埋地玻璃钢管道工程施工要点及技术要求埋地玻璃钢管道工程施工要点...
王超
[摘 要]玻璃钢管是由玻璃丝及树脂经缠绕后制成的，简称FRP（FiberglassReinforcedPlastic）管，具有重量轻，耐腐蚀，防火，施工方法简单，维修方便（不必动火）等优点，现已广泛应用于油田，海洋平台，化工厂，海水淡化厂，消防管线，污水处理厂等领域的消防水管线，海水管线，排水管线等。
[关键词]海洋；油气平台；玻璃钢管道；技术要求
中图分类号：TU71 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）28-0037-02
1 玻璃钢管道的基本结构简述
玻璃钢即玻璃纤维增强塑料，玻璃钢管道是一种热固性塑料管。根据成型方法（玻璃纤维缠绕法和离心浇铸成型法）可生产缠绕式玻璃纤维增强塑料（夹砂）管和离心式玻璃纤维增强塑料（夹砂）管，其基本结构是内外层为树脂基，中间层以玻璃纤维或玻璃纤维加石英砂作为增强材料，其管壁结构合理，能充分发挥材料的作用，在滿足使用强度的前题下，提高了刚度，保证了产品的稳定性和可靠性，是目前国内、外大力推广并已得到广泛应用的一种复合材料管道。
玻璃钢管最显着的特点就在于它可根据管道用途的不同选用不同的内衬树脂，从而适用于各种介质的输送。既可选用无毒树脂作为管道内层用于制作给水用管道，也可选用抗腐蚀性能的树脂作为管道内层输送各种腐蚀性较强的介质或化工液体原料，尤其在输送、排放腐蚀性较强的工业废水、生活污水中，体现出了其独特的优势。
2 我国生产玻璃钢管道发展历程
最初引进意大利的设备时引进的莲花设计程序进行铺层计算工具的编写，采用的计算理论也源自国外的技术资料和数据。随着我国玻璃钢管道领域技术人员研究的不断深入，在20世纪90年代，学术界李卓球教授与中意玻璃厂负责人岳红军共同编写并出版了《玻璃钢管道与容器》，它的出版成为我国该领域设计理论进一步成熟的重要标志。由于80年代末90年代初我国在该领域的设计技术主要采用手工绘图配合计算器，因而将该阶段玻璃钢管道设计称作图板设计时代。
到了20世纪90年代，随着计算机技术的飞速发展和我国对玻璃钢管道设计理论研究的逐渐深入，我国在吸收借鉴国外标准的基础上制定了相应的行业标准：如玻璃钢化工设备设计规定（HG/T20696-1999）等标准均在这一阶段制定。随着市场经济的发展，生产玻璃钢管道与容器所必需的原材料日益充足，我国利用CAD绘图技术，结合国内实际于1997年建成了第一个1.5万吨级的玻璃纤维拉丝池窖。这一阶段被称作初级CAD时代。
随着研究的深入和技术的发展，21世纪以来，各种原材料富足，生产设备更加先进，技术也日益成熟，我国已经具备出口生产玻璃钢管道的能力。截止2007年底，我国已经拥有56座池窖拉丝，年生产能力高达162万吨，且出现了ERC等高端新产品，具备了出口玻璃钢管道的实力。同时，制订了符合新时期要求的国家标准，如：玻璃纤维增强塑料夹砂管（GB/T21238-2007）等一批标准问世。
在技术日渐成熟的同时，我国热固性玻璃钢的产量也在逐年上涨，从1987年的3.2万吨增长到2008年的170万吨，目前我国玻璃钢的产量位居世界第二。除了热固性玻璃钢的产量增长外，不饱和聚酯树脂、玻璃纤维产量均快速增长。2003年至今，我国的玻璃钢管道技术发展到CAD自动绘图阶段，通过使用全自动的玻璃钢管道设计软件和有限元分析设计软件，在短短的30分钟内即可完成设计，非常地高效。
3 玻璃钢管道的特性
3.1 耐腐蚀性能好
