玻璃鋼管線在海洋平臺中的設(shè)計與應用

張敬瑩, 李 爭， 劉 婧, 李 蕾, 莊福佳

(海洋石油工程股份有限公司， 天津 300451)

玻璃鋼管線在海洋平臺中的設(shè)計與應用

張敬瑩, 李 爭， 劉 婧, 李 蕾, 莊福佳

(海洋石油工程股份有限公司， 天津 300451)

玻璃鋼管(GRE)以優(yōu)異的耐腐蝕性在海洋平臺上被廣泛應用，但玻璃鋼管由于其特殊的性能和連接方式，在實際工程應用中又有一定的限制和需要注意的地方。該文結(jié)合多年設(shè)計經(jīng)驗，介紹了玻璃鋼管線在海洋平臺中的應用范圍，以及配管設(shè)計方面需要注意的問題，為今后海洋平臺玻璃鋼管設(shè)計提供參考。

玻璃鋼；海洋平臺；配管

0 引言

玻璃鋼是一種玻璃纖維增強復合材料，由基體材料和增強材料組成?；w材料一般為樹脂，增強材料為玻璃纖維，在生產(chǎn)過程中加入其它原材料即可獲得更優(yōu)異的性能。玻璃鋼管以質(zhì)輕、高強、耐溫和耐腐蝕性能優(yōu)良，在石油化工行業(yè)已得到廣泛的應用。與同在海水管路中廣泛應用的碳鋼涂塑管和銅鎳管相比，玻璃鋼在實際應用中的耐腐蝕性遠優(yōu)于碳鋼涂塑管，而成本又低于銅鎳管。從耐腐蝕性和維護成本等方面綜合考慮，大于3″的海水管線，選用玻璃鋼相對于碳鋼涂塑、銅鎳等其他材料，性價比更高。除此之外，玻璃鋼還具有良好的防火性能，可以用于海洋平臺的海水消防系統(tǒng)。對于3″及以下的海水管線，建議選用銅鎳合金管材。

1 玻璃鋼管的應用范圍及耐火要求

1.1 應用范圍

玻璃鋼管主要應用于海水管路，包括海水系統(tǒng)、消防水系統(tǒng)和生活污水系統(tǒng)。但由于其強度低，在具有較大沖擊力的地方，通常選用其他金屬管材。海水提升泵出口由于振動較大，一般在泵口附近設(shè)置一段銅鎳管，通過在銅鎳管上加載合理的支架形式，把傳遞到玻璃鋼管上的振動盡可能減小。而在海水排海管線上，考慮到離海平面較近的管線受風浪拍擊容易損壞，一般從下層甲板以下的立管開始就選用碳鋼涂塑管線。由于此處排海管線海水在重力作用下不易泄漏，介質(zhì)也不具有危險性，選用成本較低的碳鋼涂塑管是比較合理的。

1.2 耐火要求

海水消防系統(tǒng)以雨淋閥為界，雨淋閥上游的管線內(nèi)充滿水，屬于濕式消防；雨淋閥下游的管線內(nèi)不充水，僅在消防系統(tǒng)啟動且雨淋閥打開后才充滿水，屬于干式消防。在耐火要求方面，ISO 14692明確了濕式消防系統(tǒng)應滿足ST.IF.EB/030要求，即玻璃鋼能夠在沖擊火焰(113.6 kW/m2)條件下，管道內(nèi)充滿靜滯水，保持至少30分鐘不發(fā)生泄漏，冷卻后能保持試驗壓力；同時，ISO 14692也明確了干式消防系統(tǒng)應滿足DF.JF.EC/030要求，即開始最少5分鐘為干管，隨后為流水，在噴射火焰條件下，最少25分鐘內(nèi)無泄漏，且冷卻后能保持試驗壓力。

2 玻璃鋼配管設(shè)計

2.1 管線管件特性

由于和金屬管線管件制作工藝不同，玻璃鋼管線管件的外形尺寸參數(shù)及連接要求與金屬管線差別較大，不同廠家、不同系列的參數(shù)也不一致，因此在配管設(shè)計前，需廠家提供準確的尺寸參數(shù)。為了設(shè)計和采辦的方便，要選用盡量少的規(guī)格來達到系統(tǒng)連接的目的。海洋平臺設(shè)計中，玻璃鋼管線管件連接一般用插熔焊連接，管件的尺寸比金屬管件要大一些，在配管時要考慮插入深度的要求，管件與管件的連接也要滿足連接管段的最小要求。如圖1所示，Ds表示的是管線連接時的插入深度。

圖1 玻璃鋼管線管件

對于管線上的縮徑分支，通常采用縮徑三通或鞍座(SADDLE)連接。鞍座連接是一種在主管上切孔，然后用鞍座形的瓦片補強粘接，類似于金屬管線中的管座?？s徑三通通常應用在主管和分支尺寸相差不大的情況下，鞍座連接通常用于主管和分支相差較大的情況。通常情況下，鞍座連接在材料和施工費用上通常比三通連接低一些，尤其在改造項目中，如果需要在現(xiàn)有玻璃鋼管上接分支，受限于三通的承插式連接，采用鞍座連接在施工上要方便得多。但需要注意的是，在干式消防系統(tǒng)中，鞍座連接會破壞管線表面的防火涂層，現(xiàn)場補涂層既增加了施工量，涂層質(zhì)量也無法保證，因此在干式消防系統(tǒng)中，盡量選用三通連接，如缺少該規(guī)格的三通，可采用異徑管形式實現(xiàn)。

