玻璃鋼夾砂管道的技術經濟分析--陳博老師提供

促進劑

1942年玻璃鋼管試制成功并投入使用，玻璃鋼夾砂管道已成為國際給水管道市場主流管道之一。美國至少已安裝了15萬公里玻璃鋼管道；歐洲各國新鋪設的大中型輸水、污水管中，玻璃鋼管安裝長度占15%-50%；日本玻璃鋼管道用量大于25%，已超過鋼管、混凝土管僅次于球墨鑄鐵管；中東地區大中型輸水管、污水管、海水淡化系統用管絕大部分為玻璃鋼管。
我國1986年自意大利引進第一條纖維纏繞玻璃鋼管道（含貯罐）生產線，帶動了國內玻璃鋼管道制造業及相關原輔材料業的發展。1992年我國又自意大利引進了纖維纏繞夾砂玻璃鋼管道生產線。在國內給排水管道市場，玻璃鋼夾砂管道已成為與球墨鑄鐵管、混凝土管強有力的競爭管材。特別是在一些地質條件惡劣、輸送強腐蝕介質的高要求工程中玻璃鋼管道中標率越來越高。目前我國玻璃鋼管道輔設量已超過1萬公里。鑒于玻璃鋼管道的諸多優越性，建設部在2001年的第27號公告中將玻璃鋼管道列為優先推薦使用的管材（G53：玻璃鋼管道適用于公稱直徑DN600-2000的市政供水管道。G64：玻璃鋼管道適用于公稱直徑DN600-2800的市政排水管道）。上海、新疆、天津、廣州也分別發布了推廣玻璃鋼管道的有關文件。
一、玻璃鋼夾砂管道的技術性能
與傳統使用的碳鋼管、鑄鐵管、水泥管等管材相比較，玻璃鋼管道具有以下顯著特點：
（１）    優良的耐腐蝕性能
玻璃鋼管道內外表面樹脂含量高，能抵抗酸、堿、鹽、海水、未經處理的污水、腐蝕性土壤或地下水及眾多化學物質的侵蝕。尤其是水對玻璃鋼的腐蝕為零。
（２）使用壽命長，工程安全可靠
玻璃鋼管道具有良好的耐腐蝕性能，并且設計安全系數為６，所以力學性能優異，經久耐用。在一般情況下，鋼管使用年限為１５年，鑄鐵管為５～１０年，預應力水泥管為25年，玻璃鋼管設計使用壽命為５０年。
（３）水摩阻力小，輸送能力高,節能省電
玻璃鋼管道內表面光滑，糙率和摩阻力系數很小。測試得到其水流摩阻力系數為0.000915,鋼管為0.00179，混凝土管為0.00232。由此可以看出玻璃鋼管道能顯著減少沿程的流體壓力損失。對于相同管徑的管網，使用玻璃鋼管道可比其它管材節省泵送費用40%左右；在輸送能力相同時，采用玻璃鋼管道管徑可減少10%~25%，從而降低一次性的工程投入；對于集中式或間歇式供水，可節省1/3左右的泵送時間和長期運行費用。
（4）水質保持好
玻璃鋼夾砂管道的內襯層采用食品級不飽和聚酯樹脂，可確保水質符合《GB/T 17219 生活飲用水輸配水設備及防護材料的安全性評價》標準要求，可用于輸送和貯存含氯的飲用水及生活用水。除此之外，在避光條件下玻璃鋼管道可以確保自來水的水質達到飲用水標準，長期運行管道內壁也不會生苔、結垢、滋生微生物，不會對水質造成二次污染，可確保出廠水質與管網水質無任何變化。
（5）比重輕、比強度高、運輸安裝方便
玻璃鋼管道的密度為1.75一1.8g/cm3僅為鐵管的1/4,與相同壓力、相同管徑的其他管材比較，玻璃鋼管道單位長度的重量約為鋼管的30%，水泥管的8%，因此裝卸、運輸安裝十分方便，無需大型的吊裝設備。玻璃鋼管道每根長達12米，比水泥管減少2/3的接頭，在長距離管線安裝時，減少了滲漏的可能性。而且每個接口處有兩個止水膠圈，氣密性好，安裝方便，進度快，性能可靠，安裝完畢即可在兩個止水膠圈之間打壓試驗。
（6）工程維修簡便節約
玻璃鋼管道不需做內、外表面防腐處理，因此在工程上不需要進行防銹、防蝕、防污、絕緣等措施和檢修。對地埋管無須做陰極保護，可大量節約工程維修費用。
（７）可設計性強
玻璃鋼管道規格多樣化，直徑從５０mm至4000mm，壓力從０至２.5兆帕，并可根據客戶的各種特定需要，諸如各級流量與壓力、機械性能、耐蝕、耐熱、耐冷以及用于真空等各種特定要求，進行設計制造，靈活自如，試用范圍廣泛，并可使產品有很好的整體性，在各個方向強度比最佳。
（８）電絕緣與保溫性好
玻璃鋼是非導體，管道的電絕緣性優良，最適應使用于輸電、電信線路密集區和多雷區；玻璃鋼的傳熱系數很小，為０.２５千卡/m·h·℃，管道的保溫性能良好。
（９）良好的環境適應性
我國地域寬廣，各地土壤、氣候條件差別很大。玻璃鋼管道的耐腐蝕性能優異，可地埋安裝于酸、堿性土壤。由于其優異的力學性能和可設計性，它不僅適用于一般性的環境條件，而且實踐證明它也可使用于象福建、上海、天津等地區的淤泥質土壤和陜甘寧等地區的大孔型濕陷性黃土土壤的地下埋設工程。由于玻璃鋼管道的剪切強度遠遠大于預應力水泥管，這樣在發生管道基礎塌陷的情況下，玻璃鋼管道由于具有優良的抗剪切性能，不會輕易遭到破壞。而在同等情況下，預應力水泥管道將在剪切外力作用下失穩破壞。玻璃鋼管道可在零下４０℃至８０℃的范圍內長期使用，如采用特殊配方的樹脂還可在110℃以上的溫度下工作使用。
（１０）工程綜合效果好
綜合效益是指由建設投資、安裝維修費用、使用壽命、節能、節鋼等多種因素形成的總體成本長遠效益。如考慮管道的各種功能和使用的長期性，玻璃鋼管道的綜合效益是可取的，特別是管徑越大，其綜合成本越低。當進一步考慮埋入地下的管道可使用５０年以上，又無需年年檢修，更可以發揮它優越的綜合效益。
二、玻璃鋼夾砂管的經濟性比較
1、各種管材的防腐費用
                                              單位：萬元/公里
管徑（mm）    玻璃鋼夾砂管    鋼管    鑄鐵管    水泥管
400    0    4.5256    3.44    0.6534
500    0    5.6960    4.3037    0.7791
600    0    6.5024    5.1477    0.9173
700    0    7.2547    6.0168    1.0430
750    0    7.8399    6.4346    1.1184
800    0    8.4250    6.8942    1.1938
900    0    9.8128    7.7299    1.3572
1000    0    10.8935    8.5655    1.4577
1200    0    13.0767    10.2786    1.8467
1400    0    15.2379    11.8170    2.0609
1500    0    16.3403        2.2117
1600    0    17.4210        2.3625
1800    0    19.6040        2.6640
2000    0    21.7871        2.7520

