玻璃钢管道支架设计与应用

玻璃钢管道支架设计与应用

解立龙,沈梅,向小雄,李成星,李徐飞

昆明中天达玻璃钢开发有限公司

摘要：玻璃钢管道应用广泛，在设计玻璃钢管道时，应按照规范及流程，选择合适的管道跨距、管道支架类型、结构支撑型式，可参考金属管道的支架设计做法。玻璃钢管以质量轻、强度高、耐高温、耐腐蚀的优点，在石油化工行业得到广泛应用。与海洋平台中使用的其他材质管材相比，其耐腐性能更加优异，且成本往往较低。此外，玻璃钢管材的防火性能非常显著，可以在消防系统中使用。

关键词：玻璃钢；海洋平台；设计；应用  

玻璃钢是一种玻璃纤维增强复合材料，由基体材料和增强材料组成。基体材料一般为树脂，增强材料为玻璃纤维，在生产过程中加入其它原材料即可获得更优异的性能。玻璃钢管以质轻、高强、耐温和耐腐蚀性能优良，在石油化工行业已得到广泛的应用。随着我国经济的发展，对石油资源的需求不断增加，陆上石油资源已出现枯竭趋势，为有效弥补陆上石油资源的不足，对海洋石油的开发力度不断加大，这其中离不开对海洋平台的使用。玻璃钢因其具有非常好的耐腐蚀性能，在海洋平台中被广泛应用，但由于其材质的特殊性，因此对设计和应用都提出了较高要求。

一、玻璃钢

在玻璃钢产品从推出到广泛应用期间，玻璃钢和传统金属材料间的区别越来越明显。典型的结构材料通常分为四类：金属、聚合物、陶瓷以及复合材料，复合材料基本上是两种或多种其他结构的组合材料。玻璃钢是一种聚合物树脂和陶瓷玻璃纤维的复合材料，由基材与加强材料组成，其性能特点优越，具有质量轻、耐腐蚀、耐高温、耐火、良好的流动特性等优点，尤其在恶劣的海洋环境中，金属管道容易受到腐蚀并发生结垢，因此需要定期更换和清洁，玻璃钢材料因其固有的耐腐蚀性，不易结垢，从长远看，在海上设施使用期间，使用玻璃钢材质可大大降低昂贵的维护和更换成本。玻璃钢在海洋平台上主要应用于海水系统、消防系统和污水处理系统，在危险区域，可以根据设计要求选用加入导电碳纤维的玻璃钢管材，但由于其强度较低，不适合应用在具有较大冲击力的场合。由于海洋平台水泵在运行中振动现象比较严重，因此在泵口经常会使用一段金属材质的管材，然后通过软性材料或合理的管道支架的过渡，再与玻璃钢管线进行连接，这样可以有效地减轻玻璃钢管线上的振动。由于海水排海管线经常暴露在平台的外部，距离海平面较近，在风浪的拍击下很容易发生损坏，因此不适合使用玻璃钢管材。

在海洋平台的消防系统中，主要采用玻璃钢管的是海水喷淋系统，此消防系统的分界线是雨淋阀，从水泵到雨淋阀之间的管线内部一直存有水，属于湿式类型的消防系统；从雨淋阀到海洋平台的各个喷淋管嘴之间的管线，平时是没有水的，只有当雨淋阀门打开且消防系统开始工作时，管道内才有水，属于干式类型的消防系统。玻璃钢管作为一种耐火性能较好的材料，它可以在管道内有水的条件下，连续灼烧30分钟也不会发生损坏，冷却后仍能保持管道的实验压力，且在管道内无水的情况下，喷射火焰条件下持续十分钟以上的灼烧也不会损坏。

