玻璃钢管道与其它管道的优势

玻璃钢管道与其它管道的优势

玻璃钢夹砂管道性能比较

2012年3月12日

一、玻璃钢夹砂管(FRPM)的管材性能

二、玻璃钢夹砂管(FRPM)与钢管的比较

三、玻璃钢夹砂管(FRPM)与PE塑料管的比较

四、玻璃钢夹砂管(FRPM)与球墨铸铁管的比较

五、玻璃钢夹砂管(FRPM)工艺制作方案

六、玻璃钢夹砂管(FRPM)及纯玻璃钢管的应用

七、附录1：《玻璃纤维增强塑料夹砂管》(GB/T21238-2007)

附录2：CECS190夹砂管工程设计规范编制说明

附录3：CECS_129：2001_埋地给水排水玻璃纤维增强热固

性树脂夹砂管管道工程施工及验收规程

1

第一章

玻璃钢夹砂管的管材性能

2

玻璃钢夹砂管的管材性能

注:玻璃钢夹砂管道属于复合材料，可设计性极强，通过改变材料、缠绕

角度以及夹砂比例等方面，可以得到不同的力学指标，以上性能指标仅供参

考，具体性能指标以实际设计为准，不同条件下指标的要求见国家有关行业

标准(GB/T21238-2007).

3

玻璃钢夹砂管的水力学性能

玻璃钢的内表面相当光滑(糙率系数0.0084),内表面的绝对粗糙度也

很小，管内水的流态也大多数情况处于水力光滑管区和过渡系统区，壁面对

紊流阻力的影响小，而象钢管、铸铁管、混凝土管等传统管材的糙率系数高，

绝对粗糙度大，管内水的流态大多数情况处于粗糙区,壁面对紊流阻力的影

响大,故磨擦阻力小，显著减少沿程的流体压力损失,提高输送能力20%以上。

因此，在输送能力相同时，工程可选用内径较小的玻璃钢管道(见缩径表1)从

而降低一次性的工程投入:若采用同等内径的管道，玻璃钢管道可比其它传

统管材减少压头损失，节省泵的功率和能源(约30%-40%)，从而减少长期的

运行费用

(见表2)。

注:建议水头损失计算公式：

一、钢管和铸铁管

(1)V<1.2m/s时

I=0.0009122v2.(l+O.O867/V)0.8/djl.8

(2)V>1.2m/s.v2.时

l=0.00107.v2/djl,8

I一每米管段长度的水头损失(m)

Dj一水管计算内径(m)

V一平均流速(m/s)

二、混凝土管、钢筋混凝土管

4

n=0.013时

l=0.001743.g2/j5.33

N=0.014时

1=0.002021.g2/dj5.33

I一每米管段长度的水头损失(m)dj一水管计算内径(m)

g一计算流量(m3/s)

三、玻璃钢管(内芯模成型)l=0.000915.ql.774/dj4.774

i一每米管段长度的水头损失(m)dj—水管计算内径(m)

q一计算流量(m3/s)

