玻璃钢管道在矿业中钓应甩前景

1  国内外玻璃钢管道应用情况
    玻璃钢(即玻璃纤维增强塑料 )早在 20世纪 40年代初 期便在美国开始生产,50年代末 ,我 国也有 了 自己的玻璃 钢工业。玻璃钢曾在复合材料发展初期独领风骚 ,诞生之日便凭借其优异 的性能而备受人们的关注 。目前 已广泛应用于 航空 、航天 、电气 电子 、兵 器 、造 船 、化工 、建 材 、 交通运输及新技术部 门等国民经济领域。近年来 ,复合 材料逐步取代 传统材料 ,并 由代用材料 向必用材料 发展 ,
已成趋势。
    从整个玻璃钢行业来看 ,美 、日、德等发达 的玻璃钢工业发展很快 ,技术也很先进,1994年,他们 的玻璃钢产量分别为 138万 t、64,5万 t、和 38万 t,分居前 三位 ,占当年总产量 360万 t的 3/5;到 1998年 ,玻璃钢产量为 555万 t,美 、日产量分别达到 161万 t和64万 t,美国的玻璃钢产品有 3.5万个品种。
    玻璃钢管道是一个重要 的玻璃钢产品,主要用于输油 、 输水 、排污等 ,如瑞典使用玻璃钢管道已 占管道总长度的 40%以上 ,日本在大中口径供水管道中 25%以上使用玻璃 钢管,在中东地 区的大 中型输 水 、排污 、海水淡 化和一些 工业输送管道 ,几乎全部采用玻璃钢 管。至 70年代 中期 , 美国的玻璃钢燃气管道 已达 17.7万 km,占其燃 气管网的 24%;80年代初 ,美 、英 、丹麦等国城市燃气管 网塑料化 普及率 已达 90%,法 、荷 、比、德四国也 已达 62%。 据英国剑桥大学 J.M.Lees博士统计 ,目前英 国用于城 市输水及污水处理的玻璃钢管道分别达 39.7万 km和 35.4 万 km,而天然气输送用玻璃钢管道也超过了 27.5万 km。 从煤矿领域的应用来看 ,一些 发达工业,如美 国、日 本 、西德从 70年代便已将玻璃钢管道成功应用于煤矿井上 下输水 、通风和输煤来取代传统 的金属制管道 ;在美国的 管道 系统中,仅玻璃钢管道 已使用 20万 km。在美国和西德一些煤矿选煤厂的选煤车间,70年代也使用 了大量玻璃 钢管道。目前欧美一些 已广泛 的在煤矿 的排 水、洒水和压气等方面使用玻璃钢管。
    我国的玻璃钢工业始于 50年代 ,到 1998年 ,年产 量 达到 28.5万 t,有 3千多种品种 ,居世 界第 四位 。据 玻璃钢工业协会预计 ,到 2010年我 国玻璃 钢产量将达 90 万 t。国内玻璃钢管道早在 20世纪 90年代初就开始在青海孕斯油田及胜利油 田中使用 ,之后又在大庆、长庆 、辽河等大 中型油 田中作油 田输油 、输水、输气等 ,目前油 田用 玻璃钢管道 已达 lO00km之 多。在化工 领域 ,虽玻璃 钢管已率先于其他领域而在 60年代就得 到应 用 ,但直到 90年 代才真正被广泛使用 ,当前该 领域玻 璃钢的使用量也在 3 万 t左右。近几年 我国在京 、津 、沪 、哈 、渝 等城市燃气管网中开始使用玻璃钢 管,但其长度也 仅在 lOOkm 左右; 玻璃钢管的应用还处在起步阶段。在城市给排水方面也开始试用 、推广玻璃钢管道 ,且呈上升趋势 ;现在核电站也 选用玻璃钢管作循 环水 管、化水管 、补给水管 、雨水管及海水脱硫管 。如此多的领域都在大力推广应用玻璃钢管道 , 在煤矿领域 的应用却是一个薄弱环节 。
    玻璃钢管道的使用效果相当好。美国于 60年代安装的玻璃钢管线至今已 40余年,目前仍正常运行。另外提引东江由深圳至香港的供水工程在香港一侧建成的引水管道,长 50km,分别为两根内径 2.2m和 1.7m的玻璃钢管道,从 1965年安装至今仍完好无损;再如,青海格尔木盐湖工程输送卤水的管道、援建巴基斯坦电站的输水管道 ,海 口市和湛江发电厂的海水冷却系统等,都使用了玻璃钢管道,效果良好。
    国内外的大量事实证 明,玻璃钢 及其管道 的应用 在耐 腐蚀 、抗老化等方面已充分显示 了其优点。国外玻璃 钢管 道在煤矿的应用有 30多年了,而在国内煤矿这个用管大户 的管道使用 中,玻璃钢管道了了无几 ,玻璃钢管道在煤矿 领域 的开发应用迫在眉睫。 