2、各種管材的運費比較
單位：元/公里        
管徑（mm）    玻璃鋼夾砂管    鋼管    鑄鐵管    水泥管
400    2248.5    5910.0    16350.0    32505.0
500    3294.0    7410.0    25663.0    38583.5
600    5164.5    13365.0    32700.0    50895.0
700    5968.5    15570.0    47839.5    58581.0
750    6450.0    16672.5    52200.0    57590.0
800    7594.5    23760.0    68521.5    77313.0
900    7737.0    26700.0    76827.0    92362.5
1000    8595.0    29670.0    86850.0    101970.0
1200    10311.0    44475.0    122590.5    144936.0
1400    21430.5    51826.5    147900.0    206289.0
1500    24415.0    66671.0        249639.0
1600    27594.0    71101.5        282555.0
1800    34533.0    93346.5        369000.0
2000    42069.0    118661.5        462150.0
2400    64000.0            
2600    75148.5            
2800    80856.0            
3000    92898.0            
3200    104614.0            
3600    125634.0            
注：汽運（3000km）0.5；元/t·km。

3、各種管材需要的泵功率
單位：KW
管徑（mm）    出水量（m3.h）    玻璃鋼夾砂管    鋼管、鑄鐵管    水泥管
400    0.120    31.33    62.95    81.49
600    0.280    47.34    102.87    119.28
800    0.500    59.85    115.15    146.54
1000    0.800    75.82    141.05    182.77
1200    1.100    76.83    144.69    189.72
1400    1.500    87.00    169.08    200.54
1600    2.000    102.15    200.30    233.23
1800    2.500    108.08    214.62    243.08
2000    3.000    1140.35    230.77    239.54
注：按1000m計。

