夾砂玻璃鋼管(RPMP)的制造、設(shè)計(jì)和施工

夾砂玻璃鋼管(RPMP)的制造、設(shè)計(jì)和施工

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。

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，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。

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。

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。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。

表1各種材質(zhì)的管道的性能

性能RPMP鋼管鑄鐵管

混凝土管

環(huán)向拉伸強(qiáng)度360480150

軸向拉伸強(qiáng)度55480135

比強(qiáng)度200

熱導(dǎo)系數(shù)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)。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?？傊?，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，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;

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。

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。表2各層材料及作用

名稱

材料

作用

外保護(hù)層

樹脂

耐腐、耐候、防老化

增強(qiáng)層

玻纖、樹脂

使管壁具有軸、環(huán)向的內(nèi)外壓強(qiáng)度

結(jié)構(gòu)層

玻纖、樹脂、石英砂

使管壁具有承受變形強(qiáng)度

內(nèi)襯層

樹脂、滌綸表面氈

耐腐、防滲、水力特性好

GRP管的纏繞成型原理及制造設(shè)備

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?；蚰＞呱铣尚驮鰪?qiáng)塑料制品的一種方法。其纏繞成型原理如圖3所示。

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。

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:

比重

1900Kg/m3-2000Kg/m3

模量

最高軸向拉伸彈性模量12500Mpa

最高環(huán)向拉伸彈性模量25000Mpa

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。表3最小初始環(huán)向、軸向拉伸強(qiáng)度

公稱

內(nèi)徑

初始環(huán)向拉伸強(qiáng)度

初始軸向拉伸強(qiáng)度

20015036060096010010010010025018845075012001001001001233002255409001440100100107141400300720120019201001021321765003759001500240010211915621160045010801800288010213618024670052512602100336010215220428180060014402400384010216922831690067516202700432012218625235110007501800300048001372032763871100825198033005280159220300430120090021603600576016123632545714001050252042006720182270373527150011252700450072002012914035501600120028804800768022030342159818001350324054008640238337469668200015003600600096002603705177382200165039606600105602804045668092400180043207200115203224376148792600195046807800124803404713000225054009000144004005673300232559409900158404306243600270064801080017200480681

最小極限應(yīng)變

環(huán)向拉伸初始—%

50年—%

環(huán)向彎曲初始—%

50年—%

軸向拉伸初始—%

泊桑比—

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?？稍试S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)定的限量變形下求得。

計(jì)算公式：

S=×F/⊿YN/m2

F=W/LxN/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。表4初始環(huán)向剛度

剛度等級(jí)

SN2500

SN5000

SN10000

N/m2

≥2500

≥5000

≥10000

(ASTM)Psi

≥18

≥36

≥72

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=長(zhǎng)期剛度/短期剛度10年50年非壓力管壓力管

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?，由于有蠕變發(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)。

最大使用條件

夾砂玻璃鋼管在80℃以下的溫度，PH值在可以連續(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。

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—×10-5/℃

水力粗糙度

在不同水力計(jì)算公式中的有關(guān)系數(shù)

ColebrookWhite粗糙度系數(shù)K=

HazenWilliams系數(shù)c=150~155

Manningsn=

說明：以上數(shù)據(jù)是由中科院測(cè)試而得的。

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，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=[/(c)()]

其中：

hf-壓力損失

Q-流量

c-粗糙度系數(shù)150-155

d-公稱直徑表5鋼管可用RPM管代替的口徑

鋼管

可縮至相應(yīng)RPM管的口徑

DN350

DN300

DN400

DN350

DN500

DN450

DN600

DN550

DN700

DN600

DN800

DN700

DN900

DN800

DN1000

DN900

DN1100

DN1000

DN1200

DN1100

DN1300

DN1200

DN1400

DN1200

DN1500

DN1300

DN1600

DN1400

DN1800

DN1600

DN2000

DN1800

DN2200

DN1900

DN2400

DN2100

DN2500

DN2200

四、RPM管配件

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。表6配件尺寸參數(shù)公稱內(nèi)徑

尺寸參數(shù)