2 煤矿环境对管道的要求
    具有关专家预测 ,今后 50年内,煤炭在能源 中的主导 地位仍是不可动摇 的。在我国 ,77%的发 电能源 、65%的化工原料 、45%的民用商品能 源是由煤 炭提供的。统计局资料显示 ,在 l999年一次能源消费结构 中煤炭占到 67.1%;另据有关 资料 :到 2050年 ,煤炭在能源中的比例仍将占到 50%,那时需要煤炭行业向提供 23~27 亿 t/a煤。可见 ,煤炭在 经济发展 中的地 位是极为重要的。但煤炭工业的现代化程度却很低 ,新材料的应用就 是其薄弱环节之一,面对新技术革命 的冲击,煤矿现代化 建设必须依靠科 技进步 ,在大力开拓市 场,提高效益的过 程中 ,积极开发新材料以取代传统 的金属、混凝土等材料, 必将给煤矿带来极大的经济效益。
    目前煤矿管道主要用于输水 、通 风 、输煤和抽放瓦斯 等。而煤矿的特殊环境 是:阴暗 、潮 湿、粉尘 多 、地下水 多 、水矿化度高 、瓦斯浓度高 、遇火易爆炸 ,因此要求管 道具有防腐抗爆 及阻燃等性 能。现 在煤 矿一般采 用金属 、 混凝土管道进行井下输水 、送风 ,抽放 、输送瓦斯等工作 ,其主要缺点是 :①钢材 比重 大,运输 、铺设 、安装 比较 困 难 ,且易腐蚀生锈 ,爆炸易伤人 ;②混凝土各方面性能虽 优越 ,耐腐蚀也较好 ,但 比较笨重 ,运输 、铺设 、安装极为不便。在煤矿的特殊环境 中,金属管材的腐蚀极为严重 ,是急需解决 的造成煤矿经济损失 的主要问题之一 ,煤矿井下每年 因金属管道腐蚀 而更新和维修造成 的费用高达1.5亿元左右,克服这种因腐蚀造 成的能源 、材料消耗将给国民经济节约大量支 出,对于我们 这样一个 产煤大 国,其意义是不言而喻的。此外 ,由于金 属和混凝土管道输送
流体摩擦阻力大 ,造 成 的电能损 失也是 非常 大的。当前 , 西部大开发的号角 已经吹响 ,在西部丰富煤炭资源的开发过程中,应用新材料必将有利于减少对煤矿的长期投 资,同时对材料的研究 、开发 、应用也必将起到促进作用 。
3 玻璃钢管道的优异性能
    目前 ,玻璃钢管道广泛用于给排水 、油井输油 、输 水通风 ,城市地下管网等方面,这些应用都与其优 良的性能密不可分。与传统材料相比,玻璃钢管道主要有以下突出的优点。
1)耐腐蚀 ,力学性能优 良,使用寿命长。玻璃钢管道内外表面富含树脂 ,树脂具有 良好的耐酸 、碱等防腐性能可根据不同的环境需要 ,有针对性地选择树脂品种生产玻璃钢 ,使其具有不同地耐腐蚀性 ,以满足不同的防腐 目的管道内表面的树脂不同于金属 管道附加的内衬 ,它是 塑料增强管道材料 不可分割的一部 分。与传统 的钢材相 比,玻璃钢管道不生锈 ,不需要对表 面刷漆防腐 ,也不存在全面腐蚀和电偶腐蚀 、缝隙腐蚀 、孔蚀 、晶间腐蚀等局部腐蚀另外 ,他具有 很 好的 力学 性 能,玻璃 钢 管道 比重 通常 为1.8~ 2.2,且 比 强度 高。该 管道 的 环 向 拉 伸 强 度 可 达 500MPa,轴向拉伸强 度可 达 54MPa,达到 或超过 普通 钢 材。一 般情 况 下 ,钢 管 的使 用年 限 为 15年,铸 铁 管 为 5~10年,而玻璃钢管道可使用 30~50年。煤矿 的服务年 限可根据矿井生产能力 、储量备用系数和矿井现实回收率等指标计算 ,统配煤矿 平均矿 井实 际服务 年限为 36年 ,地方煤矿平均服务年限为 30年。可见 ,在矿井服务年 限内,使用玻璃钢管道可一次投资 ,终生受益。
2)重量轻 ,安装极为方便。玻璃钢管道的 比重约为钢 铁的 1/4左右 ,混凝土 的 2/25左右 ,甚至 比铝合金还轻 , 运输 、安装极为方便 ,比强度 约为钢的 4倍 ,铝 的 3倍 。 此外,玻璃钢管道的接头灵活多变,也有利于安装 ,且 易于与金属管道混用 ,适用于对 现有金属 管道 的改造。这一特性可显著降低运输费用,同时可以采用手工或轻型安装 设备 ,在安装及施工中能极大 地降低工人的劳动强度 ,加 快施工速度 ,提高劳动生产率。