4、各種管材的耗電量及費用
單位：萬度、萬元
管徑（mm）    出水量（m3/s）    玻璃鋼夾砂管    鋼管、鑄鐵管    水泥管
        電量    費用    電量    費用    電量    費用
400    0.120    27.45    13.73    55.14    27.57    71.38    35.69
600    0.280    41.47    20.75    90.11    45.06    104.49    52.25
800    0.500    52.43    26.22    100.87    50.44    128.37    64.19
1000    0.800    66.42    33.21    123.56    61.78    160.11    80.06
1200    1.100    67.30    33.65    126.75    63.38    166.19    83.10
1400    1.500    76.21    38.11    148.11    74.06    175.67    87.84
1600    2.000    89.48    44.74    175.46    87.73    204.31    102.16
1800    2.500    92.68    46.34    188.01    94.01    212.94    106.47
2000    3.000    94.61    47.31    202.15    101.08    219.84    109.92
注：電費按0.5元/度，電量和費用以年計。

中國建筑設計研究院曾對深圳寶安區的供水工程進行分析，該工程主要包括提升泵站和輸水管道.設計供水規模為58.7萬米³/天,設計水流量為6.8米³/S(秒)。2001年底投入使用。    輸水管道全長3400米，其中3340米為埋管，覆蓋土深度一般為1.5米左右，60米頂管穿越高速公路。    埋管沿線工程地質條件主要以沖洪積粘土和砂礫混粘性土為主。（這與東莞地質條件相似。）    根據工程水壓情況，將管線分為兩段：    A段靠取水口2Km，內壓0.6MPa;        B段靠出水口1.4Km,內壓0.4MPa。    下面從技術和經濟角度并結合本工程的特點分析比較鋼管、三階段予應力混凝土管（PCP）、予應力鋼筒混凝土管（PCCP）、玻璃鋼夾砂管（FRPM）。對上述各種管材的性能進行了詳細的分析比較，從這些分析數據中可以更加清楚地看出FPR管比其它管材的優、特點更多、更突出。因此，本供水工程就選用了FRPM管。    另外，保山區自來水公司經過比選各種管材性能之后，也選用了FRPM管作為輸水管道。該公司第三水廠，原水輸水管采用的FRP管，僅用了100天，就完成了DN600-DN1000共14.8公里的管道建設，并達到了一次打壓成功。    以下為各類管材的性能比較情況（列表說明）：
    經濟比較與性能分析如下表：
表1     管材糙率
　    鋼管    PCP    PCCP    FRP
糙率    0.011    0.013    0.013    0.0084
    對PCCP管的不同管徑進行比較，選擇經濟管徑：
                  表2     經濟管徑計算
項目 管材    管徑 (mm)    楊程 (m)    年耗電費 （萬元）    年耗電費現值 （萬元）    工程投資   總值 （萬元） （萬元）
PCCP    2200    20.8    1214.2    9780.4    1733.2          11513.6
    2400    19.1    1115.1    8982.2    1855.5          10837.7
    2600    18.2    1.59.6    8534.8    2303.1          10837.9
     根據表2，在滿足線路輸水量6.8米³/S及相同揚程（相同耗電量）條件下，可以得出各種管材的經濟管徑見下表：
                   表3     經濟管徑選取
　    鋼管    PCP    PCCP    FRPM
直徑(mm)    2200    2400    2400    2000
根據各種管材所受內外壓的限制條件，結合工程中管線各段的內、外壓，對上述四種管材進行選取定，具體確定見下表：
                      表4     工程情況表
  管材 壓力    鋼管    PCP    PCCP    FRPM
工程實際內、外壓（MPa）    靠取水口2Km內壓：0.6MPa,外壓：0.017-0.08MPa 靠出水口1.4Km內壓：0.4MPa,外壓：0.017-0.08MPa
各種管材所需承受最大內/外壓力（MPa）    0.6/0.08    0.6/0.08    0.6/0.08    0.6/0.08
       綜合費用比較：
對于全線采用不同管材時工程的費用進行對比，具體見下表：
                 表5     各種管材費用比較表
靠取水口2Km
          材料 項目    鋼管（DN2200）    PCP（DN2400）    PCCP（DN2400）    FRPM（DN2000）
    內/外壓力0.6/0.08MPa    內/外壓力0.6/0.08MPa    內/外壓力0.6/0.08MPa    內/外壓力0.6/0.08MPa
管材價格（元/M）    4500.0    3249.0    3752.0    2857.0
施工安裝費（元/M）    458.0    938.9    912.4    621.3
材料綜合費用（元/M）    4958.0    4187.9    4664.4    3478.3
施工安裝費（元/M）    458.0    938.9    906.4    621.3
材料綜合費用（元/M）    4958.0    4087.9    4618.4    3478.3
根據表5，對各種管材進行加權平均得到每種管材沿工作全線的綜合費用為：
              表6     各種管材綜合費用表  
材料   項目    鋼管  DN2200    PCP  DN2400    PCCP  DN2400    FRPM  DN2000
管材價格（元/M）    4500.0    3207.8    3735.5    2857.0
施工安裝費用（元/M）    458.0    938.9    909.9    621.3
材料綜合費用（元/M）    4958.0    4146.7    4644.5    3478.3
     綜合性能比較：對于不同管材，在進行費用分析與比較之后，需要結合工程的實際情況對各種管材的性能進行考慮，對于鋼管、三階段預應力混凝土管（PCP）、預應力鋼筒混凝土管（PCCP）、玻璃鋼夾砂管（FRP）建立一個綜合性能比較表，這樣可以更清楚的了解各種管材的優缺性能，以此作為管材選定的依據。
             表7     管材綜合性能比較表
材料     鋼管    PCP    PCCP    FRP
輸水能力（M³/S）    6.8    6.8    6.8    6.8
糙率系數    0.011    0.013    0.013    0.0084
管徑（MM）    2200    2400    2400    2000
耐久性（年）    10-20    30    50    50-70

