玻璃钢管道、钢套筒比较

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玻璃钢管道、钢套筒比较
发布时间:2012-02-17 09:46:36  来源:本站  作者:畅元玻璃钢

 一、总体比较

1、玻璃钢管道

1)耐腐蚀性好,对水质无影响:
玻璃钢管道能抵抗酸、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流体的侵蚀。比传统管材的使用寿命长,其设计使用寿命一般为50年以上。
对夹砂玻璃钢管道而言,更多的是在市政、城市输配管网方面的应用,由于其具有无毒、无锈、无味、对水质无二次污染、无需防腐、使用寿命大大延长、安装简便等优点,因此,受到了给排水行业的欢迎。
2
)防污抗蛀:
不饱和聚酯树脂的表面洁净光滑,不会被海洋或污水中的甲贝、菌类等微生物站污蛀附,以致增大糙率;减少过水断面,增加维护费用。玻璃钢管道无这些污染,长期使用洁净如初。同时由于其内壁光滑,且有优异的抗蚀性能,不会产生水垢和微生物的滋生,有效保证水质,保持水阻的稳定。而传统管材还存在日后水阻增大和表面结垢的现象。
3
)耐热性、抗冻性好:
-30℃状态下,仍具有良好的韧性和极高的强度,可在-50~80的范围内长期使用,采用特殊配方的树脂还可在15O℃以上的温度工作。
4
)自重轻、强度高,运输安装方便;
采用纤维缠绕生产的夹砂玻璃钢管道,其比重在1.65-2.0,只有钢的14,但玻璃钢管的环向拉伸强度为180300MPa,轴向拉伸强度为60150MPa,近似合金钢。因此,其比强度(强度/比重)是合金钢的23倍。这样它就可以接用户的不间要求,设计成满足各类承受内、外压力要求的管道。对于相同管径的单重。FRP管只有碳素钢管(钢板卷管)的1/2.5,铸铁管的1/3.5,钢套筒管的1/8左右,因此运输安装十分方便。玻璃钢管道每节长度12米,比钢套筒管可减少近三分之二的接头。它的承插连接方式,安装快捷简便,同时降低了吊装费用,提高了安装速度。
5
)摩擦阻力小,输送能力局:
玻璃钢管内壁非常光滑,糙率和摩阻力很小。糙率系数为0.0084,而钢套筒管的n值为0.012,因此,玻璃钢管能显著减少沿程的流体压力损失,提高输送能力:因此,可带来显著的经济效益:
在输送能力相同时,工程可选用内径较小的玻璃管道,从而降低一次性的工程投入;
采用同等内径的管道,玻璃钢管道可比其他材质管道减少压头损失,节省泵送费用;
可缩短泵送时间,减少长期运行费用。
6
)电、热绝缘性好:
玻璃钢是非导体,管道的电绝缘性特优,绝缘电阻在10121015Ω· cm,超适应使用于输电、电信线路密集区和多雷区;玻璃钢的传热系数很小,只有0.23,是钢的5‰,管造的保温性能优异。
7
)耐磨性好:
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30O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;经表面硬化处理的钢管为0.48mm,玻璃钢管为0.21mm。由此可以说明其相当耐磨。
8
)维护费用低:
玻璃钢管由于上述的耐腐、耐磨和抗冻和抗污等性能,因此工程不需要进行防锈、防污、绝缘、保温等措施和检修。对地埋管无需作阻极保护,可节约工程维护费用70%以上。1
9
)适应性强:
玻璃钢管可根据用户的.各种特定要求,诸如不同的流量、不同的压力、不同的埋深和载荷情况;设计制造成不同压力等级和刚度等级的管道。
10
)工程寿命长,安全可靠。
据实验室的模拟试验表明:玻璃钢管适寿命可长达50年以上。
11
)工程综合效益好:
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长期性效益。玻璃钢管道的综合效益是可取的。特别是管径越大,其成本越低。当进一步考虑埋入地下的管造可使用好几代,又无需年年检修,更可以发挥它优越的综合效益。

