玻璃钢管道施工工法

摘 要：玻璃钢管道作为一种新型的管材,因其独有的材质优势倍受石油、化工及城镇给水排水等行业的青睐.本文通过神华准格尔酸法生产氧化铝中试厂这一实际工程,介绍了玻璃钢管施工的特点,阐述了玻璃钢管道施工过程中施工技术,以及应该注意的问题和应用前景.

关 键 词：玻璃钢管；施工工法；承插；连接

工程概况

本工程为全球首个采用提取酸法氧化铝项目,玻璃钢工艺管道约8000m,工期紧,介质为32%的盐酸粉煤灰混合溶液,且与土建交叉施工,施工管理矛盾较为突出.工程采用玻璃纤维缠绕法施工玻璃钢管,现场下料组装,施工便捷,并且由于玻璃钢管道比较轻,克服了钢管施工吊装的局限性.另外还克服了采用特殊钢材施工辅助措施复杂,技术要求高的困难.该工程于2011年5月20日开工,2011年7月10日完工,历时50d.

1玻璃钢工法特点及适用范围

玻璃钢管道施工最主要的特点就是采用玻璃纤维缠绕,由于这种工艺易于实现机械化、自动化,与其它成型工艺相比,劳动条件好,劳动强度低,且产品的质量稳定,成本低,因此得到了广泛的应用.本工法适用于石油、化工、冶炼行业的低温低压管道（温度等级120℃以下,压力等级1.2MPa以下）及城镇给排水管道.

2工艺原理

纤维缠绕工艺一般可分为干法缠绕和湿法缠绕两类.

（1）所谓干法缠绕,是将干纤维束缠绕在芯模上,然后喷涂树脂,并用压辊滚压浸透的工艺方法,采用这种方法缠绕,设备清洁,可改善劳卫条件,但对连续纤维的无捻性、浸透性要求较严,并需要充分滚压,否则容易发生干裂现象.

（2）湿性缠绕是将浸胶后的玻璃纤维集束,在一定张力控制下直接缠绕在芯膜上的工艺方法,采用这种方法可使不同规格纤维有较强的适应性,无需滚压即可使纤维充分浸透,使用这种方法生产的产品质量稳定,气密性能好.但对缠绕过程的各个环节需要严格的人工维护,从而增加了劳动强度.便如,导丝头、浸胶槽等装置在每次缠绕结束后必须认真刷洗,使其保持良好的清洁状态,尽管如此,每次成型结束后,在浸胶槽内以及缠绕机周围的工作区域内不可避免地剩留或滴落一部分树脂,造成浪费和不卫生.

（3）在上述干法和湿法的基础上又出现了改进的工艺方法,即干预浸法和湿预浸法.干预浸法对于难于直接以液体状态使用的树脂,是比较适宜的.例如酚醛树脂、硅烷树脂、有机硅树脂、邻苯二甲酸二丙稀酯树脂和间苯二甲酸酯树脂.湿预浸法是在纤维浸过树脂,并使树脂部分固化后再供缠绕使用,这种方法的主要优点是生产效率高,而且浸渍效果更好.

3施工工艺及操作要点

玻璃钢管道的安装主要有地上架空、地面铺设和地下埋设三种方案.

架空管道是将管道架设在各种支架之上,优点是便于安装仪表、阀件及其它管件,可在最低点设置排放阀,最高点设置排气阀避免形成死角.缺点是占用空间较多,要与电气架空线路保持一定距离,为确保安全生产,这就带来了管道起重吊装和高空作业的复杂性.

地下埋设是指管道埋于地下,其管顶与地面之间有一定的填土高度.这一方法能为管道的静态平衡提供良好的条件,且不会妨碍交通及农业耕种等等,适用于大部分地区.但是对于冰冻土地带、地下水位较高地区及有活动滑坡的山区,需要结合其经济性作全面考虑.

地面铺设是指管子的底面与地面同高或管子搁在土垫层上,可用来进行农业灌溉,工业给水和介质输送,适用于森林、高山及地下水位高的地区或临时铺设使用.但考虑到交通及建筑等问题,这种铺设形式受到了条件限制.

3.1管道的架设

管道不宜沿走道架设,架空管道需穿越公路时,不应设置法兰、阀门等连接点,以避免泄漏时造成事故.如必须设置法兰等连接点必须将连接点包在盒内,以盛装泄漏的物料.盒应定期打开检查.管道与其它管路架设在一起时,则视介质腐蚀情况应考虑分层架设.输送强腐蚀性介质的管道应架设在下层,防止出现泄漏点腐蚀其它管路.管道在穿过墙壁或楼板时,应预埋一段套管,套管内径比玻璃钢管外径大,大到足以松动穿进为宜.套管两端露出墙壁或楼板100mm,两管间充满弹性填料.垂直管道的套管不应限制管道位移和随管道的垂直负荷,如穿过防火墙,两管间应填塞石棉或其它非燃性填料.

