相关原辅材料业的发展。1992年我国又自意大利引进了纤维缠绕夹砂玻璃钢管道生产线。在国内给排水管道市场,玻璃钢夹砂管道已成为与球墨铸铁管、混凝土管强有力的竞争管材。特别是在一些地质条件恶劣、输送强腐蚀介质的高要求工程中玻璃钢管道中标率越来越高。目前我国玻璃钢管道辅设量已超过1万公里。鉴于玻璃钢管道的诸多优越性,建设部在2001年的第27号公告中将玻璃钢管道列为优先推荐使用的管材(G53:玻璃钢管道适用于公称直径DN600-2000的市政供水管道。G64:玻璃钢管道适用于公称直径DN600-2800的市政排水管道)。上海、新疆、天津、广州也分别发布了推广玻璃钢管道的有关文件。
一、玻璃钢夹砂管道的技术性能
与传统使用的碳钢管、铸铁管、水泥管等管材相比较,玻璃钢管道具有以下显著特点:
(1)    优良的耐腐蚀性能
玻璃钢管道内外表面树脂含量高,能抵抗酸、碱、盐、海水、未经处理的污水、腐蚀性土壤或地下水及众多化学物质的侵蚀。尤其是水对玻璃钢的腐蚀为零。
(2)使用寿命长,工程安全可靠
玻璃钢管道具有良好的耐腐蚀性能,并且设计安全系数为6,所以力学性能优异,经久耐用。在一般情况下,钢管使用年限为15年,铸铁管为5~10年,预应力水泥管为25年,玻璃钢管设计使用寿命为50年。
(3)水摩阻力小,输送能力高,节能省电
玻璃钢管道内表面光滑,糙率和摩阻力系数很小。测试得到其水流摩阻力系数为0.000915,钢管为0.00179,混凝土管为0.00232。由此可以看出玻璃钢管道能显著减少沿程的流体压力损失。对于相同管径的管网,使用玻璃钢管道可比其它管材节省泵送费用40%左右;在输送能力相同时,采用玻璃钢管道管径可减少10%~25%,从而降低一次性的工程投入;对于集中式或间歇式供水,可节省1/3左右的泵送时间和长期运行费用。
(4)水质保持好
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。
(5)比重轻、比强度高、运输安装方便
玻璃钢管道的密度为1.75一1.8g/cm3仅为铁管的1/4,与相同压力、相同管径的其他管材比较,玻璃钢管道单位长度的重量约为钢管的30%,水泥管的8%,因此装卸、运输安装十分方便,无需大型的吊装设备。玻璃钢管道每根长达12米,比水泥管减少2/3的接头,在长距离管线安装时,减少了渗漏的可能性。而且每个接口处有两个止水胶圈,气密性好,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打压试验。
(6)工程维修简便节约
玻璃钢管道不需做内、外表面防腐处理,因此在工程上不需要进行防锈、防蚀、防污、绝缘等措施和检修。对地埋管无须做阴极保护,可大量节约工程维修费用。
(7)可设计性强
玻璃钢管道规格多样化,直径从50mm至4000mm,压力从0至2.5兆帕,并可根据客户的各种特定需要,诸如各级流量与压力、机械性能、耐蚀、耐热、耐冷以及用于真空等各种特定要求,进行设计制造,灵活自如,试用范围广泛,并可使产品有很好的整体性,在各个方向强度比最佳。
(8)电绝缘与保温性好
玻璃钢是非导体,管道的电绝缘性优良,最适应使用于输电、电信线路密集区和多雷区;玻璃钢的传热系数很小,为0.25千卡/m·h·℃,管道的保温性能良好。
(9)良好的环境适应性
我国地域宽广,各地土壤、气候条件差别很大。玻璃钢管道的耐腐蚀性能优异,可地埋安装于酸、碱性土壤。由于其优异的力学性能和可设计性,它不仅适用于一般性的环境条件,而且实践证明它也可使用于象福建、上海、天津等地区的淤泥质土壤和陕甘宁等地区的大孔型湿陷性黄土土壤的地下埋设工程。由于玻璃钢管道的剪切强度远远大于预应力水泥管,这样在发生管道基础塌陷的情况下,玻璃钢管道由于具有优良的抗剪切性能,不会轻易遭到破坏。而在同等情况下,预应力水泥管道将在剪切外力作用下失稳破坏。玻璃钢管道可在零下40℃至80℃的范围内长期使用,如采用特殊配方的树脂还可在110℃以上的温度下工作使用。
(10)工程综合效果好
综合效益是指由建设投资、安装维修费用、使用寿命、节能、节钢等多种因素形成的总体成本长远效益。如考虑管道的各种功能和使用的长期性,玻璃钢管道的综合效益是可取的,特别是管径越大,其综合成本越低。当进一步考虑埋入地下的管道可使用50年以上,又无需年年检修,更可以发挥它优越的综合效益。
二、玻璃钢夹砂管的经济性比较
1、各种管材的防腐费用
                                              单位:万元/公里
管径(mm)    玻璃钢夹砂管    钢管    铸铁管    水泥管
400    0    4.5256    3.44    0.6534
500    0    5.6960    4.3037    0.7791
600    0    6.5024    5.1477    0.9173
700    0    7.2547    6.0168    1.0430
750    0    7.8399    6.4346    1.1184
800    0    8.4250    6.8942    1.1938
900    0    9.8128    7.7299    1.3572
1000    0    10.8935    8.5655    1.4577
1200    0    13.0767    10.2786    1.8467
1400    0    15.2379    11.8170    2.0609
1500    0    16.3403        2.2117
1600    0    17.4210        2.3625
1800    0    19.6040        2.6640
2000    0    21.7871        2.7520