纤维缠绕玻璃钢管道结构上分内衬层、结构层及外保护层三部分。其中，内衬层树脂含量高，一般在70%以上，其内表面富树脂层树脂含量高达95%左右。通过对内衬所用树脂的选择，可使玻璃钢管道在输送液体时具有不同的耐腐蚀性能，从而满足不同的工作需要；对需外防腐的场合，只需对外保护层树脂进行认真选择，便也可达到不同外防腐的使用目的。根据不同的腐蚀环境，可选用不同的防腐树脂，主要包括：间苯型不饱和聚酯树脂、乙烯基树脂、双酚A树脂、环氧树脂及呋喃树脂等，根据具体情况分别选用：对酸性环境，选用双酚A树脂、呋喃树脂等；对碱性环境，选用乙烯基树脂、环氧树脂或呋喃树脂等；对溶剂型使用环境，选用呋喃等树脂；当酸、盐、溶剂等腐蚀不是十分严重时，则可选用价格较为低廉的间苯型树脂。通过对内衬层不同树脂的选择，便可使玻璃钢管道广泛用于酸、碱、盐、溶剂等工作环境中，表现出良好的耐腐蚀性能。
3.2 导热系数低、热应力小
玻璃钢管道与钢管热性能数据对比见表1。表中，热应变及热应力之比均为假设玻璃钢管道与钢管管长相同、管道两端介质温差相同情况下所推得的结果。从表中数据可以看出，玻璃钢管道的导热系数低，仅为钢管的0.4%，因而具有较好的保温性能，输送介质时可以降低热能损耗；另外，从表1还可以看出，当玻璃钢管道与钢管两端有相同的热温差时，线胀系数略大于钢管的玻璃钢管道将产生较大的热应变，但由于玻璃钢管道的轴向拉伸模量约11.2GPa，钢管的模量为210GPa，所以，温差在玻璃钢管道上产生的热应力仅约为钢管的1/11。也就是说，在实际使用中，钢管需增加膨胀接头以消除管在线的热应力集中，玻璃钢管一般却可以不予考虑。玻璃钢管道的热线胀系数使得它具有良好的抗热耐寒特性，可在地表、地下、架空、海底、沙漠、冰冻、潮湿等各种恶劣环境中使用。
3.3 接头少、连接方式多样灵活
缠绕玻璃钢管道单管长度6～12m，甚至更长，在长距离管线安装时，所需接头少，既能使流动水阻降低，也减少了施工费用，同时，管线因接头多而发生渗漏的可能性也较钢管大为降低。另外，缠绕玻璃钢管道的接头方式有多种，主要包括：承插胶接、平端对接、（活套）法兰连接、（带锁紧装置）O形圈连接、螺纹连接等，可根据具体施工条件，灵活选择接头方式，从而提高了工程的可靠性。endprint
3.4 电绝缘性能好
钢管、铸铁管均为电的良导体。玻璃钢管道却是绝缘体，击穿电压：12～16kVmm，体积电阻率：～1014Ω·cm，表面电阻率：～1011Ω，绝缘性能优良，可安全地应用于输电、电信线路密集区和多雷区。
3.5 不生锈
钢管、铸铁管在储存、使用过程中，会因化学、电化学的作用产生局部电池反应，表面极易生锈，对输送介质往往会产生污染，因而，常需对其表面进行特殊防锈、除锈处理；纤维缠绕玻璃钢管道由于是由非金属材料制成，电极电位高，表面不会发生氧化锈蚀，无需处理，不会污染水质。
3.6 防污抗蛀
玻璃钢管内壁洁净光滑，难以被海水或污水中的甲贝、菌类等微生物玷污蛀附。而钢管、铸铁管或钢筋混凝土管内表面却很容易被甲贝、牡蛎等附蛀寄生，且极难清除，增大粗糙率，使有效管径缩小，同时增大流动阻力，减少过水断面积。
4 玻璃钢管道设计技术要求
4.1 玻璃钢材料组成
玻璃钢管道应由内衬层、结构增强层、表面层组成，见图1。内衬层是涂覆在管子制品内壁，可提高耐磨蚀和耐腐蚀能力以及防止在压力下发生渗漏，由纤维和树脂配方材料混合组成；结构增强层是增强纤维混合热固性树脂配方材料缠绕达到预定厚度，是管子的承压部分；表面层是涂覆在管子制品外表面，可提供耐火及抗紫外线等性能，树脂配方材料一般不包含纤维。
海洋油气平台通常使用玻璃纤维增强环氧管道（Glass-Fiber-reinforcedEpoxy，简称GRE）。采用玻璃纤维及环氧树脂作为管道的基体材料，添加碳纤维等低电阻率纤维作为非结构材料以保证管材的导电性。该种材料类型玻璃钢管道的适用范围广，温度范围宽，可用于-29～93℃，承压可达到20bar以上。
4.2 玻璃钢管道耐火性能