表1根据谢才公式计算的缩径表

5

玻璃钢夹砂管道公称内径系列

mm

玻璃钢夹砂管道公称压力等级

Mpa

6

玻璃钢夹砂管道公称刚度等级系列

N/m

2

7

第一早

FRPM）与钢管的比较

8玻璃钢管（

玻璃钢管与钢管比较分析

钢管是一种传统管材，由钢板螺旋缠绕成圆筒状后焊接而成。从强度和

刚度来看，夹砂玻璃钢管和钢管都具有优良的特性。但从耐腐蚀性与使用寿

命、水力特性、能耗、水质、运输、安装、以及价格等方面分析，夹砂玻璃

钢管比钢管更优越、更具有竞争力。

一、技术性能比较

1、设汁的灵活性

玻璃钢管具有设计灵活性,可针对任何一种适用的技术参数组合进行

设计和制作，能够最大化地满足顾客的需要和要求；而钢管的设计针对性就

差些，只在一定程度上具备这种特点。

2、强度性能

玻璃钢管具有优良的强度性能，最大容许工作压力可达到6.4MPa,设计

安全系数在6倍以上。

1）抗拉强度：

根据纤维铺设与含量情况,玻璃钢管的表观环向抗拉强度可在

l40-520MPa之间，轴向抗拉强度可在70-320MPa之间；

2）抗弯强度：

根据纤维铺设与含量情况,玻璃钢管的表观环向抗弯强度可在

154-340MPa之间。不但管口是柔性接口，管材也是柔性的。

3）冲击强度：

玻璃钢管具有良好的抗冲击强度，为300kgf2cm/cm2以上,有试验表明：

将①2600玻璃钢管从1.8m高处自由落下，未受任何破坏；

3、刚度性能

9

在刚度性能方面，二者都能满足工程需要。玻璃钢管是在承受弯曲应力

较小的管壁中间层根据工程需要增加夹砂层来提高刚度，可满足用户所提

出的任何刚度要求。钢管本身刚度足够大，可不用考虑。在承受短期意

外的超载荷作用（如载重汽车）方面,玻璃钢管可通过自身的弹性变形来承担,

并在载荷移去后能自动恢复原状;而钢管在一定的变形下容易被剪切破坏

或断裂。

4、使用寿命

玻璃钢管的基体是极其稳定的高分子材料，且其破坏压力是按工作压

力的6倍设计的，可以确保50年使用寿命（见AWWA,ASTM标准）。钢管

使用寿命一般为20年。运行期间维护频繁，维修难度大，费用高。钢管在埋

入地下运行时，管内水质、周围土壤、地下水,埋设地带附近是否存在电场

等因素，均会使管内外壁产生腐蚀。因此,标准规定:管体内外表面应涂覆沥

青质或其他防腐材料。由于涂覆材料与钢管的材质不同,在长期运行中，受

到气候冷热、水力冲击等作用，容易产生界面分层脱落，而逐步失去防腐涂

覆层,从而使管的内表面铁分子产生氧化作用、电化学腐蚀等，必将减少使

用寿命。

5、水力特性比较

玻璃钢管的内壁非常光滑,新玻璃钢管的Hazen-Williams粗糙系数C值

为160―165,其保守的设计值（按50年计）为150。新钢管的C值均为为120,

经使用后为C=65。C值的降低是由于管的内表面铁分子产生氧化作用和电

化学腐蚀反映在内壁结垢造成的。

钢管与玻璃钢管的流量进行比较的数据。因为新钢管的绝对粗糙度为

0.05mm,腐蚀后的钢管的绝对粗糙度为3mm,腐蚀后是未腐蚀钢管的绝对

粗糙度的60倍。

取钢管的Hazen-Williams平均粗糙系数C值为100,玻璃钢管的10

C为150,则12英寸的玻璃钢管与14英寸的钢管的流量相同。或者说,

在同样的管径条件下，玻璃钢管的流量比钢管要大36%o

6、能耗比较

由于钢管的Hazen-Williams粗糙系数C值随着年份大幅度减少,其能耗

也将大幅度增加。钢管管线的能耗远大于玻璃钢管线。其主要原因有两个:

其一是由于钢管氧化、电化学腐蚀等因素，产生内壁结垢而增加阻力，使能

耗增加；其二是由于在新管状态下,玻璃钢管远比钢管要光滑。值得指出的

是:在管线寿命期的最后数年,钢管线需要的泵送功率将从25马力增加到60

马力:而玻璃钢管线的功率基本保持不变。

现按同样的流量进行能耗比较：

设日流量为：6万方，管全长为10公里，输送自来水，动力粘度系数

1.2*10-6,坡高为零，其中钢管的绝对粗糙度取平均值1.65mm。则:玻璃钢管

的扬程为30.85m,而钢的扬程为58.62m。钢的能耗是玻璃钢管的1.9倍。

这意味着在管道运行时将大大增加后期成本。

7、水质

玻璃钢管的内衬采用食品级树脂，可确保水质达到国家标准（JC586-

1995），并可用于输送和贮存含氯的饮用水及生活用水。除此之外，在避光条

件下的玻璃钢管的内壁不滋长微生物,因此埋地的玻璃钢管可进一步确保

自来水的质量。

由于钢管必须涂覆涂料，因此GBI3295—91标准对涂料作了严格规定:

