杭州東邦復(fù)合材料有限公司
鐘堅(jiān)瑜 陳馳

　　摘要：本文從夾砂玻璃鋼管道的發(fā)展趨勢(shì)、國(guó)內(nèi)外的制造和應(yīng)用狀況，管道的結(jié)構(gòu)、制造設(shè)備及步驟，管道的基本性能、水力學(xué)特性，管道的包裝、維護(hù)和保養(yǎng)以及所產(chǎn)生的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益等諸方面進(jìn)行了評(píng)述；同時(shí)，對(duì)玻璃鋼管道的發(fā)展提出了瞻望。
　　關(guān)鍵詞：夾砂玻璃鋼管 管道 應(yīng)用

　　一、前 言

　　材料工業(yè)是一切工業(yè)的基礎(chǔ)，新型的材料工業(yè)又是發(fā)展現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的必不可少的材料工業(yè)。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，單一的材料性能已無法滿足生產(chǎn)和社會(huì)發(fā)展的需要。利用復(fù)合技術(shù)將不同特性的物質(zhì)結(jié)合一起，制成具有優(yōu)異綜合性能的復(fù)合材料應(yīng)運(yùn)而生。它能按用戶需要賦予單一組分物質(zhì)所不具有的特性，如輕質(zhì)、高強(qiáng)、絕緣、耐腐蝕、耐溫、隔熱等優(yōu)良的性能，甚至能滿足用戶在特殊工況下的要求，同時(shí)能達(dá)到節(jié)能降耗、降低成本、改善勞動(dòng)條件、三廢回收利用等綜合目的，大大提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。
　　1.1材料工業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)—非金屬?gòu)?fù)合管材的崛起
　　復(fù)合材料的發(fā)展，推動(dòng)了材料工業(yè)的巨大革命。玻璃鋼管（簡(jiǎn)稱GRP管）的誕生，標(biāo)志著非金屬管材在材料工業(yè)中的崛起，也預(yù)示著非金屬管材在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的應(yīng)用領(lǐng)域和市場(chǎng)將不斷擴(kuò)大，并越來越廣闊。玻璃鋼管是一種新型的復(fù)合材料管，它主要以玻璃纖維紗作為增強(qiáng)材料和樹脂作為基體制成，具有許多其它管材無法取代的優(yōu)越性能，被廣泛地應(yīng)用于化工企業(yè)腐蝕介質(zhì)輸送、排污、油氣輸送、農(nóng)業(yè)灌溉、海水輸送、電廠循環(huán)水，以及城市給水排水工程等許多領(lǐng)域。隨著玻璃鋼管的普及應(yīng)用，又出現(xiàn)了夾砂玻璃鋼管（簡(jiǎn)稱RPMP），這種管道不僅從性能上提高了管材剛度，而且降低了管道的成本。所以，近些年在城市給排水工程中特別受青睞。以下我們著重對(duì)夾砂玻璃鋼管的應(yīng)用作闡述。
　　1.2玻璃鋼管在國(guó)際市場(chǎng)及國(guó)內(nèi)的制造和應(yīng)用概況
　　復(fù)合材料工業(yè)中，玻璃鋼行業(yè)在目前國(guó)際市場(chǎng)上產(chǎn)量最大、用途最廣。80年代中期以來，在歐洲一些國(guó)家新敷設(shè)的大、中型供水管道中，玻璃鋼管的使用長(zhǎng)度比例達(dá)10%—50%。英國(guó)玻璃鋼管占供水總長(zhǎng)的25%以上，在預(yù)計(jì)今后的一段時(shí)間內(nèi)會(huì)增加到30%—50%。瑞典玻璃鋼管的使用長(zhǎng)度比例達(dá)40%，在直徑300mm以上的新敷設(shè)市政管道中80%采用玻璃鋼管。日本在大口徑城市供水管道中，玻璃鋼管占25%，超過鋼管的用量。在中東地區(qū)大、中型輸水管、污水管、海水淡化系統(tǒng)管道以及一些工業(yè)輸送管道，均采用了玻璃鋼管。美國(guó)自1986以來，玻璃鋼管的年產(chǎn)量超過6萬噸，所安裝的玻璃鋼管道總長(zhǎng)度為100萬千米，預(yù)計(jì)今后美國(guó)玻璃鋼管的發(fā)展速度平均將增長(zhǎng)10%。
　　我國(guó)玻璃鋼工業(yè)近年來發(fā)展很快，1992年國(guó)家建材局制定到2000年產(chǎn)量發(fā)展到30萬噸/年的規(guī)模，玻璃鋼的開發(fā)和應(yīng)用已引起了更多人的重視。八十年代至今，在夾砂玻璃鋼管纏繞設(shè)備上我國(guó)先后從意大利、日本、法國(guó)等引進(jìn)了4條纏繞管和兩條離心管生產(chǎn)線,年生產(chǎn)能力得到了很大的提高。但是，由于目前夾砂玻璃鋼管的研制開發(fā)應(yīng)用沒有得到廣泛地推廣，致使許多應(yīng)用部門對(duì)其性能、質(zhì)量及應(yīng)用領(lǐng)域沒有得到充分認(rèn)識(shí)。另外，許多企業(yè)生產(chǎn)能力也未達(dá)到飽和，所以，夾砂玻璃鋼管道在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的應(yīng)用市場(chǎng)還有待開拓。在當(dāng)前我國(guó)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)逐漸完善的大好形勢(shì)下，新型復(fù)合管材—夾砂玻璃鋼管在城市供水領(lǐng)域里將以其優(yōu)質(zhì)的性能取代其它的管材，這是復(fù)合材料工業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。在我國(guó)，夾砂玻璃鋼管的使用也逐漸在引起人們關(guān)注，長(zhǎng)距離輸水工程也越來越多，市場(chǎng)前景一片光明。據(jù)建設(shè)部預(yù)測(cè)，在我國(guó)“九五”期間我國(guó)每年需要敷設(shè)的輸水管道約1600公里，這表明夾砂玻璃鋼管潛在市場(chǎng)是有廣闊的前景的。
　　1.3 夾砂玻璃鋼管的特點(diǎn)及與時(shí)代的相適應(yīng)性
　　夾砂玻璃鋼管以其優(yōu)異的耐腐蝕性能、輕質(zhì)高強(qiáng)、輸送流量大、安裝方便、工期短和綜合投資低等優(yōu)點(diǎn)，成為化工工業(yè)及輸水工程的最佳選擇。它具有其它金屬管材無法比擬優(yōu)越性,主要具有以下特點(diǎn)：
　　1.具有優(yōu)良的耐腐蝕性能。
　　與傳統(tǒng)管材相比具有優(yōu)良的耐化學(xué)腐蝕性能，可以耐酸、堿、鹽、氧化劑、有機(jī)溶劑、各類油脂、污水、海水等。它的內(nèi)襯采用耐腐蝕性能優(yōu)良的樹脂（飲用水管道采用食品級(jí)樹脂）作為原材料，所以不需要任何防腐處理。
　　2.無毒害、無二次污染。
　　在使用過程中不結(jié)垢、不生銹、不滋生藻類和其它的微生物，不需要陰極保護(hù)及其它防護(hù)措施，不會(huì)對(duì)水質(zhì)或其它介質(zhì)產(chǎn)生二次污染。
　　3.比重小、重量輕。
　　比重僅為鋼、鑄鐵管的1/4—1/5，混凝土的2/3。管道重量大約占同規(guī)格、同長(zhǎng)度球墨鑄鐵管的1/4，混凝土管的1/10。因此，裝卸方便，易于安裝。
　　4.單根管道長(zhǎng)度長(zhǎng)。
　　管道的長(zhǎng)度一般為：6m,8m,10m,12m,16m（也可以根據(jù)客戶的要求生產(chǎn)出特殊長(zhǎng)度的管道）。單根管道長(zhǎng)，接口數(shù)量少，從而加快了安裝速度，減少故障概率，提高整條管線的安裝質(zhì)量。
　　5.機(jī)械性能好、優(yōu)良的絕緣性能。
　　管道的拉伸強(qiáng)度低于鋼，高于球墨鑄鐵管和混凝土管，而比強(qiáng)度大約是鋼管的3倍，球墨鑄鐵管的10倍，混凝土管的25倍。此外，它的導(dǎo)熱系數(shù)只有鋼管的1%，具有優(yōu)良的絕緣性，適應(yīng)使用于輸電、電信線路密集區(qū)和多雷區(qū)。性能比較如表1所示。