根据ISO14692第3部分附录F耐火性能评定指南，对于开放通风区域干式消防系统（雨淋阀下游）应能满足DF.JF.EC/030等级要求（标准中为EF.JF.EC/030，EF未在ISO14692第2部分表7耐火等级编码中定义，应修正为DF），即能够满足在初始干管随后充满水的条件下，碳氢喷射火焰烧30min仍能保证管道正常功能。对于开放通风区域湿式管道（雨淋阀上游）应能满足ST.IF.EB/030等级要求（等同于IMOA75318号决议中Level3等级），即能够满足在始终充满水的条件下，碳氢冲击火焰烧30min仍能保证管道正常功能。根据评定指南的规定，对于海洋油气平台玻璃钢管道系统耐火要求见表2。
玻璃钢管道系统由于其产品特性，无需被动防火即可满足ST.IF.EB/030要求。而对于DF.JF.EC/030等级要求则需玻璃钢管道系统进行被动防火，即管道表面在工厂预制防火涂层。在安装时管道粘接头也需要进行防火层涂覆处理，法兰接头采用防火罩包覆，以保证实际安装管道与耐火型式试验样品的一致性。耐火型式试验应按照ISO14692第2部分附录E规定的程序进行，有如下几点需引起关注：
（1）试样应在试验前进行1.5倍管道额定等级的压力试验且试验中不得出现泄漏；
（2）火焰暴露试验结束试样冷却后，应在试验压力下用滞留水对试样加压至少15min；耐火型式试验应在权威机构认可的独立第三方试验室完成。当前国内远东防火试验中心可完成ST.IF.EB/030等级试验评定，而对于DF.JF.EC/030等级试验评定一般在国外完成如SOUTHWESTRESEARCHINSTITUTE（美国西南研究院）或SINTEFNBL（挪威火灾研究实验室）。
4.3 玻璃钢管道低播焰性能
低播焰性能反应表面限制火焰蔓延的能力。为保证人员和设施安全，海洋油气平台要求玻璃钢管道系统具备低播焰性能。根据ISO14692第2部分第6.5.6.2节表面火焰蔓延，应按照修正后的IMOA653（16）进行低播焰试验。鉴于该方法试验复杂不便操作，也可使用ASTMD635进行评定。
4.4 玻璃钢管道导电性能
玻璃钢管道输送流体过程中，由于摩擦产生静电，如不及时导走静电，会成为安全隐患。海洋平台要求玻璃钢管道系统具备导电性。将带有316不锈钢电缆的接地鞍座粘接到玻璃钢管道上，通过电缆连接钢结构接地。通常接地鞍座應安装在支架旁边，以便接地鞍座能够方便地固定在支架上。由于玻璃钢管道表面层不具备导电功能，应打磨掉表面层树脂将鞍座与结构增强层粘接，以保证电导通。
4.5 玻璃钢管道抗紫外线性能
玻璃钢管道受阳光长期辐射会发生一系列光物理和光化反应导致树脂老化产生变色、微裂等。在设计寿命内为保证管道安全运行，海洋油气平台要求玻璃钢管道系统具有抗紫外线性能。通常做法是在表面层树脂中加入紫外光稳定剂（也称光吸收剂）减缓阳光辐射损伤。
4.6 玻璃钢管道连接要求
玻璃钢管道的接头分为粘结连接、法兰连接需要提前将法兰与管道粘接或者在制造厂与管道整体预制成型，主要用于管道变级，如与阀门和设备管口连接，与金属管道连接等。密封圈承插连接可以承受一定的轴向和角位移，但该种接头体积较大，成本相对粘接方式较高，多用于埋地或者船用压载管道。螺纹连接多用于中高压玻璃钢管道，如井下油管或注水管。
海洋油气平台用玻璃钢管道系统主要采用承插粘接和法兰连接。由于不同制造商之间产品尺寸不同、粘接工艺有所区别，不具备通用性和互换性。应确保使用的玻璃钢管道材料应由同一家制造商提供。
5 结语
玻璃钢管线耐腐蚀，耐中、低压情况比较好，虽维修稍微有些麻烦，但不必动火，尤其是在有易燃易爆气体的地方，它的维修更显出比钢管的优势。因此，值得在油田，海洋平台，等领域的消防水管线，海水管线，排水管线，或有腐蚀性介质的管线系统上推广应用。
参考文献
[1] 黎泽权，苏维刚，李伟.玻璃钢管道的施工技术和质量控制[J].石油工程建设，2006，03：48-50+7.
[2] 刘自翔，王合存.浅谈玻璃钢管道工程施工技术[J].科技资讯，2008，08：44-45.endprint
