玻璃钢夹砂管在给排水中的应用

玻璃钢夹砂玻璃钢管在

给排水领域应用优势分析

近十年，我国给、排水行业发展迅速。每年新增水厂约150座，供水能力约750万M3/d，新增供水管道约1万公里，同期，城市污水设施逐年增加，每年新增排水管道约6000KM。据资料介绍，我国现有中小口径给水管道近80%是铸铁管，大口径管道多采用预应力钢筋砼管和钢管，由于材质、接口、施工及日常维护等原因，我国给水管道漏损、爆管事故率平均为0.5-0.6次/(a.km)，据测算每年因供水管道漏损和爆管造成的损失达3-5亿元。

一、各类管材在给排水行业应用比较及应用现状。

第一大类：砼管。主要有预应力钢筋砼管、钢套筒预应力钢筋砼管、自应力钢筋管和一般砼管。

一般砼管因强度低，接口不易做好，只能用于口径为300mm的管，并只能在承受压力较低的地段放设。预应力钢筋砼管因价格较低能承受一定的压力，宜用于输水量小于23万M3/d 的输水管。但因配件不全，接口尺寸不精确造成渗漏及不能承受较高压力等原因，不宜继续用于输配水管网，并应将质量较差的管道逐步更新。为克服预应力钢筋砼管（PCCP）管生产技术，由于管身中央有1-2MM厚的钢板可保证其不透水性，其接口采用钢环承插口，橡胶圈止水防漏，但也存在重量重，安装不方便，费用高等特点。

第二大类：铸铁管。灰口铸铁管是以往应用最广泛的管材，但因质脆、易爆管、接口麻烦及内壁结垢等原因，国外已逐步淘汰，

球墨铸铁管是以镁或稀土镁合金球化剂在浇注前加入铁水中，使石墨球化，应力集中降低，使管材具有较高的强度和延伸率。同口径管道壁厚为灰口铸铁管的1/2，抗拉强度接近焊接管。抗腐蚀性比钢管高3-4倍。但仍存在内壁易结垢，流阻变大，运行费用高等缺点。

第三大类：钢管。钢管具有较好的机械强度，可承受较高的外压和内压。适应性强，但按其性能，极易腐蚀，不宜埋地用作给排水管。钢管做内外层防腐及电化学保护，不但费工费钱，且不易做好。

第四大类：硬聚氯乙烯管（UPVC管），这类管的优点是加工安装方便，不结垢、无毒、质轻及表面光滑。但大部分管材质脆，不耐外压及冲击、膨胀系数大是其弱点。仅适用于室内给排水管及埋入受压力较小的庭院内，不宜直埋城市道路行车道下。

第五大类：复合材料管，主要有纤维缠绕玻璃钢管（FRP管），纤维缠绕夹砂玻璃钢管（RPMP管）和离心浇铸砂浆管（HOBAS管）为代表，这些管道都具有重量轻、耐腐蚀、内壁光滑不结垢，接口不渗漏、不会破裂、增加供水安全可靠性、施工方便的特点。纤维缠绕玻璃钢管承压强度高，但刚度较低，价格较高，在化工领域具有较强的优势。离心浇铸砂浆管（HOBAS管）由于主要是树脂、砂浆构成并加以短切纤维增强，由于强度是靠短切纤维提供，较纤维缠绕玻璃钢管强度要低，压力一般在1.6MPa以下，同时，内壁光滑度较另两种管材要差一些，由于每根强度不超过6M，接口多，纤维缠绕夹砂玻璃钢管是靠连续纤维缠绕层提供强度，并加入树脂砂浆提高刚度，同时具备了强度高、刚度高的优点，且成本低，三种管材中，纤维缠绕夹砂玻璃钢管在给排水领域最具有发展前途。

表1        各种管材的性能的比较

材质项目	纤维缠绕玻璃钢管	钢	铸  铁	PVC
比重	1.6 - 2.0	7.8	7.34	1.14
抗拉强度MPa	160 - 320	380	189	50 - 60
比强度	100 - 168	48.5	25.5	36.8

