玻璃鋼管道在礦業中釣應甩前景

1  國內外玻璃鋼管道應用情況
    玻璃鋼(即玻璃纖維增強塑料 )早在 20世紀 40年代初 期便在美國開始生產,50年代末 ,我 國也有 了 自己的玻璃 鋼工業。玻璃鋼曾在復合材料發展初期獨領風騷 ,誕生之日便憑借其優異 的性能而備受人們的關注 。目前 已廣泛應用于 航空 、航天 、電氣 電子 、兵 器 、造 船 、化工 、建 材 、 交通運輸及新技術部 門等國民經濟領域。近年來 ,復合 材料逐步取代 傳統材料 ,并 由代用材料 向必用材料 發展 ,
已成趨勢。
    從整個玻璃鋼行業來看 ,美 、日、德等發達 的玻璃鋼工業發展很快 ,技術也很先進,1994年,他們 的玻璃鋼產量分別為 138萬 t、64,5萬 t、和 38萬 t,分居前 三位 ,占當年總產量 360萬 t的 3/5;到 1998年 ,玻璃鋼產量為 555萬 t,美 、日產量分別達到 161萬 t和64萬 t,美國的玻璃鋼產品有 3.5萬個品種。
    玻璃鋼管道是一個重要 的玻璃鋼產品,主要用于輸油 、 輸水 、排污等 ,如瑞典使用玻璃鋼管道已 占管道總長度的 40%以上 ,日本在大中口徑供水管道中 25%以上使用玻璃 鋼管,在中東地 區的大 中型輸 水 、排污 、海水淡 化和一些 工業輸送管道 ,幾乎全部采用玻璃鋼 管。至 70年代 中期 , 美國的玻璃鋼燃氣管道 已達 17.7萬 km,占其燃 氣管網的 24%;80年代初 ,美 、英 、丹麥等國城市燃氣管 網塑料化 普及率 已達 90%,法 、荷 、比、德四國也 已達 62%。 據英國劍橋大學 J.M.Lees博士統計 ,目前英 國用于城 市輸水及污水處理的玻璃鋼管道分別達 39.7萬 km和 35.4 萬 km,而天然氣輸送用玻璃鋼管道也超過了 27.5萬 km。 從煤礦領域的應用來看 ,一些 發達工業,如美 國、日 本 、西德從 70年代便已將玻璃鋼管道成功應用于煤礦井上 下輸水 、通風和輸煤來取代傳統 的金屬制管道 ;在美國的 管道 系統中,僅玻璃鋼管道 已使用 20萬 km。在美國和西德一些煤礦選煤廠的選煤車間,70年代也使用 了大量玻璃 鋼管道。目前歐美一些 已廣泛 的在煤礦 的排 水、灑水和壓氣等方面使用玻璃鋼管。
    我國的玻璃鋼工業始于 50年代 ,到 1998年 ,年產 量 達到 28.5萬 t,有 3千多種品種 ,居世 界第 四位 。據 玻璃鋼工業協會預計 ,到 2010年我 國玻璃 鋼產量將達 90 萬 t。國內玻璃鋼管道早在 20世紀 90年代初就開始在青海孕斯油田及勝利油 田中使用 ,之后又在大慶、長慶 、遼河等大 中型油 田中作油 田輸油 、輸水、輸氣等 ,目前油 田用 玻璃鋼管道 已達 lO00km之 多。在化工 領域 ,雖玻璃 鋼管已率先于其他領域而在 60年代就得 到應 用 ,但直到 90年 代才真正被廣泛使用 ,當前該 領域玻 璃鋼的使用量也在 3 萬 t左右。近幾年 我國在京 、津 、滬 、哈 、渝 等城市燃氣管網中開始使用玻璃鋼 管,但其長度也 僅在 lOOkm 左右; 玻璃鋼管的應用還處在起步階段。在城市給排水方面也開始試用 、推廣玻璃鋼管道 ,且呈上升趨勢 ;現在核電站也 選用玻璃鋼管作循 環水 管、化水管 、補給水管 、雨水管及海水脫硫管 。如此多的領域都在大力推廣應用玻璃鋼管道 , 在煤礦領域 的應用卻是一個薄弱環節 。
    玻璃鋼管道的使用效果相當好。美國于 60年代安裝的玻璃鋼管線至今已 40余年,目前仍正常運行。另外提引東江由深圳至香港的供水工程在香港一側建成的引水管道,長 50km,分別為兩根內徑 2.2m和 1.7m的玻璃鋼管道,從 1965年安裝至今仍完好無損;再如,青海格爾木鹽湖工程輸送鹵水的管道、援建巴基斯坦電站的輸水管道 ,海 口市和湛江發電廠的海水冷卻系統等,都使用了玻璃鋼管道,效果良好。
