我國玻璃鋼管道的發展與現狀

   武漢理工大學理學院  李卓球

           摘 要

   本文回顧了我國玻璃鋼管道的發展歷史沿革，介紹了地下玻璃鋼管道、玻璃鋼夾砂頂管的發展、應用與性能；并介紹了玻璃鋼電纜導管、高壓玻璃鋼管、玻璃鋼井壁管以及玻璃鋼牽拉管等幾種新型產品的發展與應用。
    1、我國玻璃鋼管道發展厲史沿革
   我國玻璃鋼管道行業經歷了由小到大、由手工制作到自動化生產的發展過程。
    我國的玻璃鋼管道可追溯到40年前，當時出現了以手工糊制的小口徑玻璃鋼管道。70年代后，九江長江化工廠（5727廠）采用由三輥式卷管機，通過加熱制作小口徑玻璃鋼管道，其所用的制作材料是由酚醛樹脂預浸后的玻璃纖維布。直至1987年，河北中意玻璃鋼有限公司從意大利威德樂羅西娜公司（Vetroresina S.P. A.）引進玻璃鋼管道與貯罐纏繞設備，由此拉開了我國玻璃纖維纏繞管道工業化發展的序幕。
    1987年至1994年間，是我國引進玻璃鋼纏繞設備的高峰期，共有21家企業先后從意大利、日本、美國、奧地利四國涉及10家外資公司引進了32條玻璃鋼管道與貯罐纏繞設備，其中，定長纏繞設備30條，離心澆聚成形設備2條。
    值得注意的是：1993年從意大利Sarplast公司引進的條玻璃鋼夾砂管道纏繞設備，為提高我國玻璃鋼管道在國內市場的競爭力起到了里程碑的作用。因為，在這之前所生產的管道產品基本上是純玻璃鋼組成，不僅管道價格據高不下，而且剛度低，基本維持在SN2500Pa的管剛度等級。自從該夾砂纏繞設備引進后，不但使玻璃鋼管道成本得到較大幅度的下降，其管道剛度也得到提高，一般保留在SN5000Pa的剛度等級上，使得安裝施工質量得到明顯提局。
  玻璃鋼管道在標準化建設方面取得了多項重要成果。除已制定了大量有關玻璃鋼管道的原材料、試樣的物理力學性能實驗的標準外，還相繼出臺了管道管件的有關行業標準。1995年，建材局頒布了玻璃鋼壓力管道行業標準；1998年，建材局、建設部先后制定并頒布了玻璃鉚管道行業標準；2001年電力部頒布的玻璃鋼電纜導管行業標準等。此外，還制定了有關玻璃鋼管道埋設標準。目前正在制定有關玻璃鋼夾砂管道的標準。這些標準的頒布和實施，極大地推動了我國玻璃鋼管道行業的發展。
    在企業、科研院所與高校的廣大科技人員的共同努力下，在科技創新、建立我國自主知識產權方面也取得了驕人成績。至目前為止，僅就有關玻璃鋼管道工藝、制造、設備、設計等已達到750余項。這些對促進我國玻
璃鋼管道行業的科技進步起到了重要作用。例如玻璃鋼管道的品種從地上到地下（埋地）已發展到十余種：玻璃鋼夾砂頂管、玻璃鋼井壁譽、無機玻璃鋼通風管道、管道牽拉管、玻璃鋼高壓管、電纜導管、玻璃鋼化工管等等。
    不斷進行管道纏繞設備的研制是我國玻璃鋼管道行業科技創新中一個非常突出的成就。事實上，早在70年代初武漢理工大學（原武漢工業大學）開始研究纏繞設備，并于1976年連續纏繞管制造設備研鍬感浪為。90一91年連云港連眾集團委托武漢理工大學研制三軸玻璃纖維纏繞設備并獲得成功。在1993年引進了可以夾砂的玻璃鋼管道纏繞設備后，啟動了國內新一輪纏爵沒備研制的犬發展。夜就沒備l寧介夾砂工藝制造而言，從開始的一次夾砂量厚度僅2mm以
內，發展為上夾砂工藝，一次夾砂量厚度逐步從5mm增加到10余mm；從單純的上夾砂工藝發展為帶張力帶壓輻濘夕上夾砂工藝，泌得夾砂層致密性均勻性不斷得到提高；現在又在發展高密度的下夾砂工藝，其夾砂厚度可達到20mm以上。不僅進一步提高了質量，而且還較大幅度地降低了成本，有力地增加了玻璃鋼夾砂管道的市場競爭力。