2、钢套筒管道

1)不耐腐蚀及浸泡;
钢套筒管在有腐蚀性的地区,如盐碱地带、海滨地带、部分非怕腐蚀地区,管道长期浸泡在腐蚀性的沟槽中;两年后便会使环筋锈蚀、断裂。
另外,在国外使用的情况看来。认为管材埋设环境中氯离子含量超过500PPm时极易发生环向钢筋锈蚀、管道破裂事故。这主要因为: 由于水泥浆保护层是后期喷涂施工,与预制的芯管结合不好。往往使外水或湿气渗入,使预应力钢筋氧化锈蚀,导致断裂。
水泥砂浆与钢筋的粘结界面处理不合理。由于水泥的吸水性;在水分进入管内时;极易破坏该界面并锈蚀钢筋,由于其为脆性材料,易引起突发事故。
2
)水力性能差、能耗高:
钢套筒管的糙率系数在0.01150.0125之间,这样对于同样输水量,同等管径的管线,其沿程阻力就高。由于其糙率大,使用一段时间后,管道内会因细菌、贝类的滋生繁殖而阻塞管道,随着使用年限增长;管内径会逐渐缩小,阻力增大。小口径的钢套筒管,其芯管多采用离心法成型 ,混凝土的水灰比较大,在离心力的作用,粗骨料偏向管的外壁;而管内侧由于细骨料和水分的拆出,强度和耐磨性变差。当管内壁受水流长期冲刷和浸泡后,内壁合发生磨损和剥蚀、随着糙率增大,水头损失增加,则需要增大水泵的扬程,同时运行费用因耗电量增大,也大幅度增大。
5
)管材笨重、管件不配套:
钢套筒管笨重,搬运损坏率高,增加运输吊装费用。
6
)由于定长短,接头多,每公里渗漏的可能性高,且维修困难。

二、技术比较

1、国内技术规范及标准

钢套筒管:

1)CECS140:2002《给水排水工程埋地管芯缠绕预应力注力混凝土管和预应力钢筒混凝土管设计规程》

2)建材行业标准JC625-1996《预应力钢筒混凝土管》

玻璃钢管:

1)建材行业标准JC/T838-1998《玻璃纤维缠绕增强热固性树酯夹砂压力管》19994月。

2CECS1292001《埋地给水排水玻璃纤维增强热固性树酯夹砂管管道工程施工及验收规程》

说明:

1)钢筒砼管CECS1402002设计规程仅对该种管体的荷载和断面受力设计原则作了规定,可操作性较差;夹砂管JC/T838-1998标准,不仅有上述规定,并且对各控制工况管体强度、刚度、稳定的计算方法及以参数采用均作了明确的规定和说明,可操作性较强。

2)钢筒砼管制作的国家标准20038月已颁发,夹砂筒制作的国家标准即将着手制定。

3)钢筒砼管现在尚无管型专门的施工及验收规程;夹砂管已有该管型专门的CECS1292001施工及验收规程。

2、大口径使用案例

钢套筒管:

119963月的行业标准JC625-1996规定其超大直径为3000mm,超近颁发的国家标准规定超大直径为4000mm

2)国内已建工程超大直径为3000mm,已生产出直径4800mm的单管。

3)国外已建工程超大直径为4000mm

玻璃钢管:

119994月行业标准JC/T838-1998规定其超大直径为3600mm

2)国内已建工程超大直径为2800mm

3)国外已建工程超大直径为3700mm

3、管体结构

钢套筒管:

  1. 1) 管体是由管芯砼、钢套筒、预应力钢丝及砂浆保护层组成的钢筋混凝土结构。
  2. 2) 管体刚度大,环向强度高,轴向强度较差。
  3. 3) 管体较重。
  4. 4) 管体抗冲击力强,但管内通带有环状或螺旋状裂缝。

玻璃钢管:

1)管体是由不饱和聚酯树脂、高强玻璃纤维和石英砂组成的复合材料管。

2)管体强度高、刚度低。

3)管体较轻。

4)管体抗冲击能力较强。

4、管口

钢套筒管:

1)管口为双胶圈止水,相对转角较小。

2)管口材料为钢板,易锈蚀。

3)为防止管口锈蚀,管体安装后,管口内外间隙应用砂浆封堵,使管口成为半刚性口。

玻璃钢管:

1)管口为双胶圈止水,相对转角可根据实际情况进行设计。

2)管口为不夹砂的玻璃钢,强度很高且不会锈蚀。

3)管口为柔性接口,接转能力强。

5、运输与施工

相对于玻璃钢管,钢套筒管运输困难,对路面要求较高;施工时需大型起重及安装设备,费用较大。

6、工程事故

压力管道使用过程上的事故可分为管体破坏和管口漏水两种类型。两种管材皆为大规模工厂化的正规生产,设计、制造和生产管理各环节上稍有疏忽,就会为工程的使用留下隐患。

钢套筒管:

1)生产工艺较复杂,单管生产周期长。

2)国内使用的该种管道,已有管口漏水的信息。

3)国外:利比亚使用的DN4000钢筒砼管由美国人设计、韩国人施工,现已发生因预应力钢筋锈蚀而爆管的事故。另据同济大学的实地考察,利比亚、沙特已使用的大口径钢筒砼管均发生过管口漏水的事故。

玻璃钢管:

1)生产工艺较简单,正规的大厂全部采用电脑程序化控制,单管生产周期较短。

2)二十世纪曾发生多起事故,但中国玻璃钢协会强调:

