玻璃鋼管道的應(yīng)用范圍

劉洋

（連云港中復(fù)連眾復(fù)合材料集團(tuán)有限公司，江蘇連云港 222006）

1.玻璃鋼產(chǎn)品特性

玻璃纖維彈性體材料又稱玻璃鋼防腐。自1956年在中國出現(xiàn)以來，已有50多年的歷史，逐漸形成了從裝備制造、加工技術(shù)制造到市場(chǎng)拓展的精細(xì)產(chǎn)業(yè)鏈。憑借其優(yōu)異的性能指標(biāo)和技術(shù)的多樣化，在國內(nèi)各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

玻璃鋼制品為高分子復(fù)合材料，主要特點(diǎn)如下：

（1）輕質(zhì)高強(qiáng)。玻璃鋼制品的配比在1.65～2.0，僅為鋼的1/4，但玻璃鋼防腐的抗拉強(qiáng)度與碳鋼相近，因此其比強(qiáng)度（抗壓強(qiáng)度/比值）是鋼的2～3倍碳鋼，使其可以根據(jù)消費(fèi)者的不同規(guī)定設(shè)計(jì)滿足各種安裝要求。以管道為例，相同外徑的單位重量，玻璃鋼管僅為碳鋼管（鋼盤管）的1/5。鑄鐵排水管的1/3和鋼筋混凝土管的1/12。這一優(yōu)勢(shì)非常受大口徑管道的歡迎，特別是在運(yùn)輸和現(xiàn)場(chǎng)工程建設(shè)中。同時(shí)，還有降低產(chǎn)品安裝成本、提高安裝率等好處。見表1。

表1 各種管材的性能比較

（2）耐濕、耐腐蝕玻璃鋼制品具有高度耐腐蝕的特性，能耐大多數(shù)酸、堿、有機(jī)溶劑、海面、廢水等物質(zhì)。

廣泛應(yīng)用于原油、化工廠、冶金行業(yè)、醫(yī)療行業(yè)。對(duì)于夾層型砂玻璃鋼管，由于其無毒、不銹、無味、對(duì)水體無二次污染，大量用于市政工程和大城市輻射供熱管網(wǎng)級(jí)，不需要防腐蝕，有使用壽命。大大增加其他優(yōu)勢(shì)。因此，在給排水領(lǐng)域受到了歡迎。

（3）玻璃鋼管材的優(yōu)質(zhì)熱特性。玻璃鋼防腐原料的線膨脹系數(shù)為2.3x10-6/℃，與鋼差不多，是PVC塑料的1/3，導(dǎo)熱系數(shù)為0.23，僅為鋼的0.5%。它是一種非常突出的熱絕緣體。

（4）FRP管的電性能。玻璃鋼制品的接地電阻一般為1012cm～10152cm，是一種優(yōu)質(zhì)的電絕緣材料。

（5）玻璃鋼制品耐低溫性能好。與其他類型的塑料制品不同，玻璃鋼制品在超低溫條件下會(huì)變脆并降低抗壓強(qiáng)度。在-30℃下仍具有高品質(zhì)、優(yōu)良的延展性和高抗壓強(qiáng)度。透水玻璃鋼管在低干度攝氏零度時(shí)，具有獨(dú)特的防凍能力。

（6）安裝維護(hù)成本低。玻璃鋼制品的凈重很輕，起重設(shè)備簡(jiǎn)單，驅(qū)動(dòng)力低，對(duì)于管道來說，長(zhǎng)度比無縫鋼管長(zhǎng)，減少了連接器的相對(duì)性，有無需獨(dú)特的防腐和隔熱解決方案，安裝和維護(hù)維護(hù)成本低。

（7）強(qiáng)大的設(shè)計(jì)方案協(xié)調(diào)能力。玻璃鋼制品的成型加工技術(shù)有很多種，我國將有十幾種成型加工技術(shù)。因此，玻璃鋼制品可以根據(jù)不同的主要用途和不同的操作標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)成不同類型的產(chǎn)品。