　　6.水力學(xué)性能優(yōu)異、節(jié)省能耗。
　　夾砂玻璃鋼管具有光滑的內(nèi)表面，適用于大口徑（≥φ500mm）輸水管道的特點(diǎn)，磨阻系數(shù)小，水力流體特性好，而且管徑越大其優(yōu)勢(shì)越明顯。正是這一特點(diǎn)，在相同直徑的管道流量中，RPMP最大。反之，在管道輸送流量相同的情況下，工程上可以采用內(nèi)徑較小的夾砂玻璃鋼管代替，從而降低了一次性的工程投入。夾砂玻璃鋼管道在輸水過程中與其它的管材相比，可以大大減少壓頭損失，節(jié)省泵的功率和能源。
　　7.熱膨脹系數(shù)小。
　　由于RPMP熱膨脹系數(shù)小，在使用中不需要加溫度補(bǔ)償措施，可在地表、地下、架空、海底、高寒、沙漠、冰凍、潮濕、酸堿等各種惡劣條件下正常使用。
　　8．使用壽命長(zhǎng)、安全可靠。
　　夾砂玻璃鋼管道設(shè)計(jì)得經(jīng)久耐用，安全系數(shù)一般都在4以上。據(jù)實(shí)驗(yàn)室的模擬試驗(yàn)表：一般給水、排水夾砂玻璃鋼管的壽命可達(dá)50年以上，是鋼管和混凝土管的2倍。對(duì)于腐蝕性較強(qiáng)的介質(zhì)，其使用壽命比鋼管和不銹鋼管高幾倍。
　　9．設(shè)計(jì)靈活、產(chǎn)品適應(yīng)性強(qiáng)
　　夾砂玻璃鋼管道可以根據(jù)用戶的各種特殊的使用要求，通過改變?cè)O(shè)計(jì)，制造出各種規(guī)格、壓力等級(jí)、剛度等級(jí)或其它特殊性能的產(chǎn)品，適用范圍廣。
　　10．采用耐腐蝕快速接頭。
　　接頭一般采用兩種連接方式：兩道“O”形密封圈和反力彈性密封環(huán)（如圖1）。安裝方便、可靠、密封性、耐腐性好，接頭可在小角度的范圍內(nèi)任意調(diào)正管線的方向。