二、 纤维缠绕夹砂玻璃钢管道的技术性能特征。

（一） file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-9417.png纤维缠绕夹砂玻璃钢管道的技术特征

1.轻质高强：采用纤维缠绕生产的玻璃钢管道，其比重在

1.65-2.0g/cm3，只有钢的1/4，但玻璃钢的拉伸强度近似合金钢，因此其比强度（强度/比重）是合金钢的2-3倍，这样它就可以按用户的不同要求，设计成满足各类承受内外压要求的管道。对于相同管径的单位长度重量，FRP管只有碳素钢（钢板卷管）的1/5，铸铁管的1/8，预应力砼管的1/2，这个优点对大口径管道来说，尤其受到运输、现场施工的欢迎。同时降低了吊装费用，提高了安装速度等好处。

2.耐水耐腐蚀性能好。玻璃钢管道的耐腐蚀性能优良，在石油、电力、冶金、医药、食品酿造等到行业得到广泛应用。应用玻璃钢管道减少了防腐费用，延长了使用寿命，由于不生锈，使输水水质不受污染。

3.水力特性好。这一特性在给排水领域应用尤为突出。缠绕夹砂FRP管具有比较光滑的内表面，因此其水力特性好，六种管材的内壁平均绝对粗糙度对比见表2，通过各种计算途径，可以从下列三个方面之一显示水力特性好的收益：

    3.1 节省管网泵送费用。对于相同口径的管网，玻璃钢管节省泵送费用（30%-40%）。

3.2减小管径尺寸。对于输送相同流量，采用夹砂缠绕玻璃钢管道，管径可以减少（10-25%），从而节省投资费用。

    3.3缩短泵送时间，尤其适用于集中用水或间隙用水的情况，节省1/3的泵送时间和费用。

      缠绕玻璃钢管道内壁光滑不但新生态*滑的，而且使用相当年后，内壁仍然光滑如初，而且不结垢。据美国《建筑塑料》杂志第九卷12期报道，1983年美国检查其使用了28年的缠绕FRP管，发现其内壁仍然很光滑，因此国外将FRP管称为“水力学光滑管”，并且认为，埋于地下的FRP管使用寿命可超过50年。

3.4 FRP管长期输水不结垢，无需清污，保护层使水质不受二次污染，适用于输送饮用水。由于防腐性能好，还能用于输送污水、泥浆、海水等介质。

表2        常用管材的平均绝对粗糙度

管材	新钢管	旧钢管	铸铁管	镀锌管	砼   管	FRP管
file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-8664.pngK(mm)	0.046	0.62	0.26	2.152	0.3 3.05	0.0053

三、FRP管道的综合经济效益分析

（一） FRP管道的沿程阻力最小，泵能耗最低。

  管道的流体输送阻力大小直接关系到泵的动力能耗和输送机械的选择，它既与经常操作的费用有关，又与设备投资有关。因此管道的沿程阻力是评价及选定管道的主要因素之一。

流体沿管壁流动引起沿程阻力损失H可用下式一表示：  

L     V2

file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-382.pngfile:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-13321.pngH=
×

      D     2g

式中：L、D分别为管道长度和直径（m），V为流体平均流速（m/s），g为重力加速度(m/s2)，λ为沿程阻力系数，它与流体形态区域有关，取决于雷诺准数Re和管壁相对粗糙度K/D。

流体的流速V和雷诺准数Re可分别用下式计算：

      Q                 DVρ    1.273Qρ

file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-27142.pngfile:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-27126.pngfile:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-30947.pngV=                Re=        =

πD2/4               M         Dμ

(式中μ为液体的粘度，ρ为液体的密度)

流体沿程阻力系数λ可在莫迪图中查出，铸铁管的绝对粗糙度K=0.26，玻璃钢一般K=0.01，下面举例计算，已知：管道内径D分别为DN300,DN500,DN600的FRP管，铸铁管输送流量Q分别为16m3/min,45m3/min,60m3/min,已知H2o的粘度1.005×10-3Pa.S，密度ρ=1000kg/m3,其沿程阻力见下表。

