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玻璃钢管

玻璃钢管也称玻璃纤维缠绕夹砂管(RPM管)。主要以玻璃纤维及其制品为增强材料,以高分子成分的不饱和聚脂树脂、环氧树脂等为基本材料,以石英砂及碳酸钙等无机非金属颗粒材料为填料作为主要原料。管的标准有效长度为6m和12m,其制作方法有定长缠绕工艺、离心浇铸工艺以及连续缠绕工艺三种。可根据产品的工艺方法、压力等级PN和刚度等级SN进行分级分类。

以玻璃纤维或其制品作增强材料的增强塑料。称谓为玻璃纤维增强塑料,或称谓玻璃钢。由于所使用的树脂品种不同,因此有聚酯玻璃钢、环氧玻璃钢、酚醛玻璃钢之称。玻璃具有硬而易碎,具有很好的透明性以及耐高温、耐腐蚀等性能;同时钢铁很硬并且不易碎,也具有耐高温的特点。于是人们开始想,如果能制造一种既具有玻璃的硬度、耐高温、抗腐蚀的性质,又具有钢铁一样坚硬不碎的特点,那这种材料一定会大有用途。人们经过研究试验,终于制出了这样一种复合材料。它,就是能与钢铁比肩而立的玻璃钢管。

玻璃钢管以其独具的强耐腐蚀性能、内表面光滑、输送能耗低、使用寿命长(在50年以上)、运输安装方便、维护成本低及综合造价低等诸多优势在石油、电力、化工、造纸、城市给排水、工厂污水处理、海水淡化、煤气输送等行业取得了广泛的应用。

随着中国城市化进程加快,面对人口、资源和环境的平衡与保护,各级政府在逐年加大对城市基础设施的投入,结合先进科学技术需要,管材、管件的品种和规格不断丰富,产量不断增加,质量不断提高,尤其是塑料管发展更快,成为当今投资热点。玻璃钢管就为其中之一。

其中刚度等级SN=EI/D3,通常以N/m2作单位。EI为沿管轴方向单位长度内管壁环向弯曲刚度,D为管道平均直径。压力等级PN有0.1、0.6、1.0、1.6、2.0、2.5Mpa;刚度级SN有1250、2500、5000、10000N/ m2。

1.耐腐蚀性能好。由于玻璃钢的主要原材料选用高分子成分的不饱和聚脂树脂和玻璃纤维组成,能有效抵抗酸、碱、盐等介质的腐蚀和未经处理的生活污水、腐蚀性土壤、化工废水以及众多化学液体的侵蚀,在一般情况下,能够长期保持管道的安全运行。

3.抗冻性能好。在零下20℃以下,管内结冰后不会发生冻裂。

4.重量轻、强度高、运输方便。玻璃钢管不但重量轻、强度高、可塑性强、运输与安装方便,还容易安装各种分支管,且安装技术简单。

5.水力条件好。内壁光滑、输送能力强,不结垢、不生锈、水阻小。

6.可设计性好。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。

7.维护成本低。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。对地埋管无需作阴极保护,可节约工程维护费用达70%以上。

8.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300万次旋转后,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玻璃钢管为0.21mm。由此玻璃钢耐磨性能好。

10.摩擦阻力小输送能力高。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,而混凝土管的n值为0.014,铸铁管为0.013,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钢管道,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。此外,玻璃钢管道可缩短泵送时间,减少长期运行费用

玻璃钢管生产工艺主要有三种类型:往复式纤维缠绕工艺、连续式纤维缠绕工艺以及离心浇注工艺。

往复式纤维缠绕工艺(属于定长法):在这种工艺方法中,浸胶槽随转动的芯模作往复运动,长纤维玻璃丝以一定的斜角相对于芯模轴辅放,辅角(即缠绕角)受浸胶槽的移动速度和芯模转速之比控制,浸胶槽的平移运动由计算机化的机-电控制。缠绕层数逐渐增加,达到设计的壁厚为止。缠绕完成后,使制品中的树脂基本固化。固化后,从玻璃钢管中脱出芯模。

连续式纤维缠绕工艺(属于连续法) :该工艺是管子在运动中通过一个供给树脂预浸无捻粗纱,短切玻璃钢纤维和树脂砂混合物的供料站,管子是在芯模连续不断的前进中制成的。

离心浇注工艺(属于定长法) :在此工艺中,用切断的玻璃纤维增强材料和砂,喂入固定在轴承上的钢制模具中,在钢模一端注入加催化剂的不饱和树脂,使其浸渍增强材料,在离心力作用下,树脂置换出纤维及填料中的空气,从而制造出无孔隙的致密复合材料,由于离心力的作用管内壁形成一个平滑、光洁的富有树脂的内表面层,管材在较高温度下固化。用这种方法制造的管又称玻璃钢夹砂管。