      顯然，隨著玻璃鋼管道制造設備、科技、市場等方面的發展，玻璃鋼管道的質量也得到了不斷發展。僅就使用玻璃纖維增強材料而言，早期的玻璃鋼管道有相當部分是采用中堿玻璃纖維紗；而目前，除少數企業外，已絕大部分改為采用無堿玻璃纖維紗，尤其是在一些重大管道工程，已全部采用無堿玻璃纖維紗。 

    另外。制約管道發展的長期性能測試，目前已開始受到企業的重視。新疆永昌玻璃鋼股份有限公司采用DN600共計64個試樣，將在武漢理工大學開展長達18個月的SB值實驗，開創了我國玻璃鋼管道行業長期性能檢測之先河。
    玻璃鋼管道發展的同時，也促進或帶動了原材料行業的發展。如出現了越來越多的大規模高品質的樹脂生產廠家，池窯生產的無堿玻璃纖維紗、以及相關加工產品如表面氈、縫編氈、短切氈、單向布等。
    玻璃鋼管道是一個小行業，但也是一個正在蓬勃發展的行業。尤其是近幾年，玻璃鋼管道已成為玻璃鋼行業中發展快的領域之一，目前已發展至280多家企業；即使在令年樹脂大幅度漲價的不利情況下，預計今年玻璃鋼管道將進一步超過去年產量，并將成為玻璃鋼行業比重較大的一個產業領域。
    2、玻璃鋼地下管道
    玻璃鋼地下管道是玻璃鋼管道行業的主導產品，其制作主要由三種工藝組成：定長纏繞工藝（filament winding process）、離心澆鑄工藝（centrifugal casting process）、連續纏繞工藝（continuous advancing mand）。我國在這三種制造工藝中，定長纏繞工藝管的產量占居了絕大部分。
      地下玻璃鋼管道工程應用方面主要分為供水管道與排水管道。玻璃鋼夾砂管道作為供水管的優勢在于：材料強度高承壓能力高；內表光滑輸水量大且長期使用能耗低；剛度好抗變形能力強；食品級內壁輸送水質優良；雙”O"型密封圈在安裝過程中，可實施100％接口試壓，安裝可靠性高；使用壽命長，設計壽命在50年以上。這些優勢使得玻璃鋼夾砂管作為一種高性能的供水管正在逐步得到市場的認可。下面介紹部分長距離的或有特色的供水工程的應用情況：
   從1989年開始，中原油田、勝利油田、大慶油田、江漢油田和遼河油田采用玻璃鋼長輸；管線和污水處理系統，有多家玻璃鋼企業參與供管。其中僅連眾集團為這五大油田提供了不同規格的玻璃鋼管道200多公里，基本取代了油田用鋼管，使用效果良好，開創了油田防腐工程大量采用玻璃鋼管材的先例。河北中意玻璃鋼公司生產的管道91年在勝利油田應用至今無虞，受到甲方好評。
  2000年田灣核電站江蘇核電有限公司輸水管道工程，管內徑500 mm；設計壓力等級1.0MPa，管道瞬間真空壓力0.1 MPa：全長73.498km，由連眾集團生產。這是至今玻璃鋼夾砂管道在我國核電行業中應用長的管道工程。
    2001年新疆頂山供水工程，壓力等級0.4－1.6MPa，全長200km，絕大部分為DN400，由新疆永昌復合材料股份有限公司生產；
    2002年引額濟烏一期一步工程沙漠項目部供水工程，壓力等級0.6一1.4MPa，管剛度5000Pa，管徑為DN3500一DN400，全長416km。這是我國至今為止長的單項管道工程。由新疆永昌復合材料股份有限公司生產。
    2002年至2004年，廣東東莞松山湖科技產業園給水管道工程，管徑由DN200一DN 1600,其主干管為雙DN 1200，按單線管長計算，其總長超過1 l Okm，壓力等級為0.6MPao這是我國在大口經玻璃鋼夾砂供水管道中長的單向應用工程。