表3     两种管道的沿程阻力比较

管道种类	规格	Re	K/D	λ
铸铁管	DN300	1.12×103	0.00086	0.019
	DN500	1.9×103	0.00052	0.017
	DN600	2.1×103	0.00043	0.016
FRP管	DN300	1.12×103	0.00003	0.011
	DN500	1.9×103	0.00002	0.0096
	DN600	2.1×103	0.000016	0.0094

泵输送液体所耗功率P用Bemou.UI方程计算。

       L    V3

file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-2769.pngfile:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-6164.pngP=λ·
·
·ρ·Q/102

       D    2g

式中L为管道长度，我们这里计算1KM的管道沿程阻力即L=1000M。设泵每年连续运转8000小时，工业电费0.5元/KW·h,1KM的管道能耗费用见表4。

表4      长度为1KM的管道的泵能费用

规 格（mm）	Q（m3/min）	FRP管（万元）	铸 铁 管（万元）
DN300	16	27.8	48	173%
DN500	45	42.04	74.5	177%
DN600	60	39.28	66.88	170%

  (二)FRP管与铸铁管的投资费用比较：

从上面的比较我们可以看出FRP管节能的优越性，这里我们

从节省投资费用方面进行分析。

   计算FRP管的压头损失还可以用Hazen-Williams方程，该方程适用于湍流，对于玻璃钢管路的压头损失比较保守。很多人喜欢用简化

的Hazen－Williams方程。

Hf=[42.7Q/(C)(d2.63)]1.852

Hf－压头损失或摩擦损失，d－管直径

C  －  Hazen－Williams粗糙度系数

对新FRP管C=160-165，用C=150是比较保守的，

新的铸铁管C=100

泵耗P=QρHf

当流量相同，压力损失相同，即泵耗马力相同

时，推导出管直径d=0.85d铁。从而我们得出结论：FRP管因为具有优越的水力特性，在选择输送流体管道时，选用FRP管要较选用铸铁管要低一个口径规格，即如铸铁管直径选用DN800mm，则选用FRP管可选取用DN700mm.

从表5中可以看到，FRP管价格仅为球墨铸铁管的3/4，前面我们已经讲过，FRP管规格选择时，d(frp)=0.85d(铸铁)，选择FRP管仅管材价格就比球墨铸铁管节约大量投资。同时，球墨铸铁管每根6米，而FRP管每根12米，一方面接头数较球墨铸铁管少一半，不仅接头费用节省，而且安装速度加快，可以缩短工期，节约安装费用。再者FRP管重量轻，仅为铸铁管的1/4，现场安装不需吊装，即可以省掉一笔吊装费用，而且还能加快安装速度，缩短工期。

表5      FRP管与球墨铸铁管投资费用比较

单价	DN800球墨铸铁管	DN700FRP管（0.6Mpa）
元/米	938	608

以1000米有效长度管路为例，球墨铸铁管规格选用DN800，FRP管选用DN700，两者投资费用的比较如表6

表6
FRP管与球墨铸铁管初期投资费用比较

管材	规格	管材价格	接头价格	吊装费	安装费	总投资	使用寿命
球墨	DN800	93.8万	3.5万	0.7万	8万	106万	20
FRP	DN700	60.8	1.5	—	5	67.3	50

说明：

1.吊装费用按5.76元/m。

2.FRP管安装费用按管材价格8%收取，不包含挖填沟土部分。

四、简述：

1. 玻璃钢管具有钢的强度，不锈钢的耐腐性能，优于塑料管的

  水利特性。

2. 玻璃钢管优良的流体性能可较铸铁管、钢管降低一个规格选

  用，从而节省投资。

3. 玻璃钢管可选范围广，可以根据施工条件设计，刚度有SN5000、SN7500和SN10000三档，内压有0.2 MPa 、0.6Mpa、1.0Mpa、1.6Mpa、2.0Mpa和2.5Mpa五档。

4. 玻璃钢管接头少，重量轻，不需吊装，安装速度快，费用低。

玻璃钢管道不对水质污染，可用于给水和排水。

总结得不错