关于玻璃钢夹砂管道在压力管道给水工程中应用的说明

鉴于建设部相关给排水管道结构设计规范草案中提出的玻璃钢管道不能应用于压力管道的建议，特提出如下意见：

1、玻璃钢压力管道的相关标准规范

玻璃钢压力管道的相关国际标准规定，其管径范围为25mm～4000mm，压力等级为0.245MPa～3.103MPa或0.1MPa～3.2MPa；对于石油用的高压玻璃钢管，最高压力达到25MPa。我国也陆续完善了玻璃钢夹砂管道的管材、设计与施工的三大标准与规范，管径范围为100mm～4000mm，压力等级为0.1MPa～2.5MPa。详细情况说明如下：

美国国家标准协会(ANSI)和美国水工协会(AWWA)联合发布的ANSI/AWWA C950 fiberglass pressure pipe主要就是针对玻璃钢压力管道的。早在1971年就开始提出制定该标准，在1981年颁布了第一版，先后在1988年、1995年、2001年、2007年进行了修订，目前使用的是2007年的第五版。该标准给出的玻璃钢夹砂管道管径范围为25mm～4000mm，压力等级为0.245MPa～3.103MPa。与之配套的标准是AWWA M45 fiberglass pipe design，该标准对玻璃钢夹砂管道的相关设计进行了明确规定。此外ASTM还有一系列的关于玻璃钢夹砂管道及其测试方法相关的标准。

ISO在2004年先后颁布了ISO 10639-2004 Plastics piping systems for pressure and non-pressure water supply -- Glass-reinforced thermosetting plastics (GRP) systems based on unsaturated polyester (UP) resin和ISO 10467-2004 Plastics piping systems for pressure and non-pressure drainage and sewerage Glass-reinforced thermosetting plastics(GRP) systems based on unsaturated polyester(UP) resin。这两个标准明确了玻璃钢夹砂管道在给水及排水工程中应用的有关技术要求，其给出的玻璃钢夹砂管道管径范围为50mm～4000mm，压力等级为0.1MPa～3.2MPa。

ISO 14692 Petroleum and natural gas industries — Glass-reinforced plastics (GRP) piping规定了在石油及天然气高压管道中采用玻璃钢管道的相关要求，产品的规格范围从40mm到200mm，最低压力3.5MPa,最高压力25MPa。ISO也有一系列的玻璃钢管道测试方法标准。

国内的玻璃钢管道的相关标准从早期的JC/T552-1994 纤维缠绕增强热固性树脂压力管、JC/T838-1998玻璃纤维缠绕增强热固性树脂夹砂压力管、CJ/T3079 -1998玻璃纤维增强塑料夹砂管，到目前正在使用的GB/T21238-2007玻璃纤维增强塑料夹砂管，均对玻璃钢夹砂管道做出了相关要求。GB/T21238-2007给出的玻璃钢夹砂管道管径范围为100mm～4000mm，压力等级为0.1MPa～2.5MPa。CECS190 -2005 和CECS129分别为玻璃钢夹砂管道的结构设计与施工的规范。国内的玻璃钢夹砂管道相关测试标准也比较齐全。

以上国内外标准都是在试验、实践及相关理论的基础上发展起来的，形成了一个比较完整的标准系统，充分说明了玻璃钢夹砂管道在压力管道工程中的应用已经非常成熟，在国内得到了一致的认可。甚至也可应用于石油及天然气等高压管道工程中。

2、玻璃钢夹砂管道的优势性能

玻璃纤维增强塑料夹砂管（glass fiber reinforced plastics mortar pipes）是以玻璃纤维及其制品为增强材料，以不饱和聚酯树脂等为基体材料，以石英砂及碳酸钙等无机非金属颗粒材料为填料，采用定长缠绕工艺、离心浇铸工艺、连续缠绕工艺方法制成的管道，一般简称玻璃钢夹砂管道。

刘雨生先生作为中国工程建设标准化协会管道结构专业委员会主任，在2004年12月6日在厦门举行的全国管道结构专业委员会四届一次会议说：“上海市政部门邀请了有关专家进行了一次研讨会，专门针对各类管材在同等使用条件下进行综合评议，结果是：玻璃钢夹砂管道的综合指标排第一”。这番话表明了刘先生的科学、客观求实的态度，这番话也是基于玻璃钢夹砂管道所具有的优良特性所讲的。