世界上采用往复式纤维缠绕工艺制管的厂家比其它两种生产工艺生产厂家多的多,原因之一是往复式纤维缠绕工艺制造的玻璃钢管具有更广泛的用途,适用性比较好。

1、树脂

用作引水管及饮用水管的树脂卫生标准必须符合GB 13115的规定。

2、增强材料

所用无碱无捻玻璃纤维纱、中碱无捻玻璃纤维纱应符合GB/T 18369-2008的规定。

3、填料

SiO2含量大于95%,含湿量应小于0.2%。

CaCO3含量大于98%,含湿量应小于0.2%。

4、外观质量

管的内表面应光滑平整,无龟裂、分层、针孔、杂质、贫胶区及气泡,管端面应平齐、无毛刺。管外表面无明显缺陷。

5、尺寸

直径偏差:外径系列应符合表1中规定,内径系列应符合表2中规定。

长度偏差:±0.005L(L为管的有效长度)。

壁厚:最小厚度应不小于经规定程序批准的图样和技术文件规定的标称厚度的87.5%,平均厚度应不低于标称厚度。

7、玻璃钢管运输、贮存

(1)、起吊和运输

玻璃钢管起吊宜用柔性绳索,若用铁链或钢索起吊,必须在吊索与管道棱角处填橡胶或其它柔性物。起吊时应轻起轻放,必须采用双点起吊,严禁单点起吊。运输时应固定牢靠,采用卧式堆放,严禁抛掷与剧烈撞击。

(2)、贮存

产品应按类型、规格、等级分类堆放,远离热源,且不宜长期露天存放。堆放层数参见表4。堆放时层与层之间用垫木隔开。

8、安装基本要求

RPM管道可以采用对接胶合连接、承插胶合连接、承插内外胶合连接、橡胶圈承插连接、法兰连接及胶泥连接等形式。最常用的是橡胶圈承插连接和法兰连接及胶泥连接。不论何种连接形式,在安装时应考虑温度变化引起的热膨胀和热应力。

管道回填前要检查管道的外观有无损伤及连接有无脱落等质量问题,管沟至管顶以上500mm范围内,回填土不得含有有机材料、冻土以及大于50mm的砖、石等硬物,回填夯实密度不得小于设计要求的密度。

管道安装顺序本着分片区、分系统,先大直径后小直径,先下层后上层,先难后易,先上管廊后连设备,与机器相连接的管道原则上是从里向外配,以减少焊接应力对机器安装精度的影响,室内与室外管线的碰口应留在室外。

一、管道安装要求

1、管道在安装前应对设备管口、预埋件、预留孔洞、钢结构等涉及管道安装的内容进行复核。

2、管道的坡度应按图纸的要求进行调整,调整方法可以利用支座达到坡度要求,焊缝应设置在便于检修、观察的地方。

3、与传动设备连接的管道,安装前内部要处理干净,焊接固定管口一般应远离设备,以避免焊接产生应力对传动设备安装精度的影响。

4、管道与机器连接前,应防止强力相对,在自由状态下检查法兰的平行度和同轴度。

5、安全阀应垂直安装,在投入试运行时,要及时调校安全阀。安全阀的最终调校在系统上进行,开启和回座压力要符合设计文件的规定。

6、阀门安装前,按设计文件核对其型号,并按介质流向确定其安装方向。当阀门与管道以法兰或螺纹方式连接时,阀门应在关闭状态下安装;如以焊接方式安装时,阀门不得关闭。

7、仪表元件的临时替代:所有仪表元件安装时,均采用临时元件替代,等试压、冲洗、吹扫工作结束后,投料前再正式安装。

二、玻璃钢管道及复合管的安装

① FRP管在施工前,应对外观和尺寸进行检查,按出厂合格证进行验收。

② 管道安装图是管道安装工程的依据,FRP/PVC管的敷设(包括连接形式、坐标、标高、坡度、坡向等)支承,FRP/PVC管和设备、管道附件的连接,管道附件的安装位置、支承等,均应符合设计图纸,如有变动,必须与设计单位协商解决。

③ 管道安装,可按管道安装图所划分的管段,从管道的一端依次安装管道附件,直至另一端,再设支架或支座(必要时在安装过程中需设临时支撑)。管道吊装时,外壁表面必须采取保护措施,禁止与钢丝绳直接接触,以免造成局部受力。