1)事故多发生于县镇企业、私人企业等没有严格质量管理体系厂家生产的产品。

2)第一、二阶段生产的玻璃钢管即短纤维离心管和连续缠绕管,因其自身的缺陷,初期对其又认识不足,在设计不当或其它原因直接用于压力管线时,也易发生事故。现该两种管材已基本退出给水管道的市场。

3)中国玻璃钢协会各负责人均多次强调,由正规大厂家生产的定长交叉缠绕管(即玻璃钢夹砂管),每年在国内铺设近千公里,而未发生过工程事故。

7、水力计算

钢套筒管的管壁粗糙系数n1=0.012;玻璃钢管材的管壁粗糙系数n2=0.0084
  通过水力学中的达西公式(1)与曼宁公式(2)的关系,可求得以下的比较:
    Q=ACRi1/2               (1

C=1/n · R1/6                2) 
  式中:Q——流量;
     A——管道的过水断面积对于圆管
        A=π/4 · D2
        C——谢才阻力系数;
        i——水力坡度;
        n——管道的粗糙系数;
        R——水力半径,对于园管R=D/4
  将(2)式代入(1)式得:
      Q=K/n · D8/3 i 1/2           (3
  式中:D——管径;
        K=π/4 · 1/42/3
  (1)当管道输水流量,水头损失一致时,则:
        D2/D1 = (n2/n1)3/8 = (0.0084/0.012)3/8 = 87.5%
  (2)当管内径、水头损失一致时,则:
        Q2/Q1 = n1/n2 = 0.012/0.0084 = 1.43  
  (3)当管内径、输水流量一致时,则:
        i2 / i1 = (n2/n1)2 = (0.0084/0.012)2 = 0.49  
  因此,对各类管材评述时,应考虑以上因素。

本工程要求:

日送水量为100万吨

管线长度为11公里

局部损失按沿程损失的10%计算

则:

每秒流量Q=1000000/24/60/60=11.574m3/s

H=10.294×(1+Kn2D-16/3Q2L

H:沿程损失

K:局部损失占沿程损失比率

n:管道的粗糙系数

D:管道直径

Q:流量

L:管线长度

方案一:

管径均为2.4

玻璃钢管:

H=10.294×(1+0.1)×0.00842×2.4-16/3×11.5742×11000

=11

钢套筒管:

H=10.294×(1+0.1)×0.00842×2.4-16/3×11.5742×11000

=22.5

也就是说当选用玻璃钢管时只许11米水头,而用钢套筒管时需要22.5米水头。从而年泵耗增大

能源利用率按75%计算,每度电以0.7元计算,每年按365天计算。

则每年泵耗钢套筒管比玻璃钢管增加:

22.5-11)×1000000×1000×9.8×2.77777-4/1000×365×0.7/0.75

=1066万元

方案二:

确定工作压力40米水头

玻璃钢管:

40=10.294×(1+0.1)×0.00842×D-16/3×11.5742×11000

D=1.885m 管道直径取1.9

则钢套筒管的直径为:

D=D1/0.875=2.155m 管道直径取2.2

8、重量比较

方案一:

(公斤/米)

DN2400玻璃钢管

DN2400钢套筒管

578

3840

 

方案二:

(公斤/米)

DN1900玻璃钢管

DN2200钢套筒管

380

3036

 

9、总造价比较

方案一:

(万元)

DN2400玻璃钢管

DN2400钢套筒管

管材造价

3608

3300

运输造价

73.7

198

安装造价

180.4

495

土工造价

451

506

4313.1

4499

说明:1、管道压力等级为:0.25MPa;刚度等级为:5000N/m2

2、运输距离同为100公里。

3、玻璃钢管道12/根。钢套筒管5/根。

4、管顶敷土为2米。

5、管道运行时可节约1066万元/

 

方案二:

(万元)

DN1900玻璃钢管

DN2200钢套筒管

管材造价

2838

2750

运输造价

73.7

176

安装造价

141.9

412.5

土工造价

386.1

448.8

3439.7

3787.3

说明:1、管道压力等级为:0.6MPa;刚度等级为:5000N/m2

2、运输距离同为100公里。

3、玻璃钢管道12/根。钢套筒管5/根。

4、管顶敷土为2米。

三、近两年玻璃钢管道的使用情况

近两年,玻璃钢管道在全国各地使用了近千公里。口径比较大的给水工程有:2001年的云南掌鸠河引水工程,管道直径1800mm、管线长度18公里;2002年的云南松花坝引水工程,管道直径1600mm、管线长度9.4公里。在天津附近的给水工程有:2002年的天津静海引水工程,管道直径800mm。目前正在建设的大口径给水工程有:2002年的新疆引额济乌工程,管道直径3100mm、管线长度11公里;2003年的广东南洲水厂工程,管道直径2200mm、管线长度19公里。

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