用于压力管道的玻璃钢夹砂管道管材的主要优势性能如下：

1） 高强度

玻璃钢夹砂管道作为一种复合管道，其强度主要由玻璃纤维决定，而玻璃纤维本身的强度时非常高的，其拉伸强度一般在1725MPa～2400MPa，常用的树脂基体的拉伸强度也有60MPa，由这些组分材料，加上树脂石英砂层，可以设计制造出不同压力等级不同刚度等级的玻璃钢夹砂管道。例如，沿纤维方向的拉伸强度可达500MPa以上，远高于一般的管材材料。因此玻璃纤维增强复合材料不仅可用于压力管道，而且由于其强度比高（强度与容重之比），还可以用于制造直升飞机、40m以上的风力叶片等材料强度要求很高的结构。

因此，玻璃钢夹砂管道自身的高强度是一种制造压力管道的优良管材。

2）耐腐蚀

玻璃钢夹砂管道耐腐蚀性能是举世公认的。正是由于玻璃钢的这种优良特性，使得化工、环保等行业中耐腐蚀结构绝大多数是由玻璃钢制造。

给水引水工程中常常会遇到含酸性的地质状况，那么，玻璃钢的这种耐腐蚀性能优势就能够充分体现出来，从而确保管道的长期使用性能。

3）水力特性好

玻璃钢夹砂管道内壁光滑，水力特性好，其糙率系数仅为0.0084~0.009，而且长期保持基本不变。这为供水工程的运行降低成本提供了管材的技术优势。

例如，博茨瓦纳输水工程的检测数据显示：玻璃钢管比起球墨管能节约30%输水能源动力，而且玻璃钢管的生命周期更长。（The Botswana water board figures that composite pipe saves up to 30% compared to ductile iron,which has a shorter service life.）

下图是原中国玻璃钢协会翻译的国外资料的玻璃钢夹砂管道的比较情况。玻璃钢管和钢管在20年的输水运营中，玻璃钢夹砂管道的功率始终不变，而钢管由于内壁不断生锈糙率增加导致输水功率增加。

4）抗震性能好

国内外的多次地震表明：玻璃钢夹砂管道具有良好的抗震性能。这是因为玻璃钢管材具有良好的抗变形能力，且其阻尼系数高。

下图是在日本阪神大地震中玻璃钢管与混凝土管的震后比较。

3、玻璃钢夹砂管道的相关试验

国内外做了大量的关于玻璃钢夹砂管道的相关试验，除了常规的依据相关标准规范进行的强度刚度等相关的检测，还进行了比较系统的长期性能试验与接头偏转试验。

永昌积水复合材料有限公司委托武汉理工大学分别采用ASTM D3681 、ASTM D2992、ASTM D5365的方法进行HDB和Sb的试验，对玻璃钢管道的长期性能有了比较深入的了解。图1～图3为试验现场图。

2008年4月，针对阿塞拜疆DN2000双＂O＂圈连接形式的管道在高压力使用情况下，永昌积水复合材料有限公司依据ASTM D4161标准并在德国监理的全程监督下对管道在恶劣的工况条件下的管道接头密封性能做了一系列试验，包括：偏转角0.5°条件下的密封性能、管道接头在轴向收缩时接头被拔出60mm情况下的密封性能、管道接头在垂直载荷剪切力作用下的接头密封情况、管道接头在真空压力状态下的密封情况、管道接头在5MPa压力状态下24小时的密封情况等。图4为偏转角试验现场图。所有试验结果均满足ASTM D4161的要求，该实验表明玻璃钢管道连接形式在设计合理的情况下，具有良好的适应性和耐压性的。