④ FRP管的连接点只允许在直管部分。对焊连接点与管道支座边缘的距离,应大于管道的外径且不小于100mm;承插连接处与管道支座边缘的距离应大于150mm。

⑤ 管道的连接结构形式有承插式连接、法兰式连接(焊环活套法兰连接和复合平焊法兰连接)、对焊连接三种。此工程中将根据设计文件的具体要求确定安装方法。

⑥ 从事焊接的安装工人必须持有焊工合格证,并熟悉FRP/PVC管的粘接剂性能及其安装方法,并且有熟练的PVC焊接操作能力。

⑦ 管道在承插连接前,首先应清除连接处PVC管内壁污垢,然后将承插头插入承插座内,承插口不得有歪斜,裂纹等缺陷,达到承插深度后,方可进行PVC焊接。

⑧ 承插部位应采用FRP增强,在增强处均匀涂一层R胶,涂层厚薄均匀,不得漏涂和流淌,再包一层玻璃布,涂不饱和树脂,包玻璃布,反复进行,直至厚度达到要求为止。

⑨ 当承插口安装不合格需返修时,承插头和承插座必须重新制作,不得采用已使用过的承插件。

⑩ 法兰与管道连接时,内外两面都必须与管子焊接,法兰面与管子轴线倾斜度应小于或等于管子外径的1/100。法兰连接应严格对中,轴向最大允许偏差不大于2mm,不得用强紧螺栓的方法消除歪斜。拧紧螺栓分两次进行,第一次均匀对称地拧一遍,然后再拧紧螺栓。

三、钢衬胶管的安装

①在搬运和堆放衬胶管及管件时,应避免强烈振动或碰撞。

②安装前应检查衬胶层完好,保持管内清洁。

③衬胶管安装时,不得施焊,局部加热,扭曲或敲打。

④对DN≤500的成品管件,安装前要按单线图对每管段进行编号,安装时按单线图和编号遂段组对安装,其活口部分如要进行修正应将修正后的管段现场衬胶。

⑤衬胶管应采用软垫片或半硬垫片,安装时垫片要放正,必要时可有斜垫片找正。

⑥对DN≥500的管子,管件先按单线图进行现场预制,预安装,采用法兰连接,法兰面之间需预留好衬胶层及垫片厚度约为7mm,现场试压合格后,拆卸进行现场加工衬里,预安装后的管道应在管壁上做记号,按图编号,使衬里后仍能按原图纸进行安装。

⑦现场预制的管道法兰应内外两面焊接,法兰的内外表面焊接后必须用角向砂轮机磨光锉平,不得有凹凸不平,气孔等现象,以免空气留在孔隙内,使衬胶层因空气作用老化。

⑧管内衬胶如是反出到法兰,要求管件在制作时达到法兰里口,转角处应为r=5mm,如采用一般法兰焊接,则法兰里口的焊缝必须加工成r=5mm的圆角。

⑨现场加工的弯管,其弯曲角度应不于90°弯曲半径不应小于管径4倍。

⑩钢衬胶管开三通要做到内壁转角处的小圆角r=5mm呈光滑状,采用加热拉制三通的方法,以符合衬胶要求。

四、卷管加工

① 卷管的同一筒节上的纵向焊缝不宜大于两道;两纵缝间距不宜小于200mm。

② 卷管组对时,两纵缝间距应大于100mm。支管外壁距焊缝不宜小于50mm。

③ 卷管应按规定检查圆弧度、端面偏差、平直度等。

④ 焊缝不能双面成型的卷管,当公称直径大于或等于600mm时,宜在管内进行封底焊。

⑤ 在卷管加工过程中,应防止板材表面损伤。对有严重伤痕的部位必须进行修磨,使其圆滑过渡,且修磨处的壁厚不得小于设计壁厚。

⑥卷管所有焊缝应经煤油渗透试验合格。

五、管道支、吊架的制作与安装

① 现场制作的管架严格按规范和图纸进行,并涂漆保护,对拉杆吊架和弹簧吊架的吊耳支撑,应按钢结构制作标准进行焊接并进行100%的渗透或磁粉探伤。

② 所有管架位置,应在单线图中标明。

③ 管道安装时,应及时固定和调整支架,支架位置应准确,安装应平整牢固,与管子接触应紧密。

④ 固定支架应按设计文件要求安装,并应补偿器预拉伸之前固定。

⑤ 导向支架或滑动支架的滑动面应洁净平整,不得有歪斜和卡涩现象。其安装位置应从支承面中心向反方向偏移,偏移量应为位移值的1/2或符合设计文件规定,绝热层不得妨碍其位移。