二、玻璃钢管线的设计

由于玻璃钢管线的制造工艺和金属管材有很大的不同，其管材的外形尺寸和连接要求同传统钢质的管线有很大的差异，不同厂家生产工艺等因素的不同，生产出的管材参数也有较大的差异，因此在玻璃钢管线实际设计前，要及时获得玻璃钢管线厂家准确的参数信息。在实际使用过程中，应该尽量采用统一的规格，规格的类型越少越便于进行材料的采办和现场安装。在海洋平台设计过程中，管线的连接一般是通过插熔焊接的方法来实现的，其管材的尺寸要比金属管件的大，在进行管道设计和安装时要严格控制插入的深度，管件之间在连接时也要注意连接管段的长度要求。管线需要进行支路连接时，通常采用三通形式或鞍座形式进行连接。鞍座连接是一种在主管上进行切孔，然后使用鞍座形的瓦片进行补强连接，与金属管线中的管座十分相似。缩径三通经常会用在与主管尺寸差别不大的场合，鞍座连接则用于管径差别较大的场合。在一般情况下，鞍座连接形式更为节省材料和施工费。在海洋平台的消防系统管道中，由于鞍座连接会破坏管线表面的防火材料，涂层修补完成后也无法确保质量完全合格，因此在实际连接过程中，经常使用的是普通的三通连接形式，如果缺乏标准的三通，可以补充使用异径管来代替实现。在布置玻璃钢管线的过程中，应该遵守相关的技术规范和设计流程，最大程度地少用弯头，以达到减少弯管出现的目的。玻璃管线上的压力要保持稳定，波动要尽量小，考虑到管线的应力和安装偏差，需要在管线合适的位置使用膨胀头，安装位置要经过专业软件的计算进行确定。另外管道的布置还要保证一定的灵活性，在现场安装中，无需额外的推拉就可以将管线安装到位。在玻璃钢管线的现场安装过程中，为了降低安装难度以及保证玻璃钢管线的完整性，应尽量使用预制好的管道，将现场的安装工作量降到最低，这样既降低了安装成本，也减小了对玻璃钢管线上防火材料的破坏。可以考虑优先安装预制好的大尺寸玻璃钢管线，再安装其他材质的管线和小尺寸的玻璃钢管线。此外玻璃钢管线的尺寸也不能过大，各个管段的连接点应尽量处于便于施工的位置，否则会给现场安装带来很大的不便。

三、玻璃钢管线支架的设计要求

为避免管路下沉或者发生剧烈振动，需要在玻璃钢管线上适当的位置布置相关的支架。支架的布置应尽量避免过于激烈的转弯。如果管线的重量较大，应采用单独支撑的形式，管线上较重的部件需要单独增加支架进行支撑固定。在管道支架的设计过程中，支架选用型钢材质及尺寸时要同时满足管道充满介质的自重和各种力矩的载荷要求，还要兼顾环境因素对支架材质的影响，必要时要进行特殊的工况处理，加大型钢规格及厚度。两支架之间的距离应小于设计规范和厂家要求的最大跨距。管道支架和管件之间要留有一定的间距，避免管线有移动位移时因管件碰撞到支架而产生变形。如果玻璃钢管线要与软管进行连接，在接口附近要对软管进行合理的支撑，以避免软管对玻璃钢管产生过大的弯曲应力。支架管线之间要预留一定的空间，既可以避免管线在横向或轴向移动时发生阻滞，也可以给支架管卡或管鞋留下足够的布置空间。支架应尽量加在管道本体上，避免在管件或接头上直接做支撑。玻璃钢管支架经常使用带支撑套孔的形式，支架的管套的直径取决于管线的直径，在安装支架过程中需要注意玻璃钢管线不能与支架管卡直接接触，为了有效对管线进行保护，避免振动造成的松动现象，玻璃钢管和支架的连接处经常使用聚乙烯或PVC或玻璃钢鞍座之类的保护材料，这些材料必须是永久性的。支架的下端是一个螺栓座，通过螺栓来连接到海洋平台上，其螺栓孔的大小和管线的直径有直接关系，为了防止腐蚀对螺栓的固定产生影响，支架主要使用的是耐腐蚀强度较高的螺栓，为了防止玻璃钢管道被管卡夹得过紧，支架管卡上的螺栓应该安装双螺母。

随着我国对海洋资源的深入开发，海洋平台将越来越多，由于海洋平台所处的环境比较复杂和恶劣，对各种材质管材的使用提出了很高要求。玻璃钢管由于具有良好的耐腐蚀性和较低的成本，在海洋平台中的使用越来越多。但由于玻璃钢管材的特殊性，在设计和应用时要求较高，玻璃钢管线不能应用在冲击力较强的场合，且在管线布置过程中，应当尽可能保持布置的灵活性，避免在安装中产生过多的安装应力，管线接头应根据连接的特点来选择针对性的安装，管线支架在设计和安装时，也要按照设计规范确定好型钢尺寸及支架间距的合理布置，妥善安装。

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