涂料应不溶于水，不得使水产生臭和味,涂料中的有害物质应符合卫生部引

水的有关规定。此外，由于钢管壁粗糙,即使采取涂覆防腐材料工艺也难以

达到和玻璃钢管内壁的光滑性，且长期使用后会产生腐蚀，因而会生长微生

物和结垢，从而影响水质。

11

8、防渗漏性能和抗水锤能力

玻璃钢管采用双环橡胶密封胶圈承插连接，安装时在连接处100%打压

试验,可确保接头密封性能100%合格。止匕外，由于玻璃钢是一种致密性很高

的复合材料,管身不仅不会由里往外渗水（如往外渗的污水影响农田），而且

也不可能由外往里渗（如管外部的污水往里渗将影响管内的水质）。

钢管在焊接时要求的作业条件较高，在现场施工过程中受条件的限制

焊接质量往往难以保证，因此焊接处密封的可靠性不及玻璃钢管，爆管现象

就是出在钢管的焊接处。

由于玻璃钢夹砂管具有很高的强度和良好的延展性，不会因为水锤作

用和瞬间超压产生破坏。

由此可见,玻璃钢管材的防渗性比钢管要优越得多。

9、适用性、安全和环保特性

在可能的组合下，可根据使用条件要求对玻璃钢夹砂管进行灵活设计，

并且，国内先进水平的生产装备完全能够按照各种设计方案生产出合格产

品。由于食品级树脂等原材料质量稳定，经多年使用效果良好。

玻璃钢管由结构稳定的无机非金属材料和大分子链的有机材料构成，

管道内外富树脂层的结构形式使管材在长期使用中性能稳定，渗入渗出极

少,不会对所输送的水质和环境水土产生影响，因此，玻璃钢夹砂管是一种很

好的环保材料。由于玻璃钢夹砂管具有很高的强度和良好的延展性，不会因

为水锤作用和瞬间超压产生破坏，又不会对所输送的水质和环境水土产生

影响，因此，从诸多方面评价玻璃钢夹砂管都是一种安全的管材。另外，由于

玻璃钢夹砂管内壁光滑，水流阻力小，特别是在有重力流的情况下，所需的加

压设备少，节省运行12

动力。一般情况下，玻璃钢夹砂管的运行费用比其他管材低20%左右。

由于玻璃钢夹砂管强度高，材质稳定,非外力作用不易破坏，可以讲玻璃

钢夹砂管基本上是免维护的。国内外正在运行管道的良好表现也证明了这

一点。

10、抗剥离性能

在规定的使用期内，正常使用情况下玻璃钢夹砂管不会出现剥离现象。

现从玻璃钢夹砂管的构成材料、材料作用原理、结构和生产工艺三方面加

以说明。

1）构成材料:玻璃钢夹砂管的主要材料为不饱和聚酯树脂、无碱无捻玻

璃纤维和天然圆角石英砂。不饱和聚酯树脂采用南京帝斯曼树脂有限公司、

大连鑫鼎树脂涂料有限公司等国内著名生产厂家的产品，其酸值、工艺浸润

性、浇铸体断裂韧性和强度等指标均处于国内领先水平;无碱无捻玻璃纤维

采用巨石集团和泰山玻璃纤维有限公司，该产品采用了先进的池窑拉丝生

产技术，使用最佳的表面处理剂，因此，其拉伸强度、耐磨性、表面形态及其

与树脂的融合程度均十分理想;石英砂采用内蒙古草原的天然圆角石英砂，

经水洗、烘干和筛选等工艺过程后得到符合理想级配的产品，其形状、成份

和洁净度使天然圆角石英砂具有浸润性好、堆积密度高、有效地提高玻璃

钢夹砂管强度

和刚度等优良性能。美国欧文斯科宁管道有限公司用与上述材料相同

性能的材料生产的玻璃钢夹砂管，经美国欧文斯科宁管道有限公司美国技

术中心和挪威技术中心按照ANSI/AWWAC950—95标准中的长期静水压设

计基准（HDB），经过10000小时严格的模拟试验，采用线性回归分析方法推

算出在50年的使用期内，按照规定要求设计和生13

产的玻璃钢夹砂管的性能衰减程度是完全能够达到其最低使用要求

的。

2）材料作用原理:构成地埋玻璃钢夹砂管的主要材料无碱无捻玻璃纤

维和天然圆角石英砂均属典型的无机非金属材料，起增强作用，具有理想的

组份和结构强度，其性能在玻璃钢夹砂管的成型过程和使用期内无变化。不

饱和聚酯树脂属黏接材料,在成型过程中发生化学反应，从低分子线性结构

转变成具有黏附力好，剪切强度高，收缩率小的稳固的高分子三维立体结构,

使其极难与增强材料脱离。

3）结构和生产工艺:玻璃钢夹砂管的内表面是由高比例不饱和聚酯树

脂和增强材料构成的防渗漏层,然后是环向和交叉缠绕的无碱无捻玻璃纤

维和树脂层。整个石英砂层居于管壁中部位置，其中有多层环向和交叉缠绕

的无碱无捻玻璃纤维起连接和增强作用。外层仍为环向和交叉缠绕的无碱

无捻玻璃纤维和树脂层。生产过程中给予纤维以足够的成型张力并逐层压

实,使整个管壁结构浑然一体。

钢管的导热系数较高，与防腐材料间变形系数差别较大，在局部腐蚀、

水流冲击等外部因素作用下较易剥离。

11、抗冻性能

玻璃钢管属柔性管，断裂延伸率较高,弹性好，导热系数低，属非金属保

温材料。另外,由于玻璃钢夹砂管的环向拉伸强度和轴向拉伸强度较高，即

使在管内满水全部冰冻情况下，也不会出现冻裂现象。一般情况下,在寒冷

地区埋设的玻璃钢管运行中可有1/3〜1/2在冻层内不致影响使用。

