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玻璃钢管道在地热输水工程中的应用
0引言
在地热水输送过程中，因使用普通碳钢管
道、橡胶管道或水泥管道等，可引起管道腐蚀、
结垢，最终导致管线无法正常使用。近几年来，
玻璃钢聚氨酯保温管道已广泛应用于输送地热
水、蒸汽凝结水和供热循环水。本文对玻璃钢聚
氨酯保温管道在输送地热水工程应用中的几个
问题进行讨论。
1玻璃钢聚氨酯保温管道的结构和性能
目前玻璃钢聚氨酯保温管道的结构层次由
内向外依次分布为防腐层、防渗层、结构层、保
护层、聚氨酯保温层、外保护层。纤维缠绕玻璃
钢聚氨酯保温管道可以通过改变树脂或增强材
料来调整玻璃钢聚氨酯保温管的物理和化学性
能，以适应不同介质和工作条件的需要。通过结
构层厚度、缠绕角度的设计来调整管体承载能
力，制成不同压力等级或某种特殊性能的玻璃钢
管道，这是金属材料无法与其相比的。
玻璃钢管 普通碳钢管项目 ＼
轴向拉伸强度 80M[Pa 390M[Pa
轴向弯曲强度 160M[Pa 390M[Pa
弹性模量 9300M[Pa 2×10SMPa
线膨系数 2×10~Sm／m℃ 1．2×10 m／m℃
热传导系数 0．355W／mK 36．5W
平均绝对粗糙度 0．00l5～0．0Imm 0．2~o．3mm
环向弯曲强度 120M[Pa 390MPa
适用温度 ．40-120℃ 40-300℃
普通钢管和玻璃管相比较，钢管的强度、弹性模量比玻璃钢管大，线膨涨系数基本相同，热
传导系数及粗糙度远远大于玻璃钢管。
1．1耐腐蚀性能的比较
地热水中对金属产生腐蚀的化学物质主要
有8种。
(1)氯离子：离子半径小，能造成缝隙腐
蚀、孔蚀和应力腐蚀。有很强的吸附能力，能阻
止或破坏作为保护层的钝化金属表面，产生电场
效应，从金属中引出金属离子，溶解腐蚀产物，
破坏CaCO3平衡等。对金属的腐蚀综合影响很
大。
(2)溶解氧：氧是地热水中最重要的腐蚀
性物质
O2+2H20+4e--~4OH使腐蚀反应不断进行
4Fe+302+6H20--4Fe(OH)3 l沉淀物形成
对金属的局部腐蚀更为严重。
(3)硫酸根：腐蚀机理与氯离子类似，影
响为同浓度氯离子的1，5，且对水泥有侵蚀作用。
(4)pH值：无氧情况下，腐蚀由H+的还原
反应控制。
2H +2e— H2
(5)H2S：与金属离子形成硫化物。对铜
合金的影响更为严重，可引起钢的氢脆。
(6)C02：对碳钢有较大的腐蚀作用。并
且与O2共存时，对钢管的腐蚀尤为严重。
H20+CO2 H2CO3
2H2CO3+2e一2HCO3+H2
(7)NH3：主要使铜合金产生应力腐蚀破
裂。
(8)总固形物(TDS)：当TDS高时，地热
水的导电性增高。对钢管构成电池腐蚀。玻璃钢是由基体材料——树脂及增强材
料一玻璃纤维组成的一种复合材料。树脂在固
化后形成一种不容不融的立体交联网，对酸、碱
各种溶剂有很好的耐腐蚀性能。一些对钢有很强
的腐蚀作用的化学物质，对玻璃钢的影响却很’
小。
1．2耐热性比较
地热水温度一般在7O℃以下，有的达到llO
℃。在l1O℃左右的温度下，钢管完全可以承受，
而普通的玻璃钢管无法在此情况下长期使用。我
公司选用优良的耐热、耐腐蚀的树脂来制作玻璃
钢管道。树脂的化学结构如下：
O
． } R O _
cH\'l 6一占一o{一÷一一。一< )一÷一 >-o一C -O-三一。
oH c 由
该树脂保留了环氧树脂的基本链段来提供
较高的耐热性(120℃)，两端不饱和双键使其可
以室温固化，得到良好的可操作性。并且断裂伸
长率是普通玻璃钢的23倍，使其在应力应变的情
况下比普通玻璃钢更不容易被破坏，用此种树脂
制造的玻璃钢管于1995年应用于天津静海唐官
屯地调一处的地热水输送中，水温82--96℃，至
今完好无损。
1．3热损失比较
在地热水输送，特别是在中低温地热水输送
中，热能损失是一个不容忽视的问题。玻璃钢管
道本身的绝热效果就很好，用聚氨酯硬质泡沫塑