2、各种管材的运费比较
单位:元/公里        
管径(mm)    玻璃钢夹砂管    钢管    铸铁管    水泥管
400    2248.5    5910.0    16350.0    32505.0
500    3294.0    7410.0    25663.0    38583.5
600    5164.5    13365.0    32700.0    50895.0
700    5968.5    15570.0    47839.5    58581.0
750    6450.0    16672.5    52200.0    57590.0
800    7594.5    23760.0    68521.5    77313.0
900    7737.0    26700.0    76827.0    92362.5
1000    8595.0    29670.0    86850.0    101970.0
1200    10311.0    44475.0    122590.5    144936.0
1400    21430.5    51826.5    147900.0    206289.0
1500    24415.0    66671.0        249639.0
1600    27594.0    71101.5        282555.0
1800    34533.0    93346.5        369000.0
2000    42069.0    118661.5        462150.0
2400    64000.0            
2600    75148.5            
2800    80856.0            
3000    92898.0            
3200    104614.0            
3600    125634.0            
注:汽运(3000km)0.5;元/t·km。

3、各种管材需要的泵功率
单位:KW
管径(mm)    出水量(m3.h)    玻璃钢夹砂管    钢管、铸铁管    水泥管
400    0.120    31.33    62.95    81.49
600    0.280    47.34    102.87    119.28
800    0.500    59.85    115.15    146.54
1000    0.800    75.82    141.05    182.77
1200    1.100    76.83    144.69    189.72
1400    1.500    87.00    169.08    200.54
1600    2.000    102.15    200.30    233.23
1800    2.500    108.08    214.62    243.08
2000    3.000    1140.35    230.77    239.54
注:按1000m计。

4、各种管材的耗电量及费用
单位:万度、万元
管径(mm)    出水量(m3/s)    玻璃钢夹砂管    钢管、铸铁管    水泥管
        电量    费用    电量    费用    电量    费用
400    0.120    27.45    13.73    55.14    27.57    71.38    35.69
600    0.280    41.47    20.75    90.11    45.06    104.49    52.25
800    0.500    52.43    26.22    100.87    50.44    128.37    64.19
1000    0.800    66.42    33.21    123.56    61.78    160.11    80.06
1200    1.100    67.30    33.65    126.75    63.38    166.19    83.10
1400    1.500    76.21    38.11    148.11    74.06    175.67    87.84
1600    2.000    89.48    44.74    175.46    87.73    204.31    102.16
1800    2.500    92.68    46.34    188.01    94.01    212.94    106.47
2000    3.000    94.61    47.31    202.15    101.08    219.84    109.92
注:电费按0.5元/度,电量和费用以年计。