    我國大口徑的供水管當屬引額濟烏一期一步工程小洼嘈倒虹吸工程的DN3100，剛度SN7500，壓力等級0.46MPa，全長13km，總工程量達1.433萬噸，前期工程由河北中意玻璃鋼有限公司（主持）、新疆永昌股份有限公司（協助）共同完成，后期工程由新疆永昌股份有限公司（主持）、河北中意玻璃鋼有限公司（協助）共同完成。
    我國供水管道中的高工程應用壓力，據作者所知，已達到了2.5MPa。該工程屬2001年的克拉瑪依DN600供水工程，目前運行良好。
    優異的耐腐蝕性能是玻璃鋼夾砂管道另一個顯著優勢，加之管材價格不高，因此，在市政排污管道工程中具有較強的市場競爭力，已在城鎮市政工程中得到普遍應用。尤其是大口徑玻璃鋼夾砂排污管道，不僅使用性能優良，而且在同流量對比的管材價格方面已有了優勢，因而得到了管道設計部門和業主的認同。
    玻璃鋼管道的年產量發展很快，市場占有率也逐步增多。筆者對新疆永昌玻璃鋼股份有限公司、連云港中復連眾復合材料集團有限公司、昊華中意玻璃鋼有限公司、天津天聯復合材料有限公司、遼寧水業玻璃鋼管道有限公司、河北大有玻璃鋼有限公司等6家公司的玻璃鋼管道生產情況進行了統計。在這些企業中，集聚了幾家國內大的或規模名列前茅的大型玻璃鋼管道企業，同時，也有中小型企業的代表；既有為我國玻璃鋼管道行業作出過開創性工作的企業，也有新興發展起來的企業，在國內具有一定的代表性。統計年份從1994年至2004年9月，其數據由企業提供，如圖1所示

    圖1可見，僅從這6家企業的玻璃鋼管道生產量來看，1994年至2003年，年平均增長31．7%，2003年全年產量突破8萬噸。尤其是新疆永昌股份有限公司的玻璃鋼管道產量發展很快．從1994年的0.46萬噸，增長至2003年的2.74萬噸，今年至9月已銷售2.8萬噸，預計可望突破3萬噸。

 3、玻璃鋼夾砂頂管
    頂管施工作為一種非開挖地下管道施工方法，無需征地、不影響路面結構，能很方便的穿越公路、鐵路、房屋、河流等鋪設地下管道，對交通及環境影響小，開挖土方少，機械化程度高，可適應于特殊工況，被認為是一種現代化的地下管道鋪設方法。以往的頂管管材主要使用混凝土管和鋼管，由于玻璃鋼管具有強度高、耐腐蝕、使用壽命長等優點，在非開挖頂管施工中具有重量輕施工方便，外壁光滑頂進力小等優勢，近年來也成為頂管工程使用的一種重要管材，并在我國得到較快的發展。
    玻璃鋼夾砂頂管在國外主要有2大類：其一是聚醋混凝土頂管（即Polymer Concrete pipe，簡程中，將原計劃的每60-100m一個井位，合并為平均200m一個井位，大大減少了施工費用。
    廣州頂管工程創造了3項記錄：單坑大頂進長度為236m；DN2500玻璃鋼頂管日頂進高速度達69m/day ;單向工程的玻璃鋼頂管材料用量。該工程在國內引起了較大反響，北京、上海、天津、深圳、湛江等地紛紛來人到現場參觀。此后在浙江臨海、石家莊、天津等地也陸續開展了玻璃鋼頂管工程。近在湛江、廣州正在開展玻璃鋼夾砂頂管較大工程的前期工作。
    玻璃鋼頂管在頂管施工應用中具有許多獨特的優點，主要反映在：
    l）玻璃鋼夾砂頂管外壁光滑，頂力小。
    2)玻璃鋼夾砂頂管重量輕，在軟地基上頂管不會發生栽頭現象；由于重量輕可以無需重型吊車設備，既可節約施工費用，而且施工十分方便。
    3）連接接頭密封性能好。