（8）玻璃鋼制品優(yōu)良的水力學(xué)特性。此功能主要用于管道，尤其是在給排水行業(yè)中使用時(shí)。卷曲玻璃鋼管內(nèi)表面比較光滑，因此具有良好的水電特性。6種管件的平均表面粗糙度必須在下表中進(jìn)行比較。根據(jù)各種測(cè)量方法，以下3個(gè)等級(jí)之一可以表明具有良好特征的水力學(xué)能力：

1）節(jié)省管網(wǎng)水下混凝土成本。對(duì)于相同口徑的管網(wǎng)，F(xiàn)RP管可節(jié)省水下混凝土成本的30%～40%。

2）降低管徑。對(duì)于總流量相同的物料，采用纏繞玻璃鋼管，管長(zhǎng)可減少10%～25%，從而節(jié)省工程投資。

3）減少水下混凝土的時(shí)間，特別是在集中自來水或間隙自來水的情況下，節(jié)省水下混凝土1/3的時(shí)間和成本。

4）玻璃鋼管可長(zhǎng)期通水不結(jié)垢，無需清洗機(jī)，保護(hù)層防止水體二次污染，適合運(yùn)輸活水。干式防腐功能好，還可用于輸送廢水、砂漿、海水等物質(zhì)。見表2。

表2 常用管材的平均絕對(duì)粗糙度

（9）具有軟質(zhì)材料的特性。玻璃鋼防腐原料的抗拉強(qiáng)度低，僅為鋼材的3%～4%。在相同厚度下，玻璃鋼制品的彎曲剛度遠(yuǎn)低于鋼材，屬于軟質(zhì)原材料范圍。對(duì)于干式管道，在安裝和使用過程中必須以埋入地下為前提。管理道路安裝過程中規(guī)定管道與管道周圍土壤產(chǎn)生統(tǒng)一的體系，在管道施工過程中需要注意管道周圍回填土原料的回填和壓實(shí)，并且周圍的土壤質(zhì)量可以為管道提供合理的支撐點(diǎn)。

（10）玻璃鋼管道抗沖擊能力弱。碳纖維制品片材為熱固性樹脂，干燥后具有一定的可塑性。此外，F(xiàn)RP還改進(jìn)了頁面的原材料和管道的破壞特性。碳纖維制品的抗沖擊能力較差，因此碳纖維制品在運(yùn)輸、運(yùn)輸和安裝過程中要進(jìn)行吊裝，以避免產(chǎn)生沖擊載荷。

2.玻璃鋼管行業(yè)的應(yīng)用

根據(jù)以上對(duì)FRP防腐特性的描述，F(xiàn)RP可以很好地應(yīng)用于很多領(lǐng)域，如下：

2.1 電力企業(yè)

在電力企業(yè)中，主要是發(fā)電廠。電廠設(shè)備規(guī)定材料耐腐蝕、使用時(shí)間長(zhǎng)、安裝維修方便、材料本身的有機(jī)化學(xué)功能穩(wěn)定。根據(jù)玻璃鋼制品的特點(diǎn)，使用玻璃鋼制品的機(jī)器設(shè)備相對(duì)來說相對(duì)較多，關(guān)鍵是以下幾個(gè)方面：

2.1.1 工業(yè)區(qū)冷卻循環(huán)水管道及制冷系統(tǒng)機(jī)械設(shè)備

電廠冷卻循環(huán)水管道規(guī)定，管道外壁應(yīng)盡可能光滑，以增加輸送的輸出功率，同時(shí)防止結(jié)垢。還規(guī)定管道應(yīng)超過一定的食品級(jí)不銹鋼規(guī)定，盡可能避免化學(xué)成分析出。玻璃鋼管道可以有效地實(shí)現(xiàn)以上兩個(gè)方面的規(guī)定。因?yàn)楣芾砗凸艿辣容^多，所以管道相對(duì)來說也比較復(fù)雜?，F(xiàn)場(chǎng)安裝難度較大，現(xiàn)場(chǎng)勞動(dòng)量較大。使用玻璃鋼管是因?yàn)樗^輕，現(xiàn)場(chǎng)施工規(guī)范不高，可實(shí)施性不高等優(yōu)點(diǎn)可以有效解決現(xiàn)場(chǎng)安裝使用過程中經(jīng)常出現(xiàn)的諸多困難，提高現(xiàn)場(chǎng)工作效率。