12、抗变形和基础不均匀沉降能力

玻璃钢管既具备足够的抗外部荷载和变形的刚度性能,又具有一定的

柔性,DNI800mm管接口借转角度可达到1.5°;而钢管为刚性连14

接，受外力或不均运沉降作用易发生剪切破坏或焊口开裂现象。因此，

玻璃钢管比钢管具有更强的抗变形和不均匀沉降能力，对地震等外力有较

强的抵抗能力。

13、维护与维修

从玻璃钢管的特性和引松入长等工程的运行情况看，玻璃钢管是一种

免维护的管材。如因外部因素造成玻璃钢管损坏，玻璃钢企业可采用成型的

特种维修卡头在不影响供水的情况下于最短时间内解决问题。

钢管一旦损坏或爆管，维修相当困难。

15

第二早

玻璃钢管(FRPM)与

塑料管的比较PE

16

玻璃钢夹砂管与PE塑料管的比较与分析

1、引言

1987年,我国首次从国外引进玻璃钢管自动缠绕生产线后，我国玻璃钢

管的工业化生产开始起步,特别是1993年从国外引进玻璃钢夹砂管缠绕线

以来,由于价格下降，性能优良,发展十分迅速，据中国玻璃钢工业协会2004

年统计数据表明:将所有规格的玻璃钢夹砂管折算成直径1米的玻璃钢夹

砂管,2003年全年的玻璃钢夹砂管总长度为600公里左右，产量6万7千余

吨，产值14.2亿元。

聚乙烯(PE)塑料管国际上是在20世纪60年代首次使用，而在1988年

SLOVY公司研制出P日00管材专用料以后,、才提高了管材的许用应力，使得

管材能在同样使用压力下减少壁厚，减少材料消耗，从而增强了PE管的应用

优势,PE管以其质量轻，耐腐蚀性良好，可熔融焊接，易于运输和安装等优点

在目前的管道市场上应用比较广泛。从强度和刚度来看,玻璃钢夹砂管

具有优良的特性，相对而言,PE管较低些，从管材结构可设计性强，管口连接

的防渗性、运输、安装以及管材的抗冻性和价格等方面分析，玻璃钢夹砂管

比PE塑料管更优越、更具有竞争力。

2、分析与比较

2.1管材结构可设计性

玻璃钢夹砂管可以根据要求承受的内压和外压以及现场具体施工使

用条件进行管材最经济的结构工艺设计，工作压力为0.125MPa,刚度等级

大于等于2500Pa等各种不同刚度，可进行最经济的适17

合水力条件的管材结构设计，玻璃钢夹砂管的管材结构可设计性很强。

球墨铸铁管和PE塑料管的压力等级仅为规定的几个级别,PE塑料管的

刚度等级一般仅有4000Pa和8000Pa两种,适用工程实际具有一定的局限性。

2.2防渗性比较

玻璃钢管采用双0型橡胶密封胶圈承插连接，安装时在连接处100%进

行单口打压试验,可确保接头密封性能100%合格。止匕外，由于玻璃钢是一种

致密性很高的复合材料,管身不仅不会由里往外渗水（如往外渗的污水影响

农田），而且也不可能由外往里渗（如管外部的污水往里渗将影响管内的水

质）。

综上所述，玻璃钢夹砂管的防渗性比球墨铸铁管和PE塑料管要优越。

2.3运输、安装与维护

玻璃钢夹砂管双0型橡胶密封圈承插连接十分方便快捷，安装工具要

求得也很简单，而PE塑料管现场接口熔融焊接需要焊接设备,且受现场环境

的制约接口时间也较长，安装速度较慢。在安装的技术要求上玻璃钢夹砂管

要比PE塑料管优越,因为为了阻止PE管的长期蠕变性,PE塑料管的埋设技

术要求要比玻璃钢夹砂管严格得多。

2.4价格

无论从管材的单价，还是从综合造价，玻璃钢夹砂管的价格比PE塑料管

更经济。相同口径比较，玻璃钢夹砂管单价低10%以上;供水量相同的工程,

玻璃钢夹砂管线的综合造价低20%以上。

2.5抗冻性能

玻璃钢夹砂管属柔性管，断裂延伸率较高,弹性好，导热系数低，仅为球

墨铸铁管的1/233,属非金属保温材料。另外，由于玻璃钢夹砂18

管的环向拉伸强度和轴向拉伸强度较高,即使在管内满水全部冰冻情

况下，也不会出现冻裂现象。一般情况下，在寒冷地区埋设的玻璃钢管运行

中可有1/3—1/2在冻层内不致影响使用。

3结论

玻璃钢夹砂管和PE塑料管均是管道行业中的优质管材，但从管材的可

设计性强、防渗、安装和维护、以及价格等方面来看，玻璃钢夹砂管具有一

定的优势。

19

第四章

玻璃钢管(FRPM)与球墨铸

铁管的比较

20

玻璃钢管与球墨铸铁管比较分析球墨铸铁管是一种经过球化和孕育

处理铁水后，采用离心法浇筑而成的。制作时有冷模工艺和热模工艺之分，

采用冷模工艺需采用退火工艺，一般适合于生产700-800以下的管材。由

于经过处理的铁水石墨结晶体呈球状，故称球墨铸铁。其主要优点是:抗拉

强度高，断裂延伸率高,耐腐蚀性能优于钢管2倍多。我国从80年代中期开

始引进球墨铸铁管生产线，现可生产700m以下的离心球墨铸铁管（给水排

水管道工程施工及验收规范实施手册,中国建筑工业出版社,1998年9月出

版），并于1991年颁布了《离心铸造球墨铸铁管》（GBI3295-91）标准。该标准