料保温后，管线温降很小，可使用户在中低温地
热水的应用上获得较好经济效益。
其性能经天津大学热能工程系进行测试，测
试数据如下：
(1)聚氨酯硬质泡沫塑料保温层：
入i．-~-0．025kCaVmh℃(O．O29W／mk)
(2)玻璃纤维增强塑料保护层：入，=0．305kCaVmh℃(0。355W／n11()
(3)复合层：
入=0．026kCaVmh℃(0．0303W／mk)
(4)每米管线热损：
19．27kCaVmh ( 100)
25．90kCal／mh ( 150)
30．20kCal／mh ( 200)
(5)每公里管线降温
小于0．502℃／km ( 1o0)
小于0．3l6℃／km ( 150)
小于0．303℃／km ( 200)
1．4水力学比较
水力特性是管道的重要特性之一。对管线工
程既是经济指标又是一项重要的技术指标。玻璃
钢管内表光滑是长期存在的，在规定的流量下可
用较小的管径或者功率较小的输送泵，节省大量
的运行费用。而钢管在使用中，会因各种原因使
其表面光滑度下降，导致流量减小，直至无法使
用。
1．5玻璃钢管道的工程可靠性
玻璃钢管道的工程可靠性是当前应用玻璃
钢管的关键问题之一。作为管道工程来说，不仅
要有好的管材，也要有可靠的工程质量。我公司
作为玻璃钢管道生产厂家较早进入地热领域，在
6：~lz多的施工中，大量使用了玻璃钢管，摸索出
一
套适合地热工程的施工经验。在天津、北京、
西安、福建、河南、河北、银川、内蒙等地使用
了上百公里、管径大小不等的玻璃钢管。在工程
中显示出很高的可靠性，获得用户的一致好评。
1．6使用寿命比较
天津开发区是较早使用地热水供暖、洗浴的
地区。开始使用钢管输送地热水，由于水温近8O
℃，并且氯离子、硫酸根离子、TDS等腐蚀物质
的含量较高，使用不到两年就出现问题，不得不
更换管道。天津港南疆码头腐蚀更为严重，半年时间钢管就已腐蚀穿孔至不能使用。从1994年起
天津开发区及天津港南疆码头开始使用我公司
生产的玻璃钢保温直埋管输送地热水，运行至今
毫无问题。一般预计玻璃钢管在地热水中的使用
寿命可达l5～3O年，是钢管的5-10倍。
1．7热膨胀分析
在输送地热水时，碳钢管必须通过设置膨胀
环或膨胀头来解决膨胀问题，而玻璃钢管可无补
偿直埋输送。如管线直径D．100m、长度L=80m、
温差At为4O℃，玻璃钢管道的膨胀长度：
A L=2Lx Ate2×10。×8000X40=6．4cm，
最大热应力
6=E×AL／L~9300×6．4／8000=7．44MPa
作用于管壁上的应力只为其许用强度
160MPa的5％，如换成钢管。
~JJ／NL=I．2×10×8000X40=3．84cm
6=2．1×10 X3．84~000=100．8MPao
由此可见，由于玻璃钢管弹性模量低、强度
高，一般情况下可不必使用膨胀头就可保证其长
期使用的安全性，使工程简化，降低工程费用。
我公司在多次地热水输送工程中，玻璃钢管道不
做膨胀接头，工程稳定可靠。1．8经济性分析
人们认为普通钢管比玻璃钢管道价格便宜，
所以在地热水输送中首选普通钢管。我公司在地
热水输送工程中多次与用户商讨这个问题，并且
有很多用户都是先使用普通钢管，后改用玻璃钢
管的。钢铁作为不可再生的资源，其价格必须会
逐步上升，现在已有这种趋势，而钢管有其固有
的缺点即不耐腐蚀。如果对钢管做防腐处理，其
价格与玻璃钢管就相差无几，大口径管还比玻璃
钢管贵。就算做防腐处理，其使用年限一般5年
左右，腐蚀严重的，使用年限更短。虽然使用玻
璃钢管初投资比钢管略高，但其运输方便，施工
简单，运行费用更低，且使用寿命长达l5~3O年。
因此，从长期效果看，在地热水输送工程中，使
用玻璃钢管更经济。
2结论
(1)在地热输水工程中使用玻璃钢管道是
可行的也是可靠的。
(2)玻璃钢管道的性价比优于钢管。
(3)在地热输水工程中用玻璃钢管道替代
钢管势在必行。
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