中国建筑设计研究院曾对深圳宝安区的供水工程进行分析,该工程主要包括提升泵站和输水管道.设计供水规模为58.7万米³/天,设计水流量为6.8米³/S(秒)。2001年底投入使用。    输水管道全长3400米,其中3340米为埋管,覆盖土深度一般为1.5米左右,60米顶管穿越高速公路。    埋管沿线工程地质条件主要以冲洪积粘土和砂砾混粘性土为主。(这与东莞地质条件相似。)    根据工程水压情况,将管线分为两段:    A段靠取水口2Km,内压0.6MPa;        B段靠出水口1.4Km,内压0.4MPa。    下面从技术和经济角度并结合本工程的特点分析比较钢管、三阶段予应力混凝土管(PCP)、予应力钢筒混凝土管(PCCP)、玻璃钢夹砂管(FRPM)。对上述各种管材的性能进行了详细的分析比较,从这些分析数据中可以更加清楚地看出FPR管比其它管材的优、特点更多、更突出。因此,本供水工程就选用了FRPM管。    另外,保山区自来水公司经过比选各种管材性能之后,也选用了FRPM管作为输水管道。该公司第三水厂,原水输水管采用的FRP管,仅用了100天,就完成了DN600-DN1000共14.8公里的管道建设,并达到了一次打压成功。    以下为各类管材的性能比较情况(列表说明):
    经济比较与性能分析如下表:
表1     管材糙率
     钢管    PCP    PCCP    FRP
糙率    0.011    0.013    0.013    0.0084
    对PCCP管的不同管径进行比较,选择经济管径:
                  表2     经济管径计算
项目 管材    管径 (mm)    杨程 (m)    年耗电费 (万元)    年耗电费现值 (万元)    工程投资   总值 (万元) (万元)
PCCP    2200    20.8    1214.2    9780.4    1733.2          11513.6
    2400    19.1    1115.1    8982.2    1855.5          10837.7
    2600    18.2    1.59.6    8534.8    2303.1          10837.9
     根据表2,在满足线路输水量6.8米³/S及相同扬程(相同耗电量)条件下,可以得出各种管材的经济管径见下表:
                   表3     经济管径选取
     钢管    PCP    PCCP    FRPM
直径(mm)    2200    2400    2400    2000
根据各种管材所受内外压的限制条件,结合工程中管线各段的内、外压,对上述四种管材进行选取定,具体确定见下表:
                      表4     工程情况表
  管材 压力    钢管    PCP    PCCP    FRPM
工程实际内、外压(MPa)    靠取水口2Km内压:0.6MPa,外压:0.017-0.08MPa 靠出水口1.4Km内压:0.4MPa,外压:0.017-0.08MPa
各种管材所需承受最大内/外压力(MPa)    0.6/0.08    0.6/0.08    0.6/0.08    0.6/0.08
       综合费用比较:
对于全线采用不同管材时工程的费用进行对比,具体见下表:
                 表5     各种管材费用比较表
靠取水口2Km
          材料 项目    钢管(DN2200)    PCP(DN2400)    PCCP(DN2400)    FRPM(DN2000)
    内/外压力0.6/0.08MPa    内/外压力0.6/0.08MPa    内/外压力0.6/0.08MPa    内/外压力0.6/0.08MPa
管材价格(元/M)    4500.0    3249.0    3752.0    2857.0
施工安装费(元/M)    458.0    938.9    912.4    621.3
材料综合费用(元/M)    4958.0    4187.9    4664.4    3478.3
施工安装费(元/M)    458.0    938.9    906.4    621.3
材料综合费用(元/M)    4958.0    4087.9    4618.4    3478.3
根据表5,对各种管材进行加权平均得到每种管材沿工作全线的综合费用为:
              表6     各种管材综合费用表  
材料   项目    钢管  DN2200    PCP  DN2400    PCCP  DN2400    FRPM  DN2000
管材价格(元/M)    4500.0    3207.8    3735.5    2857.0
施工安装费用(元/M)    458.0    938.9    909.9    621.3
材料综合费用(元/M)    4958.0    4146.7    4644.5    3478.3
     综合性能比较:对于不同管材,在进行费用分析与比较之后,需要结合工程的实际情况对各种管材的性能进行考虑,对于钢管、三阶段预应力混凝土管(PCP)、预应力钢筒混凝土管(PCCP)、玻璃钢夹砂管(FRP)建立一个综合性能比较表,这样可以更清楚的了解各种管材的优缺性能,以此作为管材选定的依据。
             表7     管材综合性能比较表
材料     钢管    PCP    PCCP    FRP
输水能力(M³/S)    6.8    6.8    6.8    6.8
糙率系数    0.011    0.013    0.013    0.0084
管径(MM)    2200    2400    2400    2000
耐久性(年)    10-20    30    50    50-70