    4）玻璃鋼夾砂頂管外表耐磨性能很好，在長達200多米沿粗砂、細砂等土質的摩擦下，到達接受井的玻璃鋼管外壁仍保持良好狀態，肉銀觀察不到明顯磨糧。
    正因為如此，玻璃鋼夾砂頂管已得到越來越多的國內非開挖工程界及其相關設計研究院的認可，玻璃鋼頂管工程也越來越多地得到應用。
    玻璃鋼電纜保護管具有強度高、重量輕、不變形、內壁光滑、摩擦系數小，穿纜容易、不損傷電纜、絕緣、防腐蝕等優點。特別是無電腐蝕、非磁性、適用于單芯纜鋪設，它與其專用管枕、中間接頭等配套可組成多管多列的電
纜導管系統。采用承插式結構安裝，連接簡便可靠，施工方便，是一種優質的電纜保護管。
    4.2高壓玻璃鋼管
    我國的高壓玻璃鋼管道開始于1995年，由哈爾濱史密斯玻璃鋼制品有限公司（即哈爾濱斯達公司）在大慶油田采油二廠安裝了兩條直徑2”（50mm）工作壓力為16MPa、檢驗壓力為24MPa的高壓注水玻璃鋼管線。這是纖維纏繞的高壓玻璃鋼管在油田的次應用。該工程從次安裝中、高壓玻璃鋼管線至今運行正常。
    隨著國內各油田的石油開采先后進人二次采油和三次采油階段，鋼管道的腐蝕問題日益突出。根據勝利油田的調查研究，油田采出污水對鋼管道的平均腐蝕速度為每年1一1.7mm.一條新建的有涂料內襯外加玻璃布涂瀝青的加強防腐管道，投產半年即開始穿孔。3km長的油氣混輸管道，平均一年更新一次。未做內防腐的污水回注系統，在污水總礦化度20000mg/1以上的重腐蝕作用下，注水干線的使用壽命是4-7年，單井注水管線使用壽命4一6年。另外，
  “八五”期間年消耗井下油管.1090km，年更換并下油管的數量幾乎占全年新投人井下油管總量的1/3。由于腐蝕泄漏還造成土壤與環境污染。盡管腐蝕程度不同，但各油田都普遍存在。單就腐蝕而言，每年給油田與國民經濟造成的損失達億萬美元。
    正是基于這一背景，玻璃鋼高壓管道成為解決這一難題的有效的重要途徑。我國的玻璃鋼高壓管道呈現出強勁的發展態勢。僅哈爾濱斯達公司在我國油田高壓玻璃鋼管道應用方面提供了大量產品，其中包括直徑40mm到150mm，壓力等級從3.5到24MPa的各種規格的管道，上千件相應規格與壓力等級的法蘭、彎頭、三通、異徑接頭等管件。早安裝的管線已經有了近10年的運行經驗，經受了油田各種不同腐蝕條件的實際考驗。
    國內外的實踐經驗證明，使用15年后的管道強度保留率為85%，使用25年后強度保留率為75%。這兩個值都超過了對化學工業用玻璃鋼制品使用一年后所要求的小強度保留率。人們關心的玻璃鋼管的使用壽命問題，已由實際應用中的試驗數據所證明。由于各油田的土質條件、輸送介質以及防腐處理情況不同，鋼管的使用壽命也不盡相同，少則4一5年，多不超過30年；而玻璃鋼管道的壽命卻至少高達35年以上。美國60年代安裝的玻璃鋼管線至今已超過40年，目前仍正常運行就是一例。因此玻璃鋼高壓管道在我國發展前景依然較樂觀。
    4.3 玻璃鋼井壁管
    玻璃鋼井壁管是一種從數十米乃至數百米的地下取水的裝置。由鉆孔的玻璃鋼管作為內壁管，其外再纏繞鋼絲或預浸玻璃布帶作為滲水外管壁，并由內壁管和滲水外管壁形成雙層的玻璃鉀井壁管，是沙漠地帶取水的優良產品。例如在全長562km塔里木沙漠公路，縱貫塔克拉瑪干沙漠南北，是上穿越流動沙漠長的等級公路，然而，塔里木沙漠公路防沙體已經超過了設計年限，90％以上的阻沙柵欄的固沙草方格已經失去了阻沙固沙的功能，公路面臨著被積沙吞噬的危險。為此，投資2億多開展沙漠公路防護林生態工程。其中用到了大量玻璃鋼井壁