3)较强的设计性 。玻璃钢管道的设计十分灵活 ,可使 管道在环向和纵向进行强度 分配,以满 足不同强度需要 ; 可进行壁厚设计,使管道 承受不 同的 内、外压力及增强耐 腐蚀 、耐磨损性能 ;可对材料进行设计 ,以达到不同的耐 腐蚀 目的 、阻燃 目的 、介电 目的等 ;也可以设计接头方式 ,增强其对多变环境 的适应性。还可 以对玻璃 钢管 道的形状进行设计 ,满足不同用户 的需求。玻璃 钢管道 的可设计性强这一特点对满足煤矿井下的特殊环境需求十分有利。
4)水力性能好 ,具有节能作用。玻璃钢管道 内表面极为光 滑 ,不 易 结 垢 ,摩 擦 阻 力 小 ,绝 对 粗 糙 度 仅 为 .01mm左右 ,远远低于金 属管道。当流量相 同时,玻璃钢管道输送介质引起的压力损失约为相同内径碳 素钢的3/5左右 ,提高输送能力 20%以上,并 由此节省泵的功率和能 源约 30%一40%,节能效果显著。
5)维护简单 ,寿命周期成本低。金属管道为延长寿命 必须设置防腐系统(如阴极保护系统等),并需周期性维护 , 而对玻璃钢管道则 不需要维护 ,即使遇到破坏 ,其维修也 相当简单。又 由于玻璃钢整 体价格低于或 等于钢制管道 , 而寿命又长 ,故此具有寿命周期成本低的优越性。 综上所述 ,可见管道的综合效益极好。该处所指 的综 合效益是 :由于建设初期投资 、安装 维修 、使用寿命 、节能 、环保等多种因素形成的总体成本的长远效益。从管道 的各种功能及使用的长期性看,玻璃钢管道 的综合效益是 十分可取的,尤其对大管径 管道 ,成本更低 ;再 考虑到用于井下的管道可用好几代 ,又不需要长年维修 ,这更 能体现其优越 的综合效益。作为纤维增强塑料的玻璃钢是环保材料 ,能够被回收利用 ,所 以玻璃钢管对环境不造成污染。
4 应用前景
根据 目前复合材料及玻璃钢发展 的现状和我 国煤矿的 具体情况 ,以及玻璃 钢管道 的优 点 ,玻璃 钢管道在煤 矿领 域的开发应用前景极为广阔 ,玻璃钢管道的使用无论 对煤矿本身 ,还是对社会都是 十分有益 的。由于玻 璃钢管道具有防腐 、强度高、适应性 强、节能 、几乎无需维护 、降低吨煤成本 、无污染等一系列优点,随着性能的进一步提高它必将取代金属管道而承担井下的给排水、输送风及排放输送 瓦斯等工作。近年来 ,国内的一些科研 机构已成功地研制了合乎我国国情 的煤矿用玻璃钢管道,并进行了玻璃钢管道在矿井下铺设时合理间距控制研 究,为井下实际铺设玻璃钢管道提供 了理论支撑 ,当前正在进行产品的系列化、规范化研究,它所具有的抗静 、阻燃性能及 ,蓑它孽项经济技术指标均符合煤炭技术安全(MT181 88《煤矿井下塑料管安全性能检验规范》)要求 ,并兼具玻璃钢管道其 它优点,填补 了煤炭系统的一项空 白。这种管道工作压 力 在 0.2MPa~10MPa,管径在 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 与钢制管 道 、管件混合使用 ,适于井下推广,并先后在义马矿务局 、 永城矿务局、耋州矿务局、新汶矿务局、 峰矿 局及新乡市陈召煤矿等部 分煤 矿投入使用 ,用于井 下输 水、送风 等 .产生的直接经济效益近千万元,受到工人及技术人员 欢迎 ,产生了良好经济效益和社会 效益。据原 煤炭工业局统计 ,截至 1999年 ,有国有重点煤矿 595个 ,地方国有煤矿 1621个,1999年末 ,有 194个煤矿正在续建单就 30万 t及其 以上矿井而言 ,若管道 的改造和更换 以每个矿平均安装 30km玻璃钢管道(其实远不只这 个数 )计算也有 3万 km,这个数字是相 当可观的 ,玻璃钢管道的使用潜在市场极大 ,在矿业中的应用前景十分广阔,由上可见玻璃钢管道在煤矿 的使用 “技术上可行 ,经济上合理”,在煤矿应用新材料,适应时代发展需要 ,是 加快煤矿现代化建设 的重要举措 。