制冷系統(tǒng)機(jī)械設(shè)備以大中型玻璃鋼冷卻塔機(jī)械設(shè)備為主。玻璃鋼冷卻塔是工業(yè)生產(chǎn)循環(huán)系統(tǒng)自來水的主要設(shè)備。它利用氣體和水兩種不同溫度的物質(zhì)，按直接接觸和間接接觸的方式降低溫度，達(dá)到循環(huán)系統(tǒng)自來水的目的。大家都用木材、不銹鋼板、混凝土結(jié)構(gòu)等原材料制作了不同結(jié)構(gòu)的玻璃鋼冷卻塔。但自建項(xiàng)目施工簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)緊湊、抗腐蝕性能好、工程造價(jià)低、重量輕、強(qiáng)度高的不銹鋼玻璃鋼冷卻塔出來后，這種笨重、易損、體積龐大、價(jià)格昂貴的商品非常受歡迎。在不到20年的時(shí)間里，玻璃鋼防腐玻璃鋼冷卻塔一統(tǒng)天下，成為自來水循環(huán)系統(tǒng)唯一的制冷設(shè)備。同時(shí)成為玻璃鋼防腐工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)量最高的模壓制品。其結(jié)構(gòu)為鋼-混凝土結(jié)構(gòu)，玻璃鋼防腐，金屬制品，混凝土件。

2.1.2 電廠輸水管道

在我國內(nèi)陸地區(qū)，發(fā)電廠大多建在城市邊緣，遠(yuǎn)離飲用水源。因此，廠區(qū)自來水必須采用長(zhǎng)距離供水管道輸送，這種管道從飲用水源通向工業(yè)區(qū)，地質(zhì)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)更加復(fù)雜，周邊環(huán)境更加獨(dú)特，管道輸送能力強(qiáng)，維修方便，對(duì)材料的要求更加嚴(yán)格。對(duì)于內(nèi)腔光滑的軟質(zhì)原料，以及韌性較高的彈性原料，可以考慮這種規(guī)定的原料，毫無疑問，F(xiàn)RP防腐是最合適的，這種原材料不僅可以提供足夠的抗壓性。強(qiáng)度達(dá)到環(huán)境因素的負(fù)荷，結(jié)合地質(zhì)環(huán)境改造引起的變形，還可以降低長(zhǎng)途運(yùn)輸?shù)哪芎?，單管長(zhǎng)度可達(dá)12m，質(zhì)量輕，并進(jìn)一步提高了現(xiàn)場(chǎng)施工率和插座總數(shù)的減少，降低了管道泄漏的概率。

2.1.3 污水處理容器

發(fā)電廠發(fā)電機(jī)組的冷卻循環(huán)水經(jīng)過處理后的軟化水，在污水處理環(huán)節(jié)會(huì)加入一些化學(xué)藥品，這類化學(xué)品一般具有腐蝕性，其中一些可能呈強(qiáng)酸，適用于堿置換的場(chǎng)合，對(duì)器皿材料的有機(jī)化學(xué)性能有較高要求。一方面，玻璃鋼防腐原料的主要性能在這里非常明顯，基本能抵抗一切強(qiáng)氧化劑和大部分無機(jī)堿及部分有機(jī)物質(zhì)，在機(jī)械設(shè)備運(yùn)行過程中能達(dá)到抗壓強(qiáng)度要求。