E

R

CADHLDN200

700

300

600300800600DN250

700

375

600300800600DN3007504506003001000600900DN350

900

525

6003001000600900DN400

1100

600

6003501200600900DN450

1100

675

75035013006001000DN500

1150

750

75037514007501100DN600

1400

900

80040015007501250DN700

1500

1050

80042515007501250DN800

1570

1170

80045016007501300DN900

1600

1200

90047518007501300DN1000

1450

1270

100050019007501350DN1100

1550

1320

100052520007501350DN1200

1600

1370

100052520007501400DN1400

1700

1450

110057525007501700DN1500

1900

1570

110065026007501750

DN1600

2000

1670

1200

675

2700

750

1450DN1800

2200

1870

120077528007501800DN2000

2400

2070

130080030007502150DN2200

2600

2270

14008753000750DN2400

2800

2470

15009003500750DN2600

3000

2670

160010003600800DN3000

3400

3070

180012004000800DN3300

3700

3370

190014004500800DN3600

4000

3670

2000150048001000DN4000

4400

4070

2200160052001000

注：以上尺寸根據(jù)實(shí)際安裝情況等可能有變動(dòng)。

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)

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。

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。

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%，因?yàn)樵跇O限值以內(nèi)的情況下會(huì)導(dǎo)致管道的損壞。

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%，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)定表7現(xiàn)場(chǎng)管道的堆放

公稱直徑

150

200

250

300

400

500

600—700

800—1200

1400—2400

堆放層數(shù)

9

8

7

6

5

4

3

2

1

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。

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?。安裝管道的初期和長(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%,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)。

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)，

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)表8同口徑的管道綜合成本比較單位：元

編號(hào)

名稱

鋼管

球墨鑄鐵管

夾砂玻璃鋼管

水泥管

管材

1489

1688

1209

610

安裝部分

1613

1817

831

1

直接費(fèi)

1552

1756

793

人工費(fèi)

23

23

材料費(fèi)

1513

1716

773

機(jī)械費(fèi)

16

16

2

綜合費(fèi)用

61

61

38

土方

180

180

233

3

直接費(fèi)

73

73

57

83

人工費(fèi)

73

73

57

83

材料費(fèi)

0

0

0

0

機(jī)械費(fèi)

0

0

0

0

4

綜合費(fèi)用

107

107

150

工程造價(jià)

1793

1997

1064

預(yù)備費(fèi)

72

80

43

綜合成本

1865

2077

1107

注：表中

=(一)+(二)+(三）；(二)=1+2；1=(1)+(2)+(3)；

(三)=3+4；3=(4)+(5)+(6)；(六)=+(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：表9各種管道輸水能力、耗能能比較表口徑流量Q

(m3·S-1)日輸出量Q

(104·m3）管類沿程水頭損失

hf年耗電量E

(104·KW·h）DN400

水泥管48．3281．86鑄鐵管37．1962．95夾砂玻璃鋼管18．431．15

DN600

水泥管28．22107．52鑄鐵管21．9783．70夾砂玻璃鋼管11．1842．59

DN800

水泥管19．23130．20鑄鐵管15．1102．24夾砂玻璃鋼管7．8453．08

DN1000

水泥管14．3151．17

鑄鐵管

11．31

119．71夾砂玻璃鋼管5．9772．10

DN1200

水泥管11．23213．84鑄鐵管8．92151．41夾砂玻璃鋼管4．7382．73

DN1400

水泥管10．31213．84鑄鐵管7．3151．41夾砂玻璃鋼管3．9482．73

DN1600

水泥管7．65207．23鑄鐵管6．14166．32夾砂玻璃鋼管3．3590．75

DN1800

水泥管6．54244．14鑄鐵管5．26180．27夾砂玻璃鋼管2．8999．05

DN2000

水泥管5．69240．94鑄鐵管4．6194．78夾砂玻璃鋼管2．54107．56

注：1、計(jì)算有關(guān)的參數(shù)：混凝土：f=,m=2,b=;鑄鐵管：f=,m=,b=;夾砂玻璃鋼管：f=,m=,b=。2、沿程損失hf=fLQm/db。3、泵容：N=10Qhf/,年耗電量：E=N·8760度。

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=/(/)

Hf=f·v2/(2Dg)

式中CRPMP取150

D管道計(jì)算內(nèi)徑

V流速

g重力加速度/s2表10不同口徑夾砂玻璃鋼管在不同的流量下的輸水能力口徑

(mm)V

(m/s)Q

(m3/s)Hf

(m/1000m)

800

900

1000

1200

1400

1600

1800

2000

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