    國內外的大量事實證 明,玻璃鋼 及其管道 的應用 在耐 腐蝕 、抗老化等方面已充分顯示 了其優點。國外玻璃 鋼管 道在煤礦的應用有 30多年了,而在國內煤礦這個用管大戶 的管道使用 中,玻璃鋼管道了了無幾 ,玻璃鋼管道在煤礦 領域 的開發應用迫在眉睫。 
2 煤礦環境對管道的要求
    具有關專家預測 ,今后 50年內,煤炭在能源 中的主導 地位仍是不可動搖 的。在我國 ,77%的發 電能源 、65%的化工原料 、45%的民用商品能 源是由煤 炭提供的。統計局資料顯示 ,在 l999年一次能源消費結構 中煤炭占到 67.1%;另據有關 資料 :到 2050年 ,煤炭在能源中的比例仍將占到 50%,那時需要煤炭行業向提供 23~27 億 t/a煤。可見 ,煤炭在 經濟發展 中的地 位是極為重要的。但煤炭工業的現代化程度卻很低 ,新材料的應用就 是其薄弱環節之一,面對新技術革命 的沖擊,煤礦現代化 建設必須依靠科 技進步 ,在大力開拓市 場,提高效益的過 程中 ,積極開發新材料以取代傳統 的金屬、混凝土等材料, 必將給煤礦帶來極大的經濟效益。
    目前煤礦管道主要用于輸水 、通 風 、輸煤和抽放瓦斯 等。而煤礦的特殊環境 是:陰暗 、潮 濕、粉塵 多 、地下水 多 、水礦化度高 、瓦斯濃度高 、遇火易爆炸 ,因此要求管 道具有防腐抗爆 及阻燃等性 能?,F 在煤 礦一般采 用金屬 、 混凝土管道進行井下輸水 、送風 ,抽放 、輸送瓦斯等工作 ,其主要缺點是 :①鋼材 比重 大,運輸 、鋪設 、安裝 比較 困 難 ,且易腐蝕生銹 ,爆炸易傷人 ;②混凝土各方面性能雖 優越 ,耐腐蝕也較好 ,但 比較笨重 ,運輸 、鋪設 、安裝極為不便。在煤礦的特殊環境 中,金屬管材的腐蝕極為嚴重 ,是急需解決 的造成煤礦經濟損失 的主要問題之一 ,煤礦井下每年 因金屬管道腐蝕 而更新和維修造成 的費用高達1.5億元左右,克服這種因腐蝕造 成的能源 、材料消耗將給國民經濟節約大量支 出,對于我們 這樣一個 產煤大 國,其意義是不言而喻的。此外 ,由于金 屬和混凝土管道輸送
流體摩擦阻力大 ,造 成 的電能損 失也是 非常 大的。當前 , 西部大開發的號角 已經吹響 ,在西部豐富煤炭資源的開發過程中,應用新材料必將有利于減少對煤礦的長期投 資,同時對材料的研究 、開發 、應用也必將起到促進作用 。
3 玻璃鋼管道的優異性能
    目前 ,玻璃鋼管道廣泛用于給排水 、油井輸油 、輸 水通風 ,城市地下管網等方面,這些應用都與其優 良的性能密不可分。與傳統材料相比,玻璃鋼管道主要有以下突出的優點。
1)耐腐蝕 ,力學性能優 良,使用壽命長。玻璃鋼管道內外表面富含樹脂 ,樹脂具有 良好的耐酸 、堿等防腐性能可根據不同的環境需要 ,有針對性地選擇樹脂品種生產玻璃鋼 ,使其具有不同地耐腐蝕性 ,以滿足不同的防腐 目的管道內表面的樹脂不同于金屬 管道附加的內襯 ,它是 塑料增強管道材料 不可分割的一部 分。與傳統 的鋼材相 比,玻璃鋼管道不生銹 ,不需要對表 面刷漆防腐 ,也不存在全面腐蝕和電偶腐蝕 、縫隙腐蝕 、孔蝕 、晶間腐蝕等局部腐蝕另外 ,他具有 很 好的 力學 性 能,玻璃 鋼 管道 比重 通常 為1.8~ 2.2,且 比 強度 高。該 管道 的 環 向 拉 伸 強 度 可 達 500MPa,軸向拉伸強 度可 達 54MPa,達到 或超過 普通 鋼 材。一 般情 況 下 ,鋼 管 的使 用年 限 為 15年,鑄 鐵 管 為 5~10年,而玻璃鋼管道可使用 30~50年。煤礦 的服務年 限可根據礦井生產能力 、儲量備用系數和礦井現實回收率等指標計算 ,統配煤礦 平均礦 井實 際服務 年限為 36年 ,地方煤礦平均服務年限為 30年??梢?,在礦井服務年 限內,使用玻璃鋼管道可一次投資 ,終生受益。
2)重量輕 ,安裝極為方便。玻璃鋼管道的 比重約為鋼 鐵的 1/4左右 ,混凝土 的 2/25左右 ,甚至 比鋁合金還輕 , 運輸 、安裝極為方便 ,比強度 約為鋼的 4倍 ,鋁 的 3倍 。 此外,玻璃鋼管道的接頭靈活多變,也有利于安裝 ,且 易于與金屬管道混用 ,適用于對 現有金屬 管道 的改造。這一特性可顯著降低運輸費用,同時可以采用手工或輕型安裝 設備 ,在安裝及施工中能極大 地降低工人的勞動強度 ,加 快施工速度 ,提高勞動生產率。