管。
    井壁管有許多技術問題與一般埋地的玻璃鋼管道有所不同，如：在處理由于大量的鉆孔工藝過程中會使內襯與結構層剝離，甚至造成管內局部無內襯現象；在鉆孔過程中玻璃鋼管道的孔壁形成較多絮狀纖維；軸向剛度和強度有一定的要求；對纏繞外壁鋼絲或預浸玻璃布帶要求等。此外，玻璃鋼井壁管的安裝與其他傳統井壁管也有所不同，一般采用的是縱向承插膠接方式。由于井內水汽較大，在安裝井壁管時，采用了與之相應的權摺昔固化體系，并采取了必要的輔助措施如加溫隔潮等，確保管接口之間不會脫節。
    塔里木沙漠公路防護林生態工程中的114眼水源井全部使用玻璃鋼井壁管。管徑為DN250mm，井深100一160m不等。工程于2003年9月開工，2004年3月底完工。在11月至來年2月氣候下照常施工，成功率為100％。在各地打井史上這尚數少見。從工程造價來說，玻璃鋼井壁管直接造價低于鋼管15％；而且使用壽命將大于50年，長期經濟效益十分可觀。玻璃鋼井壁管推廣應用于打井灌溉，具有較好的經濟及社會效益。
    4.4 玻璃鋼牽拉管
    牽拉譽槍工作為一種非刃鈉多地下管道旅工方法，與頂管方法相比，牽拉管施工更適應于小口經管道。這是因為小口徑管道的整體軸向抗彎慣性矩小，采用牽拉管方法可進行小口徑長距離的管道施工，而小口徑長距離頂管容易
產生壓縮失穩現象。
      目前，一般應用鋼管、高密度聚乙烯管等管材進行牽拉管施工。由于牽拉管施工要求管線能具有一定曲率半徑，但鋼管剛性較大，在彎曲時不僅阻力大，而且容易產生彎曲失穩；高密度聚乙烯管的柔韌性較好，但其抗拉強度小，牽拉長度短，且在牽拉時容易在接口處損壞。
    近由廣東開平華泉玻璃鋼管道有限公司、武漢理工大學共同開發的玻璃鋼牽拉管，是一種由玻璃纖維增強熱固性塑料、添加或不添加石英夾砂層的、并具有較高軸向抗拉強度的玻璃鋼管道。它既具有類似鋼材般的高強、又具有熱塑性材料的柔韌性，很適宜用于牽拉管的施工，同時，由于玻璃鋼牽拉管的管外壁光滑，牽拉時阻力小，施工速度快。
    玻璃鋼牽拉管的關鍵技術問題為：由于牽拉管的施工，要求玻璃鋼牽拉管具有足夠的軸向拉伸強度；此外施工要求管道在6一90的彎曲中，不僅要求保持足夠的柔韌性，而且要求保持足夠的彎曲強度。
    今年7月，在重要的旅游勝地北海銀灘采用玻璃繃牽拉聳建立污水收集管線鄉段施工的JOA鋼牽拉管的公稱直徑為DN400，采用鉆龍孔通過1個半小時的施工，40米長的管線一倒頂利通過。在后續工程中，每次拉進長度為80-90米。實際施工表明：玻璃鋼牽拉管的牽拉阻力小，牽拉速度快；玻璃鋼牽拉管既保持了良好的柔韌性，又體現了高強度，一次性拉伸長度長，是一種具有良好發展前途的非開挖管材。

 5  結束語
    玻璃鋼管道是玻璃鋼行業中發展快的產品之一，在原材料、制造設備、工藝技術、結構設計、施工以及質量管理等方面取得了長足的進步，在管道市場占有率不斷取得新的突破，新產品新技術不斷涌現。
    但是，我國玻璃鋼管道行業目前還面臨著市場競爭和發展的巨大挑戰和困難；行業內還存在著較嚴重的不正當競爭現象；實際工程中還存在著少部分質量事故；在產品長期性能實驗方面我們剛剛起步；還有大量基礎性的技術問題等待我們去完成。我相信，在行業內絕大多數有識之士、企業家、工程師以及研究院所、大專院校等共同努力下，在玻璃鋼協會的指導下，我國玻璃鋼管道將會出現新的更大發展局面。
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