　　11．綜合造價(jià)低、長(zhǎng)期經(jīng)濟(jì)效益好。
　　對(duì)于相同口徑的管材，RPMP單管管材價(jià)格稍高于混凝土管，而低于鑄鐵管和鋼管。管道口徑越大，管材造價(jià)差別也越大。因此，若考慮到管道長(zhǎng)期使用的維護(hù)費(fèi)用和動(dòng)力消耗等其它的運(yùn)行費(fèi)用，以及使用年限和輸送能力等因素，RPMP的綜合效益均優(yōu)于其它管材。
　　正因?yàn)閵A砂玻璃鋼管具有以上一系列的優(yōu)點(diǎn)，必將逐步取代傳統(tǒng)的鋼管、鑄鐵管等管材，具有時(shí)代的相適應(yīng)性。這種相適應(yīng)性主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一，該產(chǎn)品新穎性反映在技術(shù)工藝先進(jìn)，結(jié)構(gòu)選材更合理；第二，該產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性更反映在夾砂玻璃鋼管獨(dú)特卓越的性能上，而產(chǎn)品價(jià)位正在逐步降低；第三，該產(chǎn)品的實(shí)用性更廣。它能適用于各種土壤條件，即使在高酸、高堿的土壤中也不需要化學(xué)防護(hù)，大大地提高了管材的使用壽命。總之，夾砂玻璃鋼管將隨著我國(guó)社會(huì)主義經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，必將獲得推廣和應(yīng)用。

　　二、PM管的構(gòu)成及制作

　　玻璃鋼管，就是玻璃纖維增強(qiáng)樹脂管（GRP管），其成型的方法通常有如下幾種：
　　1.玻璃纖維粗紗纏繞成型;
　　2.夾砂連續(xù)玻璃纖維粗紗增強(qiáng)樹脂纏繞成型;
　　3.夾砂定長(zhǎng)玻璃纖維粗紗增強(qiáng)樹脂纏繞成型（RPMP）;
　　4.玻璃布卷制成型;
　　5.玻璃纖維短切粗紗增強(qiáng)樹脂—砂漿離心澆鑄成型等。
　　其中，最先進(jìn)、最有代表性的是（夾砂）定長(zhǎng)玻璃纖維粗紗增強(qiáng)樹脂纏繞成型工藝，下面就此成型法作詳細(xì)的說明。
　　2.1 RPM管的管壁內(nèi)、外層結(jié)構(gòu)、各層材料及作用
　　夾砂玻璃鋼管從功能上分，可簡(jiǎn)化成五層，如圖2。

　　2.2 GRP管的纏繞成型原理及制造設(shè)備
　　2.2.1成型原理
　　纖維纏繞成型是在控制張力和預(yù)定線型的條件下,以浸有樹脂膠液的連續(xù)玻璃纖維紗纏繞到芯模或模具上成型增強(qiáng)塑料制品的一種方法。其纏繞成型原理如圖3所示。

　　2.2.2 制造設(shè)備
　　定長(zhǎng)長(zhǎng)絲纏繞管工藝所用的設(shè)備按制作流程主要包括制襯機(jī)、固化裝置、纏繞加砂機(jī)、脫模機(jī)、修整機(jī)五部分。下面主要介紹纏繞管設(shè)備原理。
　　1.制襯機(jī)
　　制襯機(jī)是制作管道內(nèi)襯的設(shè)備，它由車頭箱、模芯、車尾座、工作平臺(tái)、工作小車、樹脂噴涂機(jī)、電控柜等組成。
　　車頭箱由電動(dòng)機(jī)通過減速器，聯(lián)軸器提供芯模的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；工作小車的往復(fù)運(yùn)動(dòng)則通過小車的驅(qū)動(dòng)裝置沿工作平臺(tái)導(dǎo)軌運(yùn)行。芯模的轉(zhuǎn)速與工作小車的運(yùn)行速度的調(diào)節(jié)，由電控柜來控制。樹脂噴涂機(jī)用來輸送制襯時(shí)所需的樹脂、固化劑。
　　2．固化裝置
　　固化裝置是管道制襯或纏繞后使其快速固化的設(shè)備，主要由車頭箱、車尾座、電加熱器、電控制柜組成。
　　3．纏繞加砂機(jī)
　　纏繞加砂機(jī)是定長(zhǎng)玻璃鋼夾砂管生產(chǎn)線的主要設(shè)備。該機(jī)有計(jì)算機(jī)控制完成管道的環(huán)向纏繞、螺旋纏繞、加砂纏繞工序。其主要的結(jié)構(gòu)由車頭箱、車尾座、工作平臺(tái)、纏繞工作車、加砂工作車、恒溫樹脂槽、樹脂噴涂機(jī)、紗架、微機(jī)控制柜等部分組成。
　　車頭箱的作用是帶動(dòng)芯模旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，與工作車往復(fù)運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào)匹配用計(jì)算機(jī)控制，以適應(yīng)各種纏繞工藝的需要。
　　纏繞工作車的往復(fù)運(yùn)動(dòng)是沿著工作平臺(tái)兩側(cè)導(dǎo)軌進(jìn)行。纏繞工作車上裝有浸膠裝置，通過專門的輸砂設(shè)備把石英砂均勻地加在芯模上。
　　4．脫模機(jī)
　　脫模機(jī)的任務(wù)是將玻璃鋼夾砂管從芯模上脫離出來。
　　5．修整機(jī)
　　修整機(jī)的任務(wù)是對(duì)管道的承口、插口兩端面和插口外密封圈環(huán)槽進(jìn)行機(jī)加工，以達(dá)到產(chǎn)品要求的形狀尺寸。
　　修整機(jī)主要由車頭箱、車尾座、承口切刀裝置、插口端面切刀裝置、插口外徑磨削裝置、電控柜等組成。
　　修整機(jī)的車頭箱、車尾座與纏繞機(jī)基本相同，主要是驅(qū)動(dòng)、支承模具的旋轉(zhuǎn)。
　　插口、承口兩端面的切刀裝置，是由電動(dòng)機(jī)直接帶動(dòng)特制切刀，固定在一個(gè)能夠進(jìn)退刀的底座上。工作時(shí)啟動(dòng)，將管道端面切平修正。
　　插口外徑的磨削，則通過電機(jī)帶動(dòng)特殊磨刀來實(shí)現(xiàn)。刀具是根據(jù)插口外表形狀尺寸設(shè)計(jì)制造的。磨削時(shí)，工件和磨刀同時(shí)旋轉(zhuǎn)，磨刀還要通過進(jìn)退刀裝置作進(jìn)刀運(yùn)動(dòng)。進(jìn)刀裝置上設(shè)有限位塊。當(dāng)進(jìn)刀深度到位時(shí)，限位控制進(jìn)刀停止，插口外徑磨好后，刀架退回。
　　2.3 RPM管的制作過程
　　RPM管的制作根據(jù)其成型的工藝流程可以分為以下七個(gè)步驟：
　　1.設(shè)備配備、芯模的準(zhǔn)備
　　在管道開始制作以前，應(yīng)當(dāng)檢查機(jī)械設(shè)備配備是否完善，條件具備后在模具上均勻涂刷一層脫模劑，然后外包一層薄膜。
　　2.內(nèi)襯的糊制
　　首先在準(zhǔn)備好的模具外表面上涂刷一層內(nèi)襯樹脂，再按工藝規(guī)定的層數(shù)包覆內(nèi)襯材料，用樹脂使其內(nèi)襯材料充分浸透。
　　3.管道的纏繞
　　在內(nèi)襯層尚未完全固化（表面有粘手感）時(shí),開始進(jìn)行增強(qiáng)層的纏繞,纏繞參數(shù)按工藝要求進(jìn)行制作。
　　4.管道固化
　　將纏繞好的管道吊至固化架上進(jìn)行固化，直至其完全固化。
　　5.管道脫模
　　將固化好的管道吊至脫模架上，把芯模從管道中脫出。
　　6.管道修整
　　管道脫模以后，按規(guī)定技術(shù)要求對(duì)管道進(jìn)行外觀及尺寸上的修整。
　　7.水壓試驗(yàn)
　　對(duì)制作成型的管道應(yīng)按要求進(jìn)行水壓試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求才能視為合格。