规定了中700以下的球墨铸铁管（NI型、X型、S型接口）、①1200以下球墨

铸铁管（T型接口）的四个不同级别的尺寸标准。从强度和刚度来看,夹砂玻

璃钢管和球墨铸铁管都具有优良的特性。但从耐腐蚀性与使用寿命、水力

特性、能耗、水质、运输、安装及价格等方面分析，玻璃钢夹砂管比球墨铸

铁管更优越、更具有竞争力。

1.防腐性能与使用寿命

优良的防腐蚀性能是玻璃钢管最突出的优点之一，这不仅使得玻璃钢

管在运行时无须任何维护,而且是确保玻璃钢管能使用50年寿命的重要因

素（见AWWA,ASTM标准）。

尽管球墨铸铁管的耐腐蚀性能比钢管强，但球墨铸铁管在埋入地21

下运行时，管内水质、周围土壤、地下水,埋设地带附近是否存在电场

等因素，均会使该管内外壁产生腐蚀（见《中华人民共和国国家标准“给水

排水工程结构设计规范编制说明”》）o因此，《离心铸造球墨铸铁管》

（GBI3295-91）标准规定:管体内外表面应涂覆沥青质或其他防腐材料。由于

涂覆材料与球墨铸铁管材的材质不同,在长期运作中，受到气候冷热、水力

冲击等作用，容易产生界面分层脱落，而逐步失去防腐涂覆层,从而使管的内

表面铁分子产生氧化作用、电化学腐蚀等，必将减少使用寿命。

2.水力特性比较

玻璃钢管的内壁非常光滑,新玻璃钢管的Hazen-Williams粗糙系数c值

为160―165,其保守的设计值（按50年计）为150o新的球墨铸铁管与新钢

管的c值均为为120,经使用后为C-65（见图l）oc值的降低是由于管的

内表面铁分子产生氧化作用和电化学腐蚀反映在内壁结垢造成的。

采用文献《FRP管道手册》（中国玻璃钢工业协会。国家建材局玻璃钢

研究设计院,1998年3月出版）对钢管与玻璃钢管的流量进行比较的数据。

因为新钢管的绝对粗糙度为0.05mm,腐蚀后的钢管的绝对粗糙度为3mm,

腐蚀后是未腐蚀钢管的绝对粗糙度的60倍；而球墨铸铁管在出厂时

（GBI3295-91）标准规定:表面缺陷不得大于（a+O.O5T）mm。以中1000管为例:

其容许表面缺陷可为（a+O.75）mm,按照球墨铸铁管的耐腐蚀性比钢管优3

倍来考虑,腐蚀后的绝对粗糙度将大于3mm。因此，球墨铸铁管与钢管的水

力特性相差不大。

取球墨铸铁管的Hazen-Williams平均粗糙系数c值为100,玻璃钢管的

c为150,则12英寸的玻璃钢管与14英寸的钢管的流量相同。或者说，在

同样的管径条件下，

玻璃钢管的流量比球墨铸铁管要大22

36%o

3.能耗比较

由于球墨铸铁管的Hazen-Williams粗糙系数c值随着年份大幅度减少,

其能耗也将大幅度增加。仍参照文献《FRP管道手册》的比较数据,对球墨

铸铁管管与玻璃钢管的能耗进行了比较：

功率（马力）

70钢管6050403020玻璃钢管

10

0111315191791735

图2钢管线、FRP管线功率消耗与时间的关系

由图2可见，球墨铸铁管管线的能耗远大于玻璃钢管线。其主要原因有

两个:其一是由于球墨铸铁管的铁分子氧化、电化学腐蚀等因素，产生内壁

结垢而增加阻力,使能耗增加;其二是由于在新管状态下，玻璃钢管远比球墨

铸铁管要光滑。值得指出的是:在管线寿命期的最后数年，球墨铸铁管线需

要的泵送功率将从25马力增加到60马力;而玻璃钢管线的功率基本保持不

变。

23

4.水质比较

玻璃钢管的内衬采用食品级树脂，可确保水质达到国家标准（JC58一

1995），并可用于输送和贮存含氯的饮用水及生活用水。除;此之外，在避光条

件下的玻璃钢管的内壁不生长微生物,因此埋地的玻璃钢管可进一步确保

自来水的质量。

由于球墨铸铁管必须涂覆涂料，因此GBI3295—91标准对涂料作了严

格规定:引用水的球墨铸铁管的涂料应不溶于水，不得使水产生臭和味，涂料

中的有害物质应符合卫生部引水的有关规定。此外，由于球墨铸铁管壁粗糙,

即使采取涂覆防腐材料工艺也难以达到和玻璃钢管内壁的光滑性,且长期

使用后会产生腐蚀，因而会生长微生物和结垢，从而影响水质。

5.防渗性和抗水锤能力比较

玻璃钢管采用双环橡胶密封胶圈承插连接，安装时在连接处100%打

压试验，可确保接头密封性能100%合格。此外,由于玻璃钢是一种致密性很

高的复合材料，管身不仅不会由里往外渗水（如往外渗的污水影响农田），而

且也不可能申外往里渗（如管外部的污水往里渗将影响管内的水质）。

球墨铸铁管在连接时不可能如玻璃钢管一样在接头处打压，因此接头

密封的可靠性不及玻璃钢管。

此外，一般球墨铸铁管长4-6m,而一根玻璃钢管长的12米，因此玻璃钢

管比球墨铸铁管减少了接头，继而减少了管接头渗漏的机会。

由于玻璃钢夹砂管具有很高的强度和良好的延展性，不会因为水锤作

用和瞬间超压产生破坏。

24

6.适用性、安全和环保特性

在可能的组合下，可根据使用条件要求对玻璃钢夹砂管进行灵活设计;