3)較強的設計性 。玻璃鋼管道的設計十分靈活 ,可使 管道在環向和縱向進行強度 分配,以滿 足不同強度需要 ; 可進行壁厚設計,使管道 承受不 同的 內、外壓力及增強耐 腐蝕 、耐磨損性能 ;可對材料進行設計 ,以達到不同的耐 腐蝕 目的 、阻燃 目的 、介電 目的等 ;也可以設計接頭方式 ,增強其對多變環境 的適應性。還可 以對玻璃 鋼管 道的形狀進行設計 ,滿足不同用戶 的需求。玻璃 鋼管道 的可設計性強這一特點對滿足煤礦井下的特殊環境需求十分有利。
4)水力性能好 ,具有節能作用。玻璃鋼管道 內表面極為光 滑 ,不 易 結 垢 ,摩 擦 阻 力 小 ,絕 對 粗 糙 度 僅 為 .01mm左右 ,遠遠低于金 屬管道。當流量相 同時,玻璃鋼管道輸送介質引起的壓力損失約為相同內徑碳 素鋼的3/5左右 ,提高輸送能力 20%以上,并 由此節省泵的功率和能 源約 30%一40%,節能效果顯著。
5)維護簡單 ,壽命周期成本低。金屬管道為延長壽命 必須設置防腐系統(如陰極保護系統等),并需周期性維護 , 而對玻璃鋼管道則 不需要維護 ,即使遇到破壞 ,其維修也 相當簡單。又 由于玻璃鋼整 體價格低于或 等于鋼制管道 , 而壽命又長 ,故此具有壽命周期成本低的優越性。 綜上所述 ,可見管道的綜合效益極好。該處所指 的綜 合效益是 :由于建設初期投資 、安裝 維修 、使用壽命 、節能 、環保等多種因素形成的總體成本的長遠效益。從管道 的各種功能及使用的長期性看,玻璃鋼管道 的綜合效益是 十分可取的,尤其對大管徑 管道 ,成本更低 ;再 考慮到用于井下的管道可用好幾代 ,又不需要長年維修 ,這更 能體現其優越 的綜合效益。作為纖維增強塑料的玻璃鋼是環保材料 ,能夠被回收利用 ,所 以玻璃鋼管對環境不造成污染。
4 應用前景
根據 目前復合材料及玻璃鋼發展 的現狀和我 國煤礦的 具體情況 ,以及玻璃 鋼管道 的優 點 ,玻璃 鋼管道在煤 礦領 域的開發應用前景極為廣闊 ,玻璃鋼管道的使用無論 對煤礦本身 ,還是對社會都是 十分有益 的。由于玻 璃鋼管道具有防腐 、強度高、適應性 強、節能 、幾乎無需維護 、降低噸煤成本 、無污染等一系列優點,隨著性能的進一步提高它必將取代金屬管道而承擔井下的給排水、輸送風及排放輸送 瓦斯等工作。近年來 ,國內的一些科研 機構已成功地研制了合乎我國國情 的煤礦用玻璃鋼管道,并進行了玻璃鋼管道在礦井下鋪設時合理間距控制研 究,為井下實際鋪設玻璃鋼管道提供 了理論支撐 ,當前正在進行產品的系列化、規范化研究,它所具有的抗靜 、阻燃性能及 ,蓑它孽項經濟技術指標均符合煤炭技術安全(MT181 88《煤礦井下塑料管安全性能檢驗規范》)要求 ,并兼具玻璃鋼管道其 它優點,填補 了煤炭系統的一項空 白。這種管道工作壓 力 在 0.2MPa~10MPa,管徑在 西25mm~西500mm,巴氏硬度 平均值大于 38,且管道 、管件可用全塑 的,亦可 與鋼制管 道 、管件混合使用 ,適于井下推廣,并先后在義馬礦務局 、 永城礦務局、耋州礦務局、新汶礦務局、 峰礦 局及新鄉市陳召煤礦等部 分煤 礦投入使用 ,用于井 下輸 水、送風 等 .產生的直接經濟效益近千萬元,受到工人及技術人員 歡迎 ,產生了良好經濟效益和社會 效益。據原 煤炭工業局統計 ,截至 1999年 ,有國有重點煤礦 595個 ,地方國有煤礦 1621個,1999年末 ,有 194個煤礦正在續建單就 30萬 t及其 以上礦井而言 ,若管道 的改造和更換 以每個礦平均安裝 30km玻璃鋼管道(其實遠不只這 個數 )計算也有 3萬 km,這個數字是相 當可觀的 ,玻璃鋼管道的使用潛在市場極大 ,在礦業中的應用前景十分廣闊,由上可見玻璃鋼管道在煤礦 的使用 “技術上可行 ,經濟上合理”,在煤礦應用新材料,適應時代發展需要 ,是 加快煤礦現代化建設 的重要舉措 。