　　三、PM管的物理性能

　　根據(jù)設(shè)計(jì)的RPM管的管壁結(jié)構(gòu),其物理性能如下:
　　3.1 比重
　　1900Kg/m³-2000 Kg/m³3.2 模量
　　最高軸向拉伸彈性模量 12500 Mpa
　　最高環(huán)向拉伸彈性模量 25000 Mpa
　　3.3 環(huán)向、軸向拉伸強(qiáng)度
　　初始環(huán)向拉伸、軸向拉伸強(qiáng)度如表3。

　　3.4 最小極限應(yīng)變
　　環(huán)向拉伸 初始—1.4%
　　　　　　 50年—0.9%
　　環(huán)向彎曲 初始—1.9%
　　　　　　 50年—1.2%
　　軸向拉伸 初始—0.4%
　　3.5 泊桑比 0.25—0.4
　　3.6 剛度
　　夾砂玻璃纖維熱固性樹脂管，在一定的外部荷載下，不會(huì)因外力引起變形而發(fā)生結(jié)構(gòu)破壞，它的性能受管壁因外力或內(nèi)壓引起的應(yīng)變量的影響。可允許的應(yīng)變量級(jí)，又受樹脂類型和生產(chǎn)方法等變量因素的影響。因此，必須控制管道的變形，保證應(yīng)變量不能過大。
　　剛度表述的是管道對(duì)外部荷載和內(nèi)部負(fù)壓的承受能力，其值可用規(guī)定長(zhǎng)度的管段，在規(guī)定（3%或5%）的限量變形下求得。
　　計(jì)算公式：
　　S=0.0186×F/⊿Y N/m²
　　F=W/Lx N/m
　　⊿Y=dm×規(guī)定的相對(duì)變形 m
　　W-荷載N
　　Lx-管段長(zhǎng)度 m
　　Dm=De-e
　　De-管外徑 m
　　e-管壁厚 m

　　對(duì)地下埋設(shè)管來說，作用在埋設(shè)管上方的回填土荷載及活動(dòng)荷載，將引起管道垂直方向減小，水平方向直徑增大，發(fā)生所謂的橢圓化作用。在管道發(fā)生橢圓化的過程中，管壁水平側(cè)向外移，引起管道兩側(cè)土壤的被動(dòng)阻力，這種阻力有利于管道對(duì)外荷載的支承。
　　回填被動(dòng)阻力的大小，決定于土壤的類型、土壤的密度、土壤的覆蓋深度以及有無地下水等因素。土壤被動(dòng)阻力越大，管道的變形就越小。因此，對(duì)地下管而言，正確的施工技術(shù)，就是要盡可能增加土壤的被動(dòng)阻力，以防止管道的過大變形。
　　管道的剛度表示管道抵抗外部土載、活載、水壓及負(fù)壓等能力，初始環(huán)向剛度符合表4要求。

　　1.3.7 松弛
　　同其它許多工程材料一樣，RPM管也有松弛性,它是由長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)得出的。松弛性是用來確定安全工作載荷，例如剛度比（ SRA ）：
　　SRA=長(zhǎng)期剛度/短期剛度