并且，国内先进水平的生产装备完全能够按照各种设计方案生产出合格产

品。由于食品级树脂等原材料质量稳定，经多年使用效果良好。

玻璃钢管由结构稳定的无机非金属材料和大分子链的有机材料构成，

管道内外富树脂层的结构形式使管材在长期使用中性能稳定，渗入渗出极

少,不会对所输送的水质和环境水土产生影响，因此，玻璃钢夹砂管是一种很

好的环保材料。由于玻璃钢夹砂管具有很高的强度和良好的延展性，不会因

为水锤作用和瞬间超压产生破坏，又不会对所输送的水质和环境水土产生

影响，因此，从诸多方面评价玻璃钢夹砂管都是一种安全的管材。另外，由于

玻璃钢夹砂管内壁光滑，水流阻力小，特别是在有重力流的情况下，所需的加

压设备少，节省运行动力。一般情况下，玻璃钢夹砂管的运行费用比其他管

材低20%左右。由于玻璃钢夹砂管强度高，材质稳定，非外力作用不易破坏,

可以讲玻璃钢夹砂管基本上是免维护的。国内外正在运行管道的良好表现

也证明了这一点。

7.抗剥离性能

在规定的使用期内，正常使用情况下玻璃钢夹砂管不会出现剥离现象。

现从玻璃钢夹砂管的构成材料、材料作用原理、结构和生产工艺三方面加

以说明。

1)构成材料:玻璃钢夹砂管的主要材料为不饱和聚酯树脂、无碱无捻

玻璃纤维和天然圆角石英砂。不饱和聚酯树脂采用南京帝斯曼树脂有

限公司、大连鑫鼎树脂涂料有限公司等国内著名生产厂家的产品,25

其酸值、工艺浸润性、浇铸体断裂韧性和强度等指标均处于国内领先

水平;无碱无捻玻璃纤维采用巨石集团和泰山玻璃纤维有限公司，该产品采

用了先进的池窑拉丝生产技术，使用最佳的表面处理剂，因此，其拉伸强度、

耐磨性、表面形态及其与树脂的融合程度均十分理想；石英砂采用内蒙占

草原的天然圆角石英砂，经水洗、烘干和筛选等工艺过程后得到符合理想级

配的产品，其形状、成份和洁净度使天然圆角石英砂具有浸润性好、堆积密

度高、有效地提高玻璃钢夹砂管强度和刚度等优良性能。美国欧文斯科宁

管道有限公司用与上述材料相同性能的材料生产的玻璃钢夹砂管,经美国

欧文斯科宁管道有限公司美国技术中心和挪威技术中心按照ANSI/AWWA

C950一95标准中的长期静水压设计基准(HDB),经过10000小时严格的模

拟试验，采用线性回归分析方法推算出在50年的使用期内，按照规定要求设

计和生产的玻璃钢夹砂管的性能衰减程度是完全能够达到其最低使用要

求的。

2）材料作用原理:构成地埋玻璃钢夹砂管的主要材料无碱无捻玻璃纤

维和天然圆角石英砂均属典型的无机非金属材料，起增强作用，具有理想的

组份和结构强度，其性能在玻璃钢一夹砂管的成型过程和使用期内无变化。

不饱和聚酯树脂属黏接材料，在成型过程中发生化学反应，从低分子线性结

构转变成具有黏附力好，剪切强度高，收缩率小的稳固的高分子三维立体结

构,使其极难与增强材料脱离。

3）结构和生产工艺:玻璃钢夹砂管的内表面是由高比例不饱和聚酯树

脂和增强材料构成的防渗漏层,然后是环向和交叉缠绕的无碱无捻玻璃纤

维和树脂层。整个石英砂层居于管壁中部位置，其中有多层环向和交叉缠绕

的无碱无捻玻璃纤维起连接和增强作用。外层仍为环向和交叉缠绕的无碱

无捻玻璃纤维和树脂层。生产过程中给予纤维以26

足够的成型张力并逐层压实，使整个管壁结构浑然一体。

球墨铸铁管的导热系数较高，与防腐材料间变形系数差别较大，在局部

腐蚀、水流冲击等外部因素作用下较易剥离。

8.抗冻性能

玻璃钢管属柔性管，断裂延伸率较高,弹性好，导热系数低，属非金属保

温材料。另外,由于玻璃钢夹砂管的环向拉伸强度和轴向拉伸强度较高，即

使在管内满水全部冰冻情况下，也不会出现冻裂现象。一般情况下,在寒冷

地区埋设的玻璃钢管运行中可有1/3〜1/2在冻层内不致影响使用。