最大内/外压         内压:0.8外压:覆土8m    内压:3.0外压:覆土6-8M    内压:2.0外压:0.15MPa
抗渗性    防渗透性最好    防渗性能一般    管身和接头防渗性较好    具有防渗层防渗性很好
防腐性    需防腐措施防腐性较差    整个钢材被砂浆保护层和混凝土包裹,防腐性能较好    在特殊条件下要采用适当的防腐蚀措施,有时须采用阴级保护,防腐性能较好    无需另加防腐和保护措施,防腐性能好
安全性(有/无毒性、污染)    存在锈蚀问题,对水质有污染    无毒、对水质无污染    无毒、对水质无污染    达到卫生部标准无毒、无污染
设计、生产标准         GBJ69-84GB5696-94    AWWAC304AWWAC301    JC/T838-1998
接头形式及个数    一般采用焊接也可加工为承插口形式    采用柔性橡胶圈密封接头接头无法偏斜接头数约:1000    采用承插口接头,滑动橡胶圈密封,插口环可以偏斜3度接头数约:667    采用双“O”型胶圈密封,接头偏转角可达3度接头数约:334
使用工程    深圳市妈湾电厂,西沥水源管线,东深供水工程。    深圳市妈湾电厂,西沥水源管线,东淡化供水工程。    深圳地区(石沙供水工程、东部引水工程):    深圳地区无使用记录,但在国内外已有类似工程使用。
安装与维修    安装时一般 需进行管道焊接较困难    管重:17.3t/条管长:4m/条施工、安装较简便    管重:21.34t/条管长:6m/条施工、安装较简便    0.6MPa管重;4.92t/条0.4mpa管重;5.1t/条;管长:12m/条施工、安装简便
材料综合费用(元/M)    4958.0    4146.7    1611.5    3478.3

从以上数据不难看出,采用玻璃钢夹砂管道的综合经济效益明显的高于其他管材。因此,近十年来,玻璃钢夹砂管道随着社会认知度的提高,不断地被石油、化工、造纸、制药、制革、冶金、城市引水、供水、排污、农业灌溉等领域所接受。特别是近年来,在城市供水和排污方面占据了广阔的市场,其应用前景十分广阔。
三、我国玻璃钢夹砂管道行业情况
自86年引进第一条纤维缠绕玻璃钢管道生产线和92年引进第一条夹砂管道玻璃钢生产线后我国陆续从意大利、美国、法国、日本引进了40多条纤维定长缠绕玻璃钢管道生产线,同时还引进了离心法生产线3条、连续缠绕生产线2条。国产定长缠绕生产线200多条,年生产能力突破60万吨。玻璃钢管道生产企业200余家,骨干企业20来家,其中,新疆永昌、河北中意、连众集团、上海耀华、辽宁水业等企业技术水平和产品质量均排在行业前列。
最有代表性的工程:
1、新疆永昌和河北中意参加的新疆引额济乌Φ3100玻璃钢管道工程受到国家计划与发展委员会表彰;
2、新疆永昌完成的全国最长玻璃钢管线工程,400KM;
3、全国最优质的广州南洲路玻璃钢顶管工程,全长5公里多,由新疆永昌公司承担,为业主节约了大量投资和工期,受到业主的好评。
在此我要特别提醒各位专家:玻璃钢管道因其轻质高强、压缩强度高、表面光滑等特点作为顶管具有不易沉头、纠偏容易、不抱管、所需顶力小、施工方便快捷等诸多突出优势。(转周强、李卓球文件)
 
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