　　增強(qiáng)的和非增強(qiáng)的塑料制品，標(biāo)準(zhǔn)的制定是以這種材料在應(yīng)力作用下發(fā)生蠕變?yōu)榍疤幔捎谟腥渥儼l(fā)生，就導(dǎo)致這種材料的物理性能將隨時(shí)間的增加有所變化。因此，通常是以50年的強(qiáng)度為產(chǎn)品制造設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。
　　1.3.8 最大使用條件
　　夾砂玻璃鋼管在80℃以下的溫度，PH值在1.0-11可以連續(xù)輸送生活用水、廢水、污水或廢料。如超出以上范圍應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要更換樹脂。
　　1.3.9 耐侯性及熱效應(yīng)
　　RPM管可長(zhǎng)期露天儲(chǔ)放，對(duì)其結(jié)構(gòu)無任何影響，只是表面有些輕微粗糙。
　　熱膨脹系數(shù)一般為：
　　軸向---3×10^-5/℃
　　環(huán)向---2×10^-5/℃
　　非壓力管--2×10^-5/℃
　　壓力管—1.5×10^-5/℃
　　1.3.10 水力粗糙度
　　在不同水力計(jì)算公式中的有關(guān)系數(shù)如下：
　　Colebrook White粗糙度系數(shù) K=0.01
　　Hazen Williams系數(shù) c=150~155
　　Mannings n=0.008
　　說明：以上數(shù)據(jù)是由中科院測(cè)試而得的。
　　1.3.11 水力學(xué)性能
　　管道內(nèi)表面很光滑，粗糙率和摩擦阻力都很小。計(jì)算水力學(xué)所用的哈森-威廉系數(shù)C可以長(zhǎng)期保持在150-155的范圍內(nèi)，由哈森-威廉方程算出的壓頭損失遠(yuǎn)比混凝土管和鋼管要小，提高輸送水能力20%以上。因此在輸送能力相同情況下，工程上可以采用內(nèi)徑較小的玻璃鋼管代替（詳見表5），從而降低一次性的工程投入。如四川省某一供水工程原設(shè)計(jì)采用鑄鐵管管徑為DN450，改用夾砂玻璃鋼管后，經(jīng)設(shè)計(jì)單位計(jì)算只需采用管徑為DN300的管道就可以滿足使用要求，管徑減少了22%；相反，若采用同等內(nèi)徑的玻璃鋼夾砂管可比其它材質(zhì)管減少壓頭損失，節(jié)省泵的功率和能源，從而減少長(zhǎng)期的運(yùn)行費(fèi)用。下面即是常用計(jì)算壓力損失的哈森-威廉公式：

　　hf=[42.23Q/(c)(d^2.36)]^1.85

　　其中：
　　hf-壓力損失（m）
　　Q-流量（m³/s）
　　c-粗糙度系數(shù)150-155
　　d-公稱直徑（m）

　　四、RPM管配件

　　4.1 定型管配件的配定
　　RPM管的定型管配件常見的主要有四種:彎頭、三通、法蘭短節(jié)、異徑管。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖4、尺寸配定如表6。

　　注：以上尺寸根據(jù)實(shí)際安裝情況等可能有變動(dòng)。
　　4.2 現(xiàn)場(chǎng)制作的配件
　　在管道安裝的過程中,往往根據(jù)實(shí)際情況需要現(xiàn)場(chǎng)制作管配件。這種常見的管道配件也如上幾種，而與定型配件所不同的是，配件的有關(guān)具體尺寸是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)管線的相對(duì)位置測(cè)量出來的。這種現(xiàn)場(chǎng)制作出來的管配件安裝起來更方便、更迅速。

　　五、RPM管的包裝、保養(yǎng)、維護(hù)

　　5.1 管道的包裝
　　管道在生產(chǎn)完畢后，經(jīng)過嚴(yán)格地檢驗(yàn)確認(rèn)為合格品，方才能對(duì)其進(jìn)行包裝。產(chǎn)品包裝時(shí)應(yīng)按產(chǎn)品特性要求一般采用單根兩端用草繩、草片、草包等方式包裝。謹(jǐn)防管道在運(yùn)輸過程中，相互之間發(fā)生碰撞，而磨損管道外壁及端口。特別是對(duì)于管道、管件帶法蘭包裝時(shí)，應(yīng)注意對(duì)法蘭的端面水線及密封面進(jìn)行保護(hù)，防止被磨損。
　　5.2 管道的吊裝
　　在對(duì)管道裝卸的過程中,仍需對(duì)管道加以控制,嚴(yán)禁使用鋼絲繩或其它硬質(zhì)物,應(yīng)該使用軟繩或軟質(zhì)帶吊裝。采用機(jī)械裝卸時(shí)，用兩個(gè)支撐點(diǎn)，可以使其它更容易控制，管道的支撐點(diǎn)也可以只有一個(gè)，但切不可用繩子貫穿其兩端來裝卸管道。吊裝時(shí)應(yīng)輕吊輕放，嚴(yán)禁拋投。
　　5.3 管道的運(yùn)輸
　　在管道的施工現(xiàn)場(chǎng),如有必要進(jìn)行運(yùn)輸?shù)脑?管道的底部嵌入木楔使之保持穩(wěn)定,確保沒有兩根管道相接觸的情況發(fā)生。裝運(yùn)管道的最高高度為2米，使用柔韌的帶子或繩子將它們固定在運(yùn)輸工具上，千萬不要用沒有襯墊的鋼絲或鏈條以免使管道發(fā)生磨損。另外，最大撓曲量不要超過1.5%，因?yàn)樵跇O限值以內(nèi)的情況下會(huì)導(dǎo)致管道的損壞。
　　5.4 管道的存放
　　夾砂玻璃鋼管，象其它所有石油化學(xué)產(chǎn)品制成的管道一樣是可燃的，所以建議不應(yīng)將它放置在熱源暴露的地方。在安裝過程中，必須小心謹(jǐn)慎以防止管道暴露在電焊的火星和切割的火焰及熱/火/電源的附近。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)用揮發(fā)性或易燃材料進(jìn)行修補(bǔ)管道或接頭時(shí)，這些預(yù)防措施是非常重要的。
　　當(dāng)管道直接放于地上時(shí)，注意地面要平坦，不能有石塊和容易引起管道損壞的尖利物體，所有的管道需加墊木楔以防止?jié)L動(dòng)。應(yīng)保證管道在強(qiáng)風(fēng)、不平的地區(qū)或其它水平條件下堆放得穩(wěn)定。堆放高度不可以超過2米，1400毫米以上的管道切不可疊放。管道的最大徑向撓曲不可超過直徑的1.5%，不允許凸起、扁平和其它突然的曲率變化。在這些極限值的情況下存放將會(huì)損壞管道。
　　現(xiàn)場(chǎng)堆放管道建議按下列規(guī)定（如表7）