最大內/外壓    　    內壓：0.8外壓：覆土8m    內壓：3.0外壓：覆土6-8M    內壓：2.0外壓：0.15MPa
抗滲性    防滲透性最好    防滲性能一般    管身和接頭防滲性較好    具有防滲層防滲性很好
防腐性    需防腐措施防腐性較差    整個鋼材被砂漿保護層和混凝土包裹，防腐性能較好    在特殊條件下要采用適當的防腐蝕措施，有時須采用陰級保護，防腐性能較好    無需另加防腐和保護措施，防腐性能好
安全性（有/無毒性、污染）    存在銹蝕問題，對水質有污染    無毒、對水質無污染    無毒、對水質無污染    達到衛生部標準無毒、無污染
設計、生產標準    　    GBJ69-84GB5696-94    AWWAC304AWWAC301    JC/T838-1998
接頭形式及個數    一般采用焊接也可加工為承插口形式    采用柔性橡膠圈密封接頭接頭無法偏斜接頭數約：1000    采用承插口接頭，滑動橡膠圈密封，插口環可以偏斜3度接頭數約：667    采用雙“O”型膠圈密封，接頭偏轉角可達3度接頭數約：334
使用工程    深圳市媽灣電廠，西瀝水源管線，東深供水工程。    深圳市媽灣電廠，西瀝水源管線，東淡化供水工程。    深圳地區（石沙供水工程、東部引水工程）：    深圳地區無使用記錄，但在國內外已有類似工程使用。
安裝與維修    安裝時一般 需進行管道焊接較困難    管重：17.3t/條管長：4m/條施工、安裝較簡便    管重：21.34t/條管長：6m/條施工、安裝較簡便    0.6MPa管重；4.92t/條0.4mpa管重；5.1t/條；管長：12m/條施工、安裝簡便
材料綜合費用（元/M）    4958.0    4146.7    1611.5    3478.3

從以上數據不難看出，采用玻璃鋼夾砂管道的綜合經濟效益明顯的高于其他管材。因此，近十年來，玻璃鋼夾砂管道隨著社會認知度的提高，不斷地被石油、化工、造紙、制藥、制革、冶金、城市引水、供水、排污、農業灌溉等領域所接受。特別是近年來，在城市供水和排污方面占據了廣闊的市場，其應用前景十分廣闊。
三、我國玻璃鋼夾砂管道行業情況
自86年引進第一條纖維纏繞玻璃鋼管道生產線和92年引進第一條夾砂管道玻璃鋼生產線后我國陸續從意大利、美國、法國、日本引進了40多條纖維定長纏繞玻璃鋼管道生產線，同時還引進了離心法生產線3條、連續纏繞生產線2條。國產定長纏繞生產線200多條，年生產能力突破60萬噸。玻璃鋼管道生產企業200余家，骨干企業20來家，其中，新疆永昌、河北中意、連眾集團、上海耀華、遼寧水業等企業技術水平和產品質量均排在行業前列。
最有代表性的工程：
1、新疆永昌和河北中意參加的新疆引額濟烏Φ3100玻璃鋼管道工程受到國家計劃與發展委員會表彰；
2、新疆永昌完成的全國最長玻璃鋼管線工程，400KM；
3、全國最優質的廣州南洲路玻璃鋼頂管工程，全長5公里多，由新疆永昌公司承擔，為業主節約了大量投資和工期，受到業主的好評。
在此我要特別提醒各位專家：玻璃鋼管道因其輕質高強、壓縮強度高、表面光滑等特點作為頂管具有不易沉頭、糾偏容易、不抱管、所需頂力小、施工方便快捷等諸多突出優勢。（轉周強、李卓球文件）

                                    2002年1月9日