在分支管線需要變化為其他金屬管線(銅鎳或碳鋼涂塑)的情況下，可在出廠前把管件和法蘭制作成一體，減少現(xiàn)場粘接的工作量，圖2所示為帶法蘭的分支連接。

2.2 管系布置

玻璃鋼管的布置可參照以下方法：

(1) 遵守相關(guān)的技術(shù)規(guī)范和系統(tǒng)流程；

(2) 盡量減少彎頭的數(shù)量，使玻璃鋼管上的壓力波動效應減至最??；

(3) 考慮到管線應力和安裝偏差，適當?shù)奈恢靡凶銐虻呐蛎浗宇^；

(4) 便于管線安裝和支架安裝；

(5) 布置要有一定的靈活性，無需推拉管段就能把接頭處按正確的尺寸裝好。

2.3 管段分割

(1) 盡量使用預制好的管段，以便把現(xiàn)場的粘結(jié)工作降到最低；

(2) 不超過安裝和運輸設(shè)備的處理能力；

(3) 管段連接點應處于便于施工的位置。

3 玻璃鋼管支架

3.1 支架布置基本原則

管支架布置應遵循以下原則：

(1) 避免管線下沉和劇烈運動；

(2) 管線上較重的部件需要單獨支撐；

(3) 支架跨度應不大于廠家提供的最大跨距表；

(4) 如果與軟管連接，需要在接口附近對軟管進行支撐，避免軟管對玻璃鋼管產(chǎn)生過大的彎曲應力；

(5) 不能用玻璃鋼管線區(qū)支撐其他管線；

(6) 支架和管線之間要留有一定的空間，保證管線在橫向或軸向移動時不受阻；

(7) 支架盡量加在管線上，避免在管件或接頭處做支撐；

(8) 根據(jù)應力分析結(jié)果，在適當?shù)奈恢迷黾庸潭ɑ驅(qū)蛑Ъ堋?/p>

3.2 常用的玻璃鋼支架形式

圖3是用于支撐水平玻璃鋼管的最基本支撐形式。其中玻璃鋼管道外徑尺寸值取決于制造商所提供的數(shù)據(jù)，R為管道半徑與保護襯墊厚度之和，帶防火夾殼的外徑要大于不帶防火夾殼的外徑。保護襯墊材質(zhì)為橡膠、PVC或者其他適合的材料，材料要求具有良好的抗老化性能，且滿足烴類介質(zhì)(油氣)管道的安裝要求。管夾和螺栓螺母要采用一定的防腐措施，滿足海洋條件下的耐腐蝕要求,管鞋高度可根據(jù)要求在一定范圍內(nèi)調(diào)整，如果管徑大于一定尺寸，可考慮增設(shè)一個加強筋以提高管夾強度。

圖3 基本承重管夾

圖4中的支架用于固定玻璃鋼管道，與圖3中的支架相比，此類支架多了兩個護瓦(SADDLE)粘貼于被約束管道外壁，護瓦材質(zhì)應與管道保持一致。如果管鞋和結(jié)構(gòu)鋼之間不進行焊接，可通過增設(shè)附屬限位結(jié)構(gòu)，達到導向或軸向限位的目的。

圖4 固定支架形式

圖5中的支架形式是用于玻璃鋼法蘭上的支撐，當管線上缺少空間使用圖3中的支架形式時，或法蘭另一側(cè)的閥門偏重時，可采用這種法蘭支架。

圖5 玻璃鋼法蘭支架形式

圖6中的支架形式是用于立管的承重支撐，當立管過長時，為了避免水平管線上的受力過大，多采用這種立管支架。

圖6 玻璃鋼立管支架形式

4 結(jié)論

玻璃鋼管材在海洋平臺中上的設(shè)計，首先要針對其材料特性界定好使用范圍，其次要充分考慮其連接特性，設(shè)計要盡量方便現(xiàn)場施工，最后管線路由要充分考慮管線的柔性，通過合理的支架布置使管線的應力在可接受范圍內(nèi)。

[1] 范正明.玻璃鋼管的應用[J]. 玻璃鋼/復合材料，2001，28(6):44-45.

[2] ISO 14692-1-2002.石油天然氣工業(yè)-玻璃鋼(GRP)管線[S]. 2007.

The Design and Application of the GRE Pipe in the Offshore Platform

ZHANG Jing-ying, LI Zheng, LIU Jin, LI Lei, ZHUANG Fu-jia

(Offshore Oil Engineering Co., Ltd, Tianjin 300451, China)

The Glass fiber reinforced epoxy (GRE) pipe has excellent corrosion?resistance, so it is widely applied in the offshore platform. However, because of some special property and connection type, the GRE pipe has some limit, and needs special attention in the application. Combining the several years design experience of the author, this text introduces the common application scope of GRE pipe, and matters needing attention in the GRE piping design.

glass reinforced epoxy(GRE)； offshore platform； piping

2014-04-09

張敬瑩(1981-)，男，工程師。

1001-4500(2015)02-0021-05

P75

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