　　對(duì)于管道的接頭應(yīng)置于陰涼處，切勿將其暴露于陽(yáng)光下。不要將橡膠與脂類、油類等其它石油衍生物及溶劑相接觸。
　　5.5 管道安裝應(yīng)注意的維護(hù)要求
　　夾砂玻璃鋼管安裝前選擇適合的安裝類型由管道的剛度、埋深和原土類型決定的。為了使管道具有足夠的支撐，根據(jù)原土條件要對(duì)管區(qū)的回填材料加以適當(dāng)?shù)南拗啤０惭b管道的初期和長(zhǎng)期的扭曲不能超過有關(guān)的規(guī)定，否則將達(dá)不到管道長(zhǎng)期使用的目的。
　管道的墊層應(yīng)遵照要求使用砂或礫石。在溝底夯實(shí)之后再鋪設(shè)墊層應(yīng)夯實(shí)到90%的密實(shí)度，以保證管道有足夠的支撐，建成后的管床應(yīng)平整，而且能夠給管道以長(zhǎng)期穩(wěn)定的支撐。基礎(chǔ)區(qū)土壤的夯實(shí)程度，應(yīng)等于主管區(qū)回填的夯實(shí)程度，或者說應(yīng)使其土壤阻力特性一致。在管道的接頭處，為滿足安裝的需要，接頭處必須超挖。安裝時(shí)管道不得離開管底表面，安裝結(jié)束后，再按要求夯實(shí)接頭處的超挖部位。如果在管溝遇到巖石、硬土層，松軟而不穩(wěn)定的土壤或高度膨脹的土壤，那么就有必要增加墊層的厚度來達(dá)到管道底部的足夠支撐。
　　管道在連接好后，管區(qū)一定要馬上回填，這樣可以防止管道的浮動(dòng)和熱變形的發(fā)生。管道的浮動(dòng)將破壞管道和管接頭，造成不必要的重新安裝。熱變形是指由于安裝時(shí)的溫度與長(zhǎng)時(shí)間的羅列、曝曬的溫度差異而導(dǎo)致的變化，這將造成接頭處的密封不嚴(yán)。
　　管區(qū)回填材料的正確選擇以及管區(qū)回填的埋設(shè)和夯實(shí)，對(duì)控制管道徑向撓曲是非常重要的，對(duì)管道的正常運(yùn)行也是非常關(guān)鍵的。為防止回填材料中混入有機(jī)雜質(zhì)或其它外來有害材料，施工時(shí)一定要加倍小心，否則會(huì)造成管道側(cè)向支撐。為給管道以充分的支撐，在不將管道吊起的情況下，施工人員可用棍棒（鈍器）將回填材料夯實(shí)。
　　管區(qū)應(yīng)分層回填，每次回填厚度約150-300mm,這要取決于回填材料和夯實(shí)方法。由于礫石或碎石極易夯實(shí)，用此材料回填時(shí)，300mm厚的土壤可以夯實(shí)到要求的密度。如果是砂子則需要更多的夯實(shí)工作，因此它的回填厚度只能控制在150mm以內(nèi)。注意逐層夯實(shí)回填材料對(duì)于管道是否能有足夠的支撐是非常重要的。當(dāng)砂質(zhì)的回填材料處于或接近它的最佳濕度時(shí)，夯實(shí)最易完成。當(dāng)回填材料回填到管道的起拱線時(shí)，為避免管道受到外來夯擊荷載的作用，所有夯實(shí)都應(yīng)從管溝壁開始逐漸向管道靠近。用這種方法鋪設(shè)，夯實(shí)管區(qū)回填材料，管道將發(fā)生輕微的垂直方向的橢圓變形。當(dāng)回填到管頂時(shí)，完工后垂直方向的橢圓變形≤直徑的1.5%,但必須注意不能在管頂上方過分用力夯實(shí)，這樣會(huì)引起管道局部凹凸不平，而且必須保證管道頂上的覆土不能疏松，一定要達(dá)到密實(shí)度。
　　管道的埋深決定于管道設(shè)計(jì)、使用條件、管道的性能、管道的尺寸及現(xiàn)場(chǎng)條件，例如土壤的性能、靜態(tài)荷載、動(dòng)態(tài)荷載等。一定要注意管道溝槽的深度，必須使管道處于冷凍線以下。覆蓋的深度，應(yīng)有效地保證埋入地下的管道不受地下水的漂浮力的影響。
　　在管道施工完畢后，因固定管道采用柔性的橡膠圈接頭，當(dāng)管線加壓后，在管線兩頭、彎頭、三通、變徑、盲端等許多地方會(huì)產(chǎn)生不平衡的應(yīng)力以及發(fā)生管線偏移等現(xiàn)象，如果周圍的土壤對(duì)管線不能提供足夠的約束力的話，也極可能造成管線的損壞，所以，為了確保管線正常運(yùn)行，避免上述現(xiàn)象的發(fā)生，必須采取措施來約束這種不平衡的應(yīng)力，預(yù)防管線的損壞。通常采用的方法是用水泥固定墩固定。固定的水泥墩的尺寸可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，以能滿足使用要求為準(zhǔn)。
　　5.6 事故處理及修補(bǔ)
　　管線在使用過程中，遇到某一部位滲漏，可采用緊急修補(bǔ)方法。具體做法是，先將滲漏之處的土挖開，仔細(xì)檢查滲漏部位及滲漏面積的大小，停水降壓，根據(jù)滲漏大小部位挖出工作坑，若出水量大，用抽水機(jī)將溢出水抽干。根據(jù)破損情況可試行作如下處理：
　　1．若破損之處直徑在φ200mm以下，可用預(yù)先制作好的法蘭短節(jié)（接口面與管面相吻合），
　　將連接面及直徑在400mm范圍內(nèi)打磨平整。在管線滲漏之處，接觸面用5mm厚橡皮墊片墊上，法蘭短節(jié)兩邊用特制的抱箍固定在管線上，及時(shí)將滲漏的水吸掉，保證法蘭短節(jié)外部無水滲出。同時(shí)，將接管外漏橡皮用刀片割去。用玻璃鋼增強(qiáng)的方法，將法蘭短節(jié)連接在管線上。固化后（一般12小時(shí)后）用盲板將法蘭盲上，采用此法不必將管內(nèi)之水抽干。
　　2．若破損之處直徑超過200mm或長(zhǎng)度方向較長(zhǎng)，則必須將管道內(nèi)的水抽干，將破損處兩端用角向磨光機(jī)割去，按割去管段的長(zhǎng)度接上一段管道，接口處兩端加上玻璃鋼套筒，間隙用膨脹水泥密封，同時(shí)在膨脹水泥制作完畢后，外用玻璃鋼手糊的方法密封增強(qiáng)。待膨脹水泥保養(yǎng)時(shí)間到后即可通水。
　　3．若允許停水的時(shí)間超過24小時(shí)，則可將破損之處兩端割去后，按割去管段的長(zhǎng)度接上一段管道，接口處兩端玻璃鋼對(duì)接方法將管道連接上。