⑥ 管道安装使用临时支架时,不得与正式支架位置冲突,并有明显标记。在管道安装完毕后应予拆除。

⑦ FRP/PVC管道与管架(包括支座)之间不得直接进行粘接或焊接固定。FRP/PVC管道固定管架的管道配合件(管卡、管托或管夹)与管道外壁之间,应垫有厚度不小于3mm的橡胶块或其他软垫。

⑧ 管道安装完毕后,应按设计文件规定逐个核对支架的形式和位置。

产品的存放

(1) 管材堆放场地应平整,底部用枕木或草袋垫铺,以防止使管材受污损。

(2) 管材堆放采用井字型叠法或单根依次排放法,堆码高度在1米以下时可采用单根依次排放法或井字型叠法,超过1米时采用井字型叠法,但堆码高度不宜超过2米。而且要用楔子、桩和缆绳等加固,防止管子散捆。

六、玻璃钢管道的试压冲洗

① 为了减少吹扫时增加的临时管线,节省试压吹扫时间,提高试压吹扫合格率,管道试压、吹扫工作按系统、片区、压力等级进行,试压、吹扫前必须编制方案指导施工。

② 管道试压采用洁净水,当对连有不锈钢管道进行试验和冲洗时,水中的氯离子含量不得超过25×10(25ppm),管道试压和冲洗程序执行总包商的规定。

③ 压力试验时,无关人员不得进入。压力试验完毕,不得在管道上进行修补。

④ 压力试验前,应具备下列条件:

a.试验范围内的管道安装工程除涂漆、绝热外,已按设计图纸全部完成,安装质量符合有关规定。

b.焊缝和其它待检部位尚未涂漆和绝热。

c.管道上的膨胀节已设置了临时约束装置。

d.试验用压力表已经校验,并在周期内,其精度不得低于1.5级,表的满刻度值应为被测最大压力的1.5-2倍,压力表不得少于两块。

e.符合压力试验要求的液体或气体已备齐。

f.按试验要求,管道已经加固。

g.待试管道与无关系统已用盲板或采取其它措施隔开。

h.待试管道上的安全阀及仪表元件等已经拆下或加以隔离。

i.试验方案已经批准,并进行了技术交底。

⑤ 液压试验应遵守下列规定:

a.试验前,注液体时应排尽空气。

b.试验时环境温度不宜低于5℃,当环境温度低于5℃时,要采取防冻措施。

c.管道试验压力为设计压力的1.5倍。

d.当管道的设计温度高于试验温度时,试验压力按下式计算:

Ps=1.5P[σ]1[σ]2

式中 Ps----试验压力(表压)(MPa);

P----设计压力(表压)(MPa);

[σ]1----试验温度下,管材的许用应力(MPa);

[σ]2----设计温度下,管材的许用应力(MPa)。

当[σ]1[σ]2大于6.5时,取6.5。

e.当管道与设备作为一个系统进行试验,管道的试验压力等于或小于设备的试验压力时,应按管道的试验压力进行试验;当管道试验压力大于设备试验压力,且设备的试验压力不低于管道设计压力的1.15倍时,经建设单位同意,可按设备的试验压力进行试验。

f.对位差较大的管道,应将试验介质的静压计入试验压力中。液体管道的试验压力以最高点为准,但最低点的压力不得超过管道组成件的承受力。

g.液压试验压力应缓慢升压,待达到试验压力后,稳压10min,再将试验压力降至设计压力。停压30min,以压力不降、无渗漏为合格。

h.试验结束后,应及时拆除盲板、膨胀节限位设施,排尽积液。排液时要防止形成负压,并不得随地排放。

i.当试验过程中发现泄漏时,不得带压处理。消除缺陷后,应重新进行试验。

⑥ 对输送有毒流体的管道,还必须进行泄漏性试验,泄漏性试验介质采用空气(即进行气密试验)。气密试验按下列规定进行:

a.气密试验压力为设计压力。

b.气密试验重点检验阀门填料函、法兰或螺纹连接处、放空阀、排气阀、排水阀等。

c.气密试验用涂刷肥皂水或其它发泡剂的方法进行检查,以不泄漏为合格。

⑦管道在压力试验合格后,应按吹洗方案组织管道的吹扫或清洗工作案。

其原因是:主要是引头布没贴紧管芯。

解决办法;操作时要注意,一定要把引头布贴紧贴平在管芯上。

管子固化后起泡的主要原因是胶布挥发物含量太大,而卷制温度较低,卷制速度快,胶布的挥发物来不及挥发掉,以致于残留在管内。当管子加热固化时,其残留挥发分受热澎胀以致管子出现起泡。