2.1.4 煙氣脫硫脫硝設(shè)備

在火力發(fā)電站，加熱爐點(diǎn)燃后的蒸汽只能在空氣中經(jīng)過除灰、脫硫、除塵后才考慮。在脫硫設(shè)備中，選用了部分玻璃鋼制品。關(guān)鍵是煙氣脫硫的全過程。其中，脫硫塔內(nèi)溫度較高（一般在100℃左右），塔內(nèi)強(qiáng)酸強(qiáng)堿共存較嚴(yán)重，自噴層的振動(dòng)和破壞范圍較廣。因此，對(duì)干塔機(jī)械設(shè)備的需求量很大，嚴(yán)格來說，不僅要耐腐蝕、耐熱，還要有良好的抗剪切和耐磨性。傳統(tǒng)原材料包括高鎳基合金和碳鋼內(nèi)襯塑料復(fù)合管。但是，高鎳基合金非常昂貴，成本太高，但碳鋼襯塑復(fù)合管質(zhì)量不穩(wěn)定，維護(hù)成本增加。玻璃鋼產(chǎn)品以其突出的優(yōu)勢(shì)，已成功應(yīng)用于煙氣脫硫工程，逐步替代上述兩種原料。石灰石-石膏脫硫技術(shù)中玻璃鋼制品的關(guān)鍵選用包括脫硫塔內(nèi)自動(dòng)噴淋系統(tǒng)、漂浮單脈沖系統(tǒng)軟件、氧化系統(tǒng)軟件、消化吸收物質(zhì)的傳遞方式，以及一些嵌入式脫硫塔內(nèi)的零件和連接件。脫硫技術(shù)中玻璃鋼制品的關(guān)鍵選用包括脫硫塔內(nèi)的自動(dòng)噴淋系統(tǒng)、消化吸收物料輸送系統(tǒng)的軟件、水解酸化罐系統(tǒng)的軟件以及一些預(yù)埋件和連接件。

2.2 市政道路工程

2.2.1 城市給水設(shè)備

城市供水設(shè)備的關(guān)鍵是從飲用水源到自來水廠，從自來水廠到用戶的導(dǎo)流通道。第一部分與電廠工業(yè)區(qū)的供水設(shè)備類似。第二部分主要是自來水公司輸送的水系統(tǒng)，規(guī)定了管件硬度高，輸送效率高，安裝維修方便，組分沉淀少。FRP產(chǎn)品可以考慮這種規(guī)定。雖然使用玻璃鋼管的一次性投資成本高于水泥管、熱塑性管、鑄鐵排水管和鍍鋅鋼管，但綜合成本低于這3種管件，使用維護(hù)成本也極低。因此，在大城市使用玻璃鋼管作為給水設(shè)備的輸送機(jī)械具有特別的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

2.2.2 城市的排水設(shè)備

城市的排水設(shè)施主要是工業(yè)生產(chǎn)廢水的排放和生活污水處理的排放。工業(yè)生產(chǎn)廢水中的成分比較復(fù)雜，關(guān)鍵是三氧化鉻、三氧化二鉻、硫酸、有機(jī)物、碳酸鹽和有機(jī)鹽以及一些雜質(zhì)等，這就規(guī)定了管件應(yīng)具有較好的耐溶劑腐蝕性能和耐腐蝕性能，抗粘連、耐腐蝕，需要有效的光滑表面，防止微生物的粘附和污垢的積聚。如果溫度比較低，管道還需要有一定的防凍、防凍能力。玻璃鋼管道在這些層次上都具有非常好的特性，并且具有原材料柔軟的特性，可以在復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)下實(shí)現(xiàn)安裝和應(yīng)用。

在我國，中北部地區(qū)市政道路工程采用玻璃鋼管道。中西部和西北地區(qū)使用較少，主要是這些地方的相對(duì)成本相對(duì)落后，發(fā)展趨勢(shì)的歷史時(shí)間不長(zhǎng)，玻璃鋼制品相對(duì)較小，尚未得到廣泛應(yīng)用。但是，由于我國“一帶一路”戰(zhàn)略的發(fā)展，我們堅(jiān)信玻璃鋼產(chǎn)品一定會(huì)在這些地區(qū)大規(guī)模使用。

2.3 冶金業(yè)

在工業(yè)上，其產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中使用了很多酸性液體，主要是硫酸和鹽酸，這種酸堿物質(zhì)在機(jī)器設(shè)備之間的管網(wǎng)和儲(chǔ)存設(shè)備必須具有很好的耐腐蝕性。因此，制造此類設(shè)備的原材料規(guī)定較為嚴(yán)格。傳統(tǒng)的原材料一般采用碳鋼作為環(huán)氧樹脂襯里（即一般的鋼橡膠襯里），但這種原材料有兩個(gè)特定的缺陷。一是安裝比較困難，關(guān)鍵是插座生銹的解決辦法，其次，質(zhì)量不穩(wěn)定，很容易造成內(nèi)襯脫落，腐蝕機(jī)械設(shè)備。相比之下，玻璃鋼制品不會(huì)存在上述問題，其綜合成本遠(yuǎn)低于鋼襯機(jī)械設(shè)備，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作和現(xiàn)場(chǎng)工程施工也非常方便高效。玻璃鋼產(chǎn)品主要用于酸洗鈍化系統(tǒng)軟件、后處理工藝系統(tǒng)軟件、熱鍍鋅系統(tǒng)軟件等。重點(diǎn)項(xiàng)目包括酸洗鈍化線、后處理工藝線、熱鍍鋅的熱鍍鋅。馬鋼軋鋼廠湖南漣鋼熱軋廠全線酸洗鈍化線、酸排線、鞍鋼熱軋廠酸洗鈍化線、后處理工藝線、酒泉鋼鐵公司浸鍍鋅線、不銹鋼板生產(chǎn)線和太鋼公司酸洗鈍化線和后處理工藝線目前使用情況良好。