　　六、RPM管道的經(jīng)濟(jì)性、適用性分析

　　目前，城市供水中所使用的大口徑管道出現(xiàn)生銹、結(jié)垢等現(xiàn)象，會(huì)嚴(yán)重地污染水質(zhì)，而夾砂玻璃鋼管內(nèi)層采用防腐性能優(yōu)良的食品級(jí)樹脂作為原材料，因此管道不生銹、不結(jié)垢，可以徹底解決目前自來水輸送中水源二次污染問題，提高居民用水的質(zhì)量，且管道的價(jià)格稍低于鋼管、球墨鑄鐵管，安裝運(yùn)輸成本低，水能耗低，社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益明顯。以下是根據(jù)杭州自來水公司提供的數(shù)據(jù)，在同一工程環(huán)境條件下使用鋼管、球墨鑄鐵管、加砂玻璃鋼管、水泥管在綜合成本上的比較如表8。
　　工程使用條件：
　　管道規(guī)格：DN1000
　　土壤條件：三類干土
　　施工方式：人工挖溝槽上方、并平整場(chǎng)地填土夯實(shí)

　　注： 表中
　　　　（四）=(一)+(二)+(三）； (二)= 1 + 2； 1 = (1)+(2)+(3)；
　　　　 (三) = 3 + 4 ； 3 =(4)+(5)+(6)； (六)=（四）+(五)。
　　　　 1鋼管和球墨鑄鐵管的數(shù)據(jù)由杭州供水工程公司提供；
　　　　 2水泥管的數(shù)據(jù)為杭州市中河路現(xiàn)場(chǎng)安裝數(shù)據(jù)；
　　　　 3以上成本比較若加上運(yùn)輸、使用能耗及維修服務(wù)項(xiàng)目，則加砂玻璃管綜合效益最好。

　　工程的綜合效益是指由建設(shè)投資、安裝維修費(fèi)用、使用壽命、節(jié)能等多種因素形成的總體成本長(zhǎng)遠(yuǎn)效益。從表8可以看出，如果考慮到管道的各種功能和使用的長(zhǎng)期性，夾砂玻璃鋼管的綜合效益是最好的，特別是管徑越大，成本越低，而且對(duì)于埋地管可連續(xù)使用幾十年，無需年年檢修，更可以發(fā)揮它優(yōu)越的綜合效益，具有很強(qiáng)的適用性。
　　對(duì)于水泥管、鑄鐵管、夾砂玻璃鋼管在不同口徑管道下的輸水能力、耗能比較（如表9）：

　　注：1、計(jì)算有關(guān)的參數(shù)：混凝土：f=0.00232,m=2,b=5.33;鑄鐵管：f=0.00179,m=1.9,b=5.1;夾砂玻璃鋼管：f=0.000915,m=1.77,b=4.77。2、 沿程損失hf=fLQ^m/d^b。3、泵容：N=10Qhf/0.65,年耗電量：E=N·8760度（kW·h）。
　　從表9數(shù)據(jù)可以看出，各種管道輸水能力、耗能比較，夾砂玻璃鋼管在沿程水頭損失最小，年耗電量最少。夾砂玻璃鋼管的沿程水頭損失、年耗電量分別大約為水泥管的40%，鑄鐵管的50%。這種優(yōu)勢(shì)正是由夾砂玻璃鋼的特性所決定的，具有其它管道無法比擬的優(yōu)越性。
　　在下表10中，列出了不同的管徑的夾砂玻璃鋼在常用流速范圍內(nèi)，管道的輸水能力，其壓力損失采用的是常用的哈森-威廉方程計(jì)算所得。
　　由哈森-威廉公式，摩擦阻力系數(shù) f的計(jì)算為：
　　f=194.62/(C^1.852D^1/6V^0.148)
　　Hf=f·v²/(2Dg)
　　式中　C RPMP取150
　　　　　D 管道計(jì)算內(nèi)徑
　　　　　V 流速
　　　　　g 重力加速度 9.81m/s²

