14 竹缠绕复合压力管技术
一、技术名称:竹缠绕复合压力管技术
二、技术类别:减碳技术
三、所属领域及适用范围:轻工行业 用于生产管径 200~3000mm、 压力等级≤1.6MPa、使用温度≤110℃的各类市政给排水管、水利农田灌溉管、电厂循环水管及化工石油管等。
四、该技术应用现状及产业化情况
随着城市化进程加快、农村饮用水系统扩建和政府基建增加的推动,我国的管道产量逐年增加。2013年,我国管道总产量(不包括水 泥管)约为1亿吨,其中螺旋焊管产量5016万吨,塑料管产量1210万吨。 作为传统管道,螺旋焊管生产加工能耗高,钢材使用量大,造成大量 的二氧化碳排放;塑料管、玻璃钢管和水泥管等使用的主要原材料为 聚乙烯、玻璃纤维和水泥,加工过程中也存在高能耗、高排放的问题, 管道生产行业面临巨大的节能减排压力。该技术开发出竹缠绕复合压 力管,可用于各类市政给排水管、水利农田灌溉管、电厂循环水管及 化工石油管等领域,可替代水泥管、螺旋焊管、玻璃钢管等传统管材, 节能减排效果显著。目前该技术已由水利部组织实施应用于浙江慈溪、 黑龙江哈尔滨和新疆阜康三个城市的水利示范工程中,运行效果良好。
五、技术内容
1. 技术原理
该技术以竹子为基材,将壁薄中空的竹材加工成连续带状片材,并以树脂为胶黏剂,经过无应力缺陷的缠绕工艺加工成型,制造出具 有较强抗压能力的新型生物基压力管道。该技术将竹纤维的轴向拉伸 强度使用至最大化,并在管道结构中形成无应力缺陷分布,从而使管 材达到承压要求。竹缠绕复合压力管充分利用竹子特性,将竹子用于生产不同直径 的中低压力管道,可以替代市场上大部分的螺旋焊管等传统管材,其 生产全过程能耗要明显低于螺旋焊管、预应力钢筒混凝土管等传统管 道,节能减排效果显著。此外,通过对可再生的竹林进行定期择伐生 产竹缠绕复合压力管,还能够有效发挥竹子生长及使用过程中优异的 固碳效益,减少温室气体排放。
2. 关键技术
(1)竹材加工处理技术
采用先进的竹材加工处理技术,包括竹子的剖、织等自动化加工设备,干燥、保鲜、防虫防蛀等环保处理技术,使竹材适合管道加工, 达到管道压力等级设计要求,并满足竹缠绕管道大规模产业化生产需 要;
(2)管道缠绕工艺技术
建立强度设计模型和结构设计模型,在结构增强层中合理科学设计径向和横向竹材铺层,提高管道抗内外压和抗弯的能力;
(3)界面复合技术
在不同类型树脂制作的内衬层和结构增强层之间采用特定的胶黏剂,具有高紧密性,提高管道由内至外的应力传递效果;
(4)管道生产专用成套设备设计及制造技术
采用管模行走、喂料小车固定的方式,对竹材缠绕角度和铺层行 走速度进行程序自动化控制,缠绕中施压使竹材紧密排列,使胶黏剂 浸透竹材细胞膜后形成铆钉结构,可保障管材结构密实性,提高管道 各方面机械性能。
3. 工艺流程
竹缠绕复合压力管的生产工艺主要包括竹篾加工、内衬层制作、结构层缠绕、加热固化、外防护层制作等流程,生产工艺流程图见图1。
管材结构示意图见图2。
六、主要技术指标
1.管道规格:DN200~DN3000;
2.密度:0.9~1.35g/cm3;
3.轴向拉伸强度:18~24 MPa;
4.短时失效水压:不小于管道压力等级的4倍;
5.弯曲弹性模量:9GPa;
6.初始环刚度:≥10000N/m2;
7.内表面粗糙度:≤0.0082;
8.使用寿命:≥50年;
9.使用压力:≤1.6MPa;
10.使用温度:-20oC~110 oC;
11.燃烧等级:B1;
12.表面吸水率:≤0.1%。
七、技术鉴定情况
该技术已获得国家发明专利3项,实用新型专利11项。同时,该技术于2011年通过浙江省的省级新产品鉴定,于2014年通过由国家林业局组织的科技成果鉴定。其中,竹缠绕复合压力管通过水利部灌排设 备检测中心、国家化学建材质量监督检验中心、国家农副产品质量监督检验中心及浙江大学高分子复合材料研究所对管道相关性能的检验 检测,并通过上海标检产品检测有限公司的燃烧等级测试,证实管材 达到难燃等级。
八、典型用户及投资效益
典型用户:新疆建设兵团222团、浙江慈溪市杭州湾现代农业开发 区、黑龙江水利科学研究院等。
典型案例1
案例名称:新疆222团7支7斗1243亩滴灌安装工程
建设规模:504米DN300竹缠绕复合压力管工程。
建设条件:依托1243亩农田滴灌安装工程,接入竹缠绕复合压力管;挖掘机挖土,人工清基后,取消砂子铺垫及包覆施工规范。主要建设内容:改变传统 渠道输水方式,安装42根12米长的竹缠绕复合压力管。主要设备为挖 掘机。项目总投资12万元,建设期为1个月。与采用螺旋焊管相比,可 节约管道生产能耗约15tce,相应减排约36tCO2。由于竹缠绕复合压力 管投资不高于螺旋焊管,采用该技术不产生增量投资额,碳减排成本 在0元/tCO2左右,管道生产单元建设的投资回收期约为1.8年。
典型案例2
案例名称:浙江省慈溪市杭州湾现代农业开发区(东片)二期规模化节水灌溉增效示范项目引水工程
建设规模:108米DN600竹缠绕复合压力管引水工程。
建设条件:埋设深度3.25米,土地盐渍化,呈碱性,具有一定的腐蚀性。主要建设内容:在三座引水泵站处,分别埋设3根12米长的竹缠绕复合压力管。 项目总投资5万元,建设期为1个月。与采用螺旋焊管相比,可以节约 管道生产能耗约11tce,相应减排量约26tCO2;与采用预应力钢筒混凝 土管相比,可以节约管道生产能耗约1tce,相应减排量约2tCO2。由于 竹缠绕复合压力管投资不高于螺旋焊管和预应力钢筒混凝土管,采用 该技术不产生增量投资额,碳减排成本为0元/tCO2左右,管道生产单 元建设的投资回收期约为1.8年。
九、推广前景和减排潜力
随着我国节水供水重大水利工程建设和城市管网建设的快速推 进,管道更新换代和新管路建设需求巨大,竹缠绕复合压力管具有广 阔的发展前景。按照国家林业局制定的《2014-2020 年竹缠绕复合压力 材料产业发展规划》,预计未来 5 年,该技术推广应用将占我国管道市 场的 10%,即竹缠绕复合压力管 2020 年总产量预计可达 1000 万吨, 项目总投资为 500 亿元,可形成的年碳减排潜力约 6400 万吨 CO2。
由武汉节能协会办公室整理