通过系统的试验研究为玻璃钢管道的设计提供了依据，也确保了玻璃钢夹砂管道在给水工程中应用的安全可靠性。

图1 应变腐蚀Sb试验 图2 HDB试验

图3 恒载作用下的Sb试验

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图4 偏转角试验

4、工程实例

玻璃钢夹砂管道自上个世纪八十年代引入我国，发展越来越快，广泛的应用于国内各类给水工程中，仅永昌积水复合材料有限公司一家近十年来完成的给水玻璃钢夹砂管道工程总长达1500公里，最高压力等级已达2.5MPa。

1）山西省吕梁市引文入川工程

2006年开工的山西省吕梁市引文入川工程实施地位于山西省吕梁市，是为解决吕梁市文水县、汾阳市、孝义市三县（市）工业企业生产用水严重短缺问题而兴建的一项长距离引水工程，属吕梁市乃至山西省重点引水工程之一。该工程从吕梁市文水县的文峪河水库引水，干线途经文水、汾阳、孝义三县（市），终点位于孝义市西北的苏家庄附近，工程线路长度约108000米。全部采用玻璃钢夹砂管道，公称直径为DN1000，压力等级为PN6和PN10。所有试压均为一次通过，当地政府对此项工程给予了高度的赞赏。

图5 山西省副省长梁滨宣布引文入川工程通水

2） 阿塞拜疆OGB（Ogsu---Gabala—Baku）引水工程

2007年开工的OGB（Ogsu---Gabala—Baku）引水工程是阿塞拜疆国家重点工程，管线从位于Oguz和Gabala城镇南部的井田中收集饮用水，然后将收集到的饮用水通过重力流运送到位于巴库的水库。管线全长约为265km，全部采用玻璃钢夹砂管道，管道公称直径为DN2000mm,压力等级包括PN10、PN16、PN20、PN25四种规格。OGB工程开创了两个世界第一：创造了单个工程中使用玻璃钢管道最多的记录；创造了往复交叉缠绕承插式大口径玻璃钢管道实际工程中使用压力最高的记录。项目的具体实施由永昌积水复合材料有限公司阿塞拜疆项目部和阿塞拜疆当地新设企业共同进行。永昌积水复合材料有限公司阿塞拜疆项目部，负责阿塞拜疆OGB（Ogsu---Gabala—Baku）引水工程的原材料供应、设备的供应和安装调试、管材生产和安装过程中的技术和管理指导。德国监理公司负责监造工作。武汉理工大学参与了其中的设计及技术咨询等工作。该工程已经顺利安装完毕并通过试压。

图6 阿塞拜疆引水工程生产及安装

3）山西省坪上应急引水工程

2008年开工的山西省坪上应急引水工程位于山西省忻州市的五台县、定襄县、忻府区和原平市境内，其引水点以坪上泉域的泉水为水源，水源地位于五台县境内的滹沱河干流及其支流清水河上。输水干线全长30.416km，其中玻璃钢夹砂管长20.478km，其余9.769km为PCCP管道，设计供水流量1.61m2/s。玻璃钢夹砂管道公称直径DN1800，压力等级包括PN6、PN8、PN10、PN12四种规格。该工程已经试压完成通过验收，取得了圆满成功。

图7 山西省坪上应急引水工程

4）引额济乌小洼槽倒虹吸工程

新疆引额济乌小洼槽倒虹吸工程是国家重点工程，该工程采用了DN3100玻璃钢夹砂管道，是当前国内应用口径最大的玻璃钢夹砂管道，全长11km，总工程量达1.433万吨，压力等级0.46MPa，该项目工程质量和项目管理受到了国家发改委的表彰。该工程于2005年9月全新运行至今，一直运行良好无故障。

图8 引额济乌小洼槽倒虹吸DN3100玻璃钢夹砂管道工程

众多成功的工程实例充分说明了玻璃钢夹砂管道在给水工程中应用的安全可靠性。

5 部分企业生产制造的部分玻璃钢压力管道的业绩

下面列举了新疆永昌、河北昊华中意、恒润集团、中复连众、深圳康强等5家企业的部分玻璃钢压力管道的业绩。从这些玻璃钢夹砂管道业绩来看，玻璃钢夹砂管道行业特别是玻璃钢压力管道行业，为我国管道工程建设做出了不可磨灭的贡献。

玻璃钢管道在给水工程中应用的安全可靠性分析要点