　　由表10的計(jì)算可以看出，對(duì)于同口徑的夾砂玻璃鋼管，流速增加，壓力損失逐漸增大，但隨著管徑的逐漸增大，管道的壓力損失會(huì)逐漸減小。所以，對(duì)于口徑越大的夾砂玻璃鋼管，其水力特性越好。
　　綜上所述，夾砂玻璃鋼管的廣泛應(yīng)用前景可觀，具有良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

　　7 瞻望

　　經(jīng)過多年的研制及應(yīng)用的事實(shí)表明,我國(guó)的RPM管道工業(yè)發(fā)展比較緩慢,同工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比,在原材料、工藝裝備、技術(shù)管理、工程設(shè)計(jì)、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、施工規(guī)范、應(yīng)用范圍等方面存在著很大的差距。
　　7.1 原材料
　　7.1.1 樹脂
　　國(guó)外管道用樹脂性能高、品種全、系列化；間苯型不飽和聚酯已占30%多，已漸漸成為通用型不飽和聚酯樹脂，根據(jù)使用需要，有多種專用樹脂和助劑滿足要求。而我國(guó)管道用樹脂90%是不飽和聚酯樹脂以鄰苯型為主，通用型約占60～70%。間苯型聚酯樹脂只有極少量的生產(chǎn)，而且價(jià)格貴。其它高性能專用樹脂幾乎沒有。這些因素都影響了使用。
　　7.1.2 增強(qiáng)材料
　　國(guó)外有適合纏繞需要的并配有多種專用浸潤(rùn)劑的無捻粗紗、氈材、方格布等。規(guī)格多，品種全，質(zhì)量?jī)?yōu)，滿足使用要求。國(guó)內(nèi)除少數(shù)引進(jìn)玻纖生產(chǎn)廠有用專用纏繞浸潤(rùn)劑的無捻粗紗外，大部分玻纖廠生產(chǎn)的無堿、中堿纏繞無捻粗紗缺少專用浸潤(rùn)劑，因此浸潤(rùn)性較差。氈材有的厚薄不均，所以國(guó)內(nèi)增強(qiáng)材料規(guī)格、品種都不能很好地滿足生產(chǎn)夾砂玻璃鋼管的需要。
　　7.2 纏繞設(shè)備和管件
　　國(guó)內(nèi)目前引進(jìn)的自制管生產(chǎn)線利用率只有20%左右，纏繞成型的工藝只占其它成型工藝的3.5%,有待進(jìn)一步開發(fā)市場(chǎng),充分發(fā)揮現(xiàn)有設(shè)備的生產(chǎn)能力。目前大口徑管件多采用手糊和噴射法成型，不配套、質(zhì)量差。
　　7.3 技術(shù)管理
　　現(xiàn)在許多玻璃鋼廠家缺乏技術(shù)人才，職工文化低，專業(yè)質(zhì)量差，形成產(chǎn)品無設(shè)計(jì)，選材無標(biāo)準(zhǔn)，檢驗(yàn)無手段，產(chǎn)品無檢驗(yàn)的局面；結(jié)果造成質(zhì)量事故，從而使用戶對(duì)RPM管道制品產(chǎn)生了很大的心理障礙，嚴(yán)重地影響了RPM管道的推廣和應(yīng)用。
　　7.4 夾砂玻璃鋼管的價(jià)格
　　玻璃鋼管道過去比同管徑的鋼管價(jià)格高30%～50%,綜合造價(jià)卻比鋼管低20%～30%，但一次性投資太高，建設(shè)單位和使用單位卻難以接受。新產(chǎn)品夾砂玻璃鋼管的出現(xiàn)，大幅度降低了管道的價(jià)格，然而問題的關(guān)鍵是要使人們認(rèn)識(shí)到大口徑RPM管道在輸水工程應(yīng)用中的綜合效益和現(xiàn)在與同口徑鋼管價(jià)差縮小的現(xiàn)實(shí)。
　　7.5 建議
　　7.5.1 優(yōu)惠政策
　　國(guó)家應(yīng)采取優(yōu)惠政策,建立管道專業(yè)化生產(chǎn)工廠和使用基地,并對(duì)生產(chǎn)和使用單位在貸款、利稅等方面給予優(yōu)惠，特別是鼓勵(lì)使用的優(yōu)惠政策。為建立我國(guó)RPM管生產(chǎn)基地和推廣工作。
　　7.5.1 做好引進(jìn)和吸收工作
　　玻璃鋼廠家應(yīng)該定期組織與有關(guān)研究院、所、高校合作和交流，引見國(guó)外的先進(jìn)的技術(shù)和管理方式，吸取多家之長(zhǎng)，補(bǔ)己之短，不斷地提高企業(yè)的技術(shù)實(shí)力。
　　7.5.2 加強(qiáng)企業(yè)管理,提高產(chǎn)品質(zhì)量意識(shí)
　　目前,玻璃鋼廠家不注重企業(yè)內(nèi)部的管理,對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量意識(shí)淡薄，引起玻璃鋼管道推廣和應(yīng)用的負(fù)面影響。所以，企業(yè)應(yīng)注重對(duì)員工文化和專業(yè)素質(zhì)的提高，培養(yǎng)大家集體主人翁的責(zé)任感，增強(qiáng)產(chǎn)品質(zhì)量意識(shí)。只有這樣，企業(yè)發(fā)展才能上一個(gè)臺(tái)階，玻璃鋼工業(yè)才能得到更大發(fā)展。

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