我國是鋼鐵消費(fèi)大國和鋼鐵生產(chǎn)大國，有多家大中型鋼廠，如上海寶鋼集團(tuán)公司、首鋼集團(tuán)公司、鞍鋼集團(tuán)公司、武鋼集團(tuán)、江蘇沙鋼實(shí)業(yè)有限公司、萊鋼集團(tuán)公司等、太鋼、濟(jì)鋼集團(tuán)公司總部、馬鞍山鋼鐵股份有限公司、邯鄲鋼鐵集團(tuán)有限公司等企業(yè)，這些企業(yè)可以作為重點(diǎn)FRP產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)，行業(yè)前景很好。

2.4 食品業(yè)

在食品釀造領(lǐng)域，許多機(jī)械設(shè)備都是在有機(jī)物、有機(jī)堿或有機(jī)鹽的條件下工作的。這類設(shè)施的材料規(guī)定需要滿足一定的防腐和耐高溫規(guī)定，而且所有產(chǎn)品都需要是食品級(jí)不銹鋼，所以選用的原材料范圍不是很大。玻璃鋼防腐原料的防銹性能和耐熱性能上面已經(jīng)介紹過。對(duì)于干式食品級(jí)不銹鋼，玻璃鋼防腐原料中有一種環(huán)氧樹脂，經(jīng)我國衛(wèi)生行政部門專業(yè)檢測(cè)。此類環(huán)氧樹脂用作玻璃鋼制品的內(nèi)襯層，可與物質(zhì)直接接觸。無任何環(huán)境污染。玻璃鋼制品可用于制造干燥罐、發(fā)酵設(shè)備、罐車、輸送管網(wǎng)、儲(chǔ)罐以及加工工藝特別需要的一些機(jī)械設(shè)備。國內(nèi)一些大中型知名食品釀造企業(yè)已逐步采用玻璃鋼設(shè)備，如李錦記、徐州天豪花園等。

中國有很多食品制造企業(yè)，但大中型企業(yè)并不多。因此，應(yīng)對(duì)這些方面的玻璃鋼防腐銷售市場(chǎng)進(jìn)行重點(diǎn)掌握和由針對(duì)性的開發(fā)設(shè)計(jì)。

2.5 石化設(shè)備

我國石化裝備基礎(chǔ)建設(shè)正處于新一輪發(fā)展階段。石化裝備基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的行業(yè)壟斷地位雖然不如石油工業(yè)工程建設(shè)，但其經(jīng)營能力遠(yuǎn)高于土木工程建設(shè)行業(yè)，具有穩(wěn)定和改善的市場(chǎng)前景。在這方面，由于玻璃鋼制品使用壽命長(zhǎng)，安裝維護(hù)方便，長(zhǎng)期經(jīng)濟(jì)效益十分明顯，其光滑的內(nèi)表面促進(jìn)了極低的運(yùn)行成本和綜合成本，從而得到普遍使用。玻璃鋼產(chǎn)品主要用于工業(yè)區(qū)的所有循環(huán)水系統(tǒng)、化工機(jī)械設(shè)備、容器和管式反應(yīng)器。已完成的重點(diǎn)項(xiàng)目包括東海石化項(xiàng)目、茂名石化、燕山石化等項(xiàng)目。在國內(nèi)，原油化工企業(yè)大多分布在北京、新疆、甘肅、黑龍江、廣東、山東等煤炭資源十分豐富的地區(qū)。