9.抗变形和基础不均匀沉降能力

玻璃钢管既具备足够的抗外部荷载和变形的刚度性能,又具有一定的

柔性,DNI800mm管接口借转角度可达到1.5°;球墨铸铁管接口借转角度仅

为0.7°。因此，玻璃钢管比钢管具有更强的抗变形和不均匀沉降能力，对地

震等外力有较强的抵抗能力。

I。.运输、安装与维护

同管径同压力的玻璃钢管重量是球墨铸铁管的四分之一左右,这无疑

给玻璃钢管的运输和安装提供了便利，同时也减少了运费，增加了安装的可

靠性。

玻璃钢管在运行过程中基本上无须任何维护，而球墨铸铁管由于耐腐

蚀性能差,需要不断采取防腐维护措施，有时还需采取阴极保护等措施。

从玻璃钢管的特性和引松入长等工程的运行情况看，玻璃钢管是一种

免维护的管材。如因外部因素造成玻璃钢管损坏，玻璃钢企业可采用成型的

特种维修卡头在不影响供水的情况下于最短时间内解决问题。

27

11.价格

无论从管材的单价，还是从综合造价，玻璃钢夹砂管的价格比球墨铸铁

管更经济。相同口径比较，供水量相同的工程，玻璃钢管线的综合造价低22%

以上。

关于玻璃钢管材的管径与球墨铸铁管材的

管径相比较说明

球墨铸铁管管材的粗糙系数nl=o.013

玻璃钢管管材的粗糙系数n2=0.0084

在管材输送的流量Q和管线的水头损失i相同的情况下，根据曼宁公

司

V=l/n2R2/3il/2Q-流量，m3/S

D-管径，mV=4Q/IIDI-水头损失

n-粗糙系数2R=D/4

在Q和i相同的情况下：

D2/D1=(n2)3/84-nl=(0.0084)3/84-0.013^0.85

因此，当Q=4.4万t/d七0.509m3/S,i=2%。时

选球墨铸铁管管径Dl=700mm

则玻璃钢管管径D2=O.853700=595mm,选600mm合适。

当Q=5.5万t/d4O.637m3/S,i=2%o时，

28

选球墨铸铁管管径DI=800mm

则玻璃钢管道D2=0.853800=680mmm,选700mm合适，故

在Q和I相同时,DN600mm的玻璃钢管完全可以替代DN700mm的球

墨铸铁管,DN700mm的玻璃钢管完全可以替代DN800mm的球墨铸铁管。

29

塑料管、玻璃钢夹砂管、球墨铸铁管综合费用比较表

铸铁管的价格按目前市场估算而得。

2、施工费用仅包括管材安装的人工费、材料费和机械费等直接费用。

30

第五章

（FRPM）艺制作方案

31玻璃钢夹砂管的工

1、管道的层合结构：

1.1夹砂玻璃钢管道的管壁层合结构由内表面层和次内层（合称内衬

层）、内纤维缠绕结构层、树脂砂浆层（也称夹砂层）、外纤维缠绕结构层

及外表面层等部分组成，其图示如下

1.2其各部分的组成和作用如下：

a.内表面层：由表面毡和内衬树脂组成，树脂含量约为90%,其作用

为耐输送介质的腐蚀、磨损、防止输送介质的渗漏；

b.次内层：由短切纤维毡和内衬树脂组成，树脂含量约为70%,其主

要作用为管道耐腐蚀、防渗漏的第二道防线；

c.内、外纤维缠绕结构层：是管壁的主要结构部分，由无碱无捻连续

玻璃纤维缠绕纱和结构树脂通过缠绕方式而制成，树脂含量30±5%。主

要为管道提供承受各种内外载荷所需的强度和部分刚度，也称强度层；

d.树脂砂浆层（夹砂层）：由石英砂和结构树脂组成，树脂含量约为

30%,该层位于内外纤维缠绕结构层之间的管壁的低应力区域，其作用是

提高管道承受外载所需的刚度；外纤维缠绕结构层及外表层树脂砂浆层

内纤维缠绕结构层内表面层及次内层

32

e.外表面层：是外纤维缠绕层的一部分，主要由树脂和添加剂组成,

其主要作用为防周围土壤或水对管壁的腐蚀作用，其树脂含量约为70%,

对于露天管道添加防紫外线剂，增强露天管的抗老化性。结构组成表:

2、原材料主要技术指标：

2.1表面毡

表面毡作为内表层和外保护层增强材料，使玻璃钢具有较高的含胶量,

使制品具有较好的耐介质腐蚀和耐土壤环境腐蚀性能。

表1：

2.2短切纤维毡

作为内衬层的增强材料，使玻璃钢具有较高的含胶量，起防腐防渗作

用。

表2

33

2.3网眼布

作为内衬层增强材料的压紧材料，赶压气泡，提高制品密实度。表3：

2.4无碱无捻玻璃纤维缠绕纱

作为结构层增强材料，对管道的强度和刚度起主要支撑作用。其表4

2.5.1邻苯型树脂

通用缠绕邻苯型树脂性表5.1：

浇注体性能表5.2：

34

2.6石英砂

作为结构砂浆层填料，提高管道刚性。表6：

2.7橡胶“0”型密封圈表7：

2.8固化剂表8：

35

2.9促进剂表9：

3、管道的制作工艺流程：

管道的生产制作采用定长往复纤维缠绕工艺成型方法进行。该成型工

艺具有生产过程先进、高效，均为自动化、机械化生产、制品质量稳定、

性能可靠等方面的特点，其夹砂玻璃钢缠绕管道工艺流程见下图：

图.夹砂玻璃钢管道工艺流程图

36

4、管道的原辅材料方案：

（1）增强材料：

a.玻璃纤维表面毡或聚酯表面毡：规格为30~45g/m2,用于管道内

表面层的制作；

b.短切纤维（毡）类：规格为300~450g/m2,主要用于管道次内层的

制作；

c.网眼布：玻璃纤维网眼布，规格为50~70g/m2,用于内衬树脂中气

泡的排除；

d.缠绕纱：连续玻璃纤维无碱无捻粗纱，规格为2400TEX,用于管道

纤维缠绕结构强度层的制作；

e.玻璃纤维方格布，规格0.24mm或0.4mm,用于管件制作。f.石英

砂：20~60目的优质石英矿砂，经水洗加工而成，含水量W0.2%,用于管

道树脂砂浆层的制作。

（2）基体材料：

a.内衬树脂：根据输送的介质为客户选用不同的不饱和聚酯树脂，满

足性能要求.针对本工程工作环境、输送介质及其工作压力决定选用高等级

的食品级间苯型不饱合聚脂树脂作为其内衬树脂。

b.结构树脂：采用适宜于缠绕工艺的邻苯型不饱和聚酯树脂。

（3）助剂：

a.引发剂：采用过氧化甲乙酮（MEKP）作为树脂引发剂；b.促进剂：

采用辛酸钻（C02+液）作为树脂促进剂。

5.管道的主要连接形式：

根据工程管道压力等级，安装地理环境等条件，玻璃钢夹砂管37

道主要采取承插双“0”型密封圈、平端粘接及法兰对接三种连接方

式：

1、承插双“0”密封圈连接管道：适用于地下埋设的较大口径中、高

压玻璃钢管道的安装连接，优点是安装速度快，对双“0”型

2

3

38

设计、制造、测试所执行的主要标准

39

第八早

玻璃钢夹砂管及纯玻璃钢

管的应用

40

1玻璃钢夹砂管及纯玻璃钢管的应用

1.1中、低压玻璃钢管道

油田生产过程中使用的大量管道中，80%的管道是用来输送高含水油、

油气混输及油田采出水。由于油田污水介质条件苛刻，如胜利油田采出的

污水，其矿化度可达5.7X104mg/l,含氯量可达3X104mg/l且还有溶解

氧、82、硫化物等腐蚀性物质和硫酸盐还原菌，因而，对金属管道的腐

蚀相当严重。选用钢质管道最快在投产后3个月就开始穿孔[6),一年报

废是常有的事。所以，1983年胜利油田开始尝试使用具有良好耐腐蚀性能

的玻璃钢管道作为钢管替代品，80年代未、90年代初，纤维缠绕玻璃钢

管道在我国大批量生产，很快便受到了油田的普遍欢迎，国内几个大的油

田，如胜利油田、辽河油田、中原油田、大庆油田、克拉玛依油田、江汉

油田等均大量采用了中低压缠绕玻璃钢管道，青海的孕斯油田、江苏的江

都油田、河北的华北油田，青海的格尔木油田等也不同程度地使用了中低

压缠绕玻璃钢管道。青海的孕斯油田仅在1990年就使用了20km,胜利油

田在1991~1992年期间，仅地面应用工程中就使用了近30km[7),从而，

在过去的几年里，油田成了玻璃钢管道的一个非常重要的应用市场。油田

41

目前使用的中低压玻璃钢管道已近千公里，其选用的管径大多介于

dn50-700mm之间，输送的介质温度最高达78℃左右，压力一般为0.1〜

1.6mpa。

为了确保缠绕玻璃钢管道能更好地为油田服务，油田系统会同玻璃钢

厂家及有关设计、科研院所，每两年举行一次“玻璃钢管道在油田应用技

术推广会”，中国石油天然气总公司从油田实际出发，参照美国石油工业

协会的玻璃钢管道标准apispec15lruspecificationforlowpressurefiberglass

linepipe"编制"低压玻璃纤维管线管”技术规范，以进一步规范和推动

缠绕玻璃钢管道在我国油田的应用。

1.2化工

在我国，玻璃钢管道于60年代率先在化工领域应用，但当时的玻璃

钢管道主要以布带缠绕和手糊成型为主，防渗性能差，所以，在化工领域

并未被大量推广使用，1988年，哈尔滨玻璃钢研究所等单位为青海格尔木

盐湖成功地加工制作了dn800mm输送盐卤的玻璃钢管道，为玻璃钢管道

在化工领域的大范围应用起了开路先锋及示范作用。自进入90年代以来，

玻璃钢管道在化工领域应用面越来越广，虽然在少量场合玻璃钢管道使用

时也曾出现过问题，但总的状况良好。迄今，已得到了化工领域的普遍认

可，国内众多化工企业或工程均大量选用了玻璃钢管道，如：中国五环化

工公司、岳阳化工总厂、上海石化涤纶42

厂、锦化化工集团、苏州化工集团、湖北化工厂、青岛山青化工有限

公司、青海格尔木钾肥厂等单位及湖北黄麦岭磷肥工程、大峪口矿肥工程、

重庆钛白粉工程、铜陵金隆工程等大的工程。化工领域选用玻璃钢管道呈

上升趋势。根据预测，至2000年，化工领域约需用3万t/a玻璃钢，其中，

很大一部分为管道，到2010年，用于化工防腐领域的玻璃钢将以每年百

分之十几的速度递增，增长速度高于其它领域，应用前景广阔。

目前，我国应用于化工领域的玻璃钢管道大多用作工艺管线及长距离

输送管线。化工领域使用的玻璃钢管管径一般较小，大多在dn800mm以

下，压力从常压至4.0mpa不等，温度：-40〜100℃。由于化工厂家众多，

所以，涉及的介质条件包括了酸、碱、盐、溶剂、酸碱交替等各个方面。

1.3给排