解决办法:控制胶布挥发物含量,适当提高卷制温度,放慢卷制速度。管子固化后起皱的原因是胶布含胶量高。 解决办法:适当降低胶布的含胶量,降低卷制温度。

产生原因: ①卷制时胶布张力不足,卷制温度低或卷制速度快,使布与布之间粘结不好,管子中挥发物残留量多; ②管子固化不完全。

解决办法: ①提高胶布张力,提高卷制温度或放慢卷制速度; ②调整固化工艺,保证管子固化完全。

1、由于密度小,材质轻,在地下水位较高地区安装玻璃钢管极易浮管,必需考虑设置镇墩或雨水径流疏导等抗浮措施。

2、在已装玻璃钢管上开三通、修补管道裂缝等施工中,要求类似与厂房内的完全干燥条件且施工时使用的树脂及纤维布还需7—8小时固化,而现场施工与补修一般很难达到此要求。

3、现有地下管线探测设备主要以探测金属管线为主,而非金属管道探测仪器价格昂贵,因此玻璃钢管埋地后无法探测,其它后续施工单位在施工中极易挖伤、损坏管道。

4、玻璃钢管防紫外线能力差。明装玻璃钢管通过在其表面制作0.5mm厚的富树脂层和紫外线吸收剂(厂内加工),来延缓老化时间。随着运行时间的推移,富树脂层和紫外线吸收剂会遭到破坏,从而影响其使用寿命。

5、覆土深度要求较高。一般车行道下SN5000级玻璃钢管最浅覆土不小于0.8m;最深覆土不大于3.0m;SN2500级玻璃钢管最浅覆土不小于0.8m;最深覆土不大于1.2m(12mm厚钢板卷管最小和最深覆土分别为0.7m和4.0m)。

6、回填土中不得含有大于50mm的砖、石等硬物,以免损伤管道外壁。

7、目前尚未见到有关全国大型水司大规模使用玻璃钢管的报道,而由于玻璃钢管是新型管材,故使用寿命到底如何尚不得而知。

中国从70 年代开始小批量生产玻璃钢管,经过20 多年的研制及工程实际应用情况表明,我国玻璃钢管道工业发展比较缓慢。与发达国家相比,在原材料、工艺装备、技术管理、工程设计、产品标准、施工规范、应用范围等方面都存在很大差距。

树脂

国外FRP管用树脂性能高、品种全、系列化;间苯型不饱和聚脂已占30%多,已逐步成为通用型不饱和聚脂树脂,根据不同用途的需要,有多种专用树脂和助剂满足使用要求。

中国国内年产500吨以下的不饱和聚脂树脂厂200多家,生产总量约占全国总产量的60%以上。但是有些小厂设备简陋,检验、技术管理落后,品种少,质量差。全国已引进了五条不饱和聚脂生产线,间苯型不饱和聚脂树脂产量极小、价格很贵。其它高性能专用树脂几乎没有。环氧树脂产量小,价格贵,这些都影响了使用。

助剂

助剂在生产加工过程中起重要作用,又直接影响制品的性能,助剂是玻璃钢生产中不可缺少的一部分,但是国产的品种少,不配套,质量差。

国外有适合缠绕需要的并配套有多种专用浸润剂的无捻粗纱、毡材、方格布等。规格多,品种全,质量优,满足使用要求。国内除少数引进玻纤生产厂有用专用超饶浸润剂的无捻粗纱外,大部分玻纤厂生产的无碱、中碱缠绕无捻粗纱缺少专用浸润剂,因此浸润性差。毡材有的厚薄不均,所以国内增强材料规格、品种都不能很好满足生产FRP管的需要。

不足之处

中国国内已有引进和自制管、罐生产线29条,而利用率只有20%左右,缠绕成型工艺只占其它成型工艺地3.5%,有待进一步开发市场,充分发挥现有设备的生产能力。

大口径管件多采用手糊和喷射法成型,不配套、质量差。很多玻璃钢厂缺乏技术人员,职工文化低,专业素质差,形成了产品无设计,选材无标准,检测无手段,产品无检验的局面;在制作玻璃钢管道时,用原材料,常以次充好,偷工减料,因质量造成一些管道渗漏事故和经济损失,从而使用户对玻璃钢制品产生了很大的心理障碍,影响了玻璃钢管的信誉和推广应用。

中国国内至今还没有对于FRP 管的原料、设计、生产、检测、安装、施工等系统的技术标准和技术规范,这就使大口径玻璃钢管的使用缺乏设计依据。



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