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《复合材料概论》课程论文

玻璃钢复合材料埋地管结构设计研究

院、部：材料与化学工程学院学生姓名：张永煊

扌旨导教师：____ 朱莉云 _________

专业：无机非金属材料工程

班级：材本1103班

完成时间：2013年5月31日

摘要

玻璃钢复合材料管比强度高、重量轻、运输安装方便、摩擦阻力小、输运能力高、热应力小、耐磨性好、防腐蚀、可设计性强、维修方便、生产效率高、成本低, 适用于石油输送管。为玻璃钢复合材料石油输送管的使用安全，同时节约施工开支，本文根据玻璃钢复合材料石油输送管的性能，以及地面压力对埋地下管子的角扩散理论，对受卡车的载荷的埋在地下的玻璃钢石油输送管, 进行了不同铺层层数建模，并进行了强度计算，设计出了合理的管壁厚度，有效的减轻了玻璃钢复合材料埋地管的重量。

关键词：输送管；地面压力；角扩散理论；层数建模；重量

ABSTRACT

Glass fiber reinforced plastic composite pipe is high strength, light weight, easy to transport installation, small frictional resistance, high transport capacity, the thermal stress is small, good abrasion resistance, corrosion resistance, can design sex is strong, easy maintenance, high efficiency, low cost, suitable for oil delivery pipe. For glass fiber reinforced plastic composite material the use of oil pipeline safety, saving construction costs at the same time, in this paper, according to the performance of the oil delivery pipe, glass fiber reinforced plastic composites, and the ground stress of underground pipe Angle of diffusion theory, for the truck load of buried FRP oil pipeline, the different shop number modeling, and the strength calculation and design a reasonable wall thickness, effectively reduce the weight of the glass fiber reinforced plastic composite materials of buried pipe.

Key words: Duct; Ground pressure; Angle of diffusion theory; The layer number of modeling; The weight

玻璃钢复合材料埋地管结构设计研究

1.概述

管道是现代工业中流体输送的重要材料。传统的金属管、混凝土管或因易锈蚀，或因质量大，已不能满足现代工业的需要，复合材料管便应运而生。

1.1玻璃钢管的优点

与传统的钢管和混凝土管相比，玻璃钢管具有以下优点。

（1）耐久性好。金属和混凝土管的防锈、耐化学腐蚀性很差。当周围环境恶劣或输送酸、碱介质时，很快就会发生内、外表面腐蚀而遭破坏。玻璃钢管为三层结构。其内、外层可以按使用环境和使用条件进行设计，采用相对应的耐腐内衬和外表涂层，防止腐蚀介质对管道的浸蚀破坏。这样，玻璃钢管道大大延长了使用寿命，因而能获得较高的经济效益。

（2）摩擦阻力小、输运能力高。玻璃钢管的内表面光滑，远小于钢管和混凝管的表面粗糙度，因而流体阻力小，力学特性好。若采用泵输送，在管径和流量相同时，较其他材料管道可以节能30%左右。

（3）质量轻、运输、安装方便。玻璃钢管道的自重只有钢管的1/4 ，混凝土管的

1/10 ，因而运输和安装费用均较低。

（4）比强度高。玻璃钢管的纵向和环向拉伸强度为160MPa口320MPa比钢管略低；但由于玻璃钢的密度是钢密度的1/4，因此，玻璃钢的比强度反而比钢大很多。

5）可设计性强。可根据玻璃钢管使用情况，对其性能及连接方式进行设

计。通过对玻璃纤维分配设计，使管在轴向和环向有不同的强度；对管壁厚度设计，可使玻璃钢管适用于不同外压或内压工况条件；通过材料选择设计，可以使玻璃钢管适用于各种腐蚀介质环境；通过对接头方式设计，适用于不同安装条件。

(6)产品适应性强。玻璃钢管的直径从25〜3600m均有；更大的直径亦可另行设计。玻璃钢管的使用压力可从0.1〜30MPa由于其性能可以设计，故能适应多种使用条件的要求。

( 7)无污染。玻璃钢管耐腐、耐磨性好，因而管壁无杂质剥离和脱落、无腐蚀结垢，不会产生微生物，因此在使用中，不会对所输送介质产生污染。

( 8)维修方便。由于玻璃钢管无锈蚀、不结垢、耐腐蚀，因此一般情况下无需维修。即便出现损伤，也因其轻巧，使维修十分方便。

(9)经济效益好。玻璃钢管的综合性能优于钢管，特别是用在有腐蚀介质的条件下，玻璃钢管的使用寿命比钢管长几倍，体现出明显的经济效益。

1.2玻璃钢管的应用

由于玻璃钢管具有很多优越性能，因而促使世界各国都在积极研制、生产和推广使用。目前年产量已超过70万吨。在我国，玻璃钢管道已广泛用于石油、化工、供水、排污、灌溉、供气、污水处理、能源等众多领域。

下面主要来介绍一下玻璃钢管在油田中的应用。 (1)高压管道。油田所用的高压管道主要包括注水管和油井管等，管径较小，大多在© 50〜© 200m范围内，压力高，一般介于5〜30MP之间，对玻璃钢而言，条件较苛刻，国产的玻璃纤维性能上很难满足要求，生产此类管道所需玻纤需从国外进口。目前，哈尔滨史密斯玻璃钢制品有限公司等单位在国内生产此类管道，1994年起应用于油田，已先后为大庆油田、中原油田、吉林油田、胜利油田、长庆油田、辽河油田等提供了几十公里的高压玻璃钢管。

（2）中、低压玻璃钢管道。缠绕成型中低压玻璃钢管道作为钢管替代品，自20世纪90年代以来，我国油田大批量采用，国内几个大油田，如胜利油田、辽河油田、中原油田、大庆油田、克拉玛依油田、江汉油田等均大量采用了中低压缠绕玻璃钢管，青海的孕斯油田、江苏的江都油