3.2管道的支呆架施工

常用的管道支吊架按用途可分为滑动支架、固定支架、导向支架及悬支架等见图1：

管道支吊架形式的选择主要考虑管道的强度、刚度、输送介质的温度、工作压力、管材的线膨胀系数、管道运行后的受力状态及管道安装的实际状况等,同时要考虑制作和安装的成本.

3.3管道的安装

根据玻璃钢材料比重小的特点,为了把现场连接减小到最小,并能进行快速地铺设操作,一般是在能满足吊装允许长度和重量的情况下预先将玻璃钢管进行部分组连.

在按照管道的布局、管架间距进行安装吊架以后,用绳索或柔性带吊装管段.如用钢索起吊,则必须在其间以软垫隔开或用软管在钢索外吊装,凤防损坏管道的外保护层.在管托与管道之间垫一块与管托同面积的弹性垫,其材质与厚度以达到能起保护效果为宜.此外管子和易燃产品连接安装时,要进行静电处理.

管路安装的水平偏差一般为≤2～3‰垂直偏差≤2～5‰,坡度可取3‰.

4玻璃钢管道的连接

无论是玻璃钢管道系统还是其它管道系统,管件及其它连接方式对系统的使用效果都具有重要意义,经验表明,管道系统出现问题最多的地方往往在连接处.所以,对于管件间以及管与其它设备的连接方式的选择、设计、施工不可轻视.

4.1包缠对接与承插粘接

包缠对接和承插粘接的工作程序基本相同,只是个别的工作细节上有所不同.

4.2法兰连接

一般情况下,法兰不平行是产生泄漏的重要原因,因此螺栓拧紧后法兰与法兰应密封且应相互平行.这就要求法兰密封面必须平整光洁,不受损伤或变形,尤其不得有径向沟纹,两法兰必须保持相对相互平行,否则就会因强行拉平而产生不必要的螺栓拉紧应力,容易使得法兰或带有法兰的管体受到破坏.在法兰连接之前,首先需要根据管径及连接要求选择好合适的密封件,并对所有要相互接触的部分进行清洗,以保证密封效果.在拧紧螺栓时应遵守拧紧螺栓的顺序,不可以从开始的一个螺栓顺次拧到最后一个螺栓,这样会因法兰受力不均使法兰张嘴,旋紧力再大也不容易密封严.正确的方法是将法兰盘用螺栓对准、调好,法兰盘与螺母间加平垫,在规定的负荷下用两个测力扳手按等分角对称位置的方法紧固,使法兰盘均匀受力,表1所列为建议的旋紧力矩.

由于玻璃钢法兰与管道是靠手糊粘接而成,所以对法兰粘接口进行检测也是必要的.尽管产品出厂前是经检查合格的,但在运输贮存中不可避免也会出现一定问题.所以,在安装好后进行试压时,法兰接口必须检查.

4.3承插连接

在要连接的管之间留下一定空间,以便进行清理、检查操作.用布清理接头偶联区、环槽、承口的张口部分,并均匀地涂上无酸无溶煤油酯（液态凡士林、液体矿酯、硅润滑油等）.将橡胶圈在两手间滑动,涂上油酯,再从插口下面往里套,直到入槽为止,之后强行上拉,使圈的3/4入槽,并继续强行上拉未入槽部分,直至上母线以上方松开橡胶圈,使之弹入槽内,以免扭搓.

5管道系统的压力试验

管道系统安装完毕后投入生产前,要对管道系统进压力试验（简称试压）.压力试验又分为强度试验和严密性试验.强度试验主要检验管材、配件、接口等部位的强度,严密性试验等检查管道系统的全部严密性.

为了不妨碍施工现场其它工序的正常作业,改善敷设条件,通常对管道分段进行试验,地上管道在其支撑、设置完毕后进行,地下管道在连接好后未覆盖时进行,设备、仪表加以盲板切断,试压结束后将盲板拆除.

管道系统的压力试验多采用液压试验,如果没有特殊规定,一般强度试验压力取工作压力的1.5倍,但不得小于2kgf/cm2,而严密性试验取管道的工作压力.

水压试验：用精度不低于1.5级,最大量程为试验压力的1.5～2倍的压力表按照试验技术方案进行试验.向管内灌水时,应打开管道各高处的排气阀.待水灌满后关闭排气阀和进水阀,停止供水后,系统静止2h左右,以使管道达到机械、热力和化学上的平衡.如果需要可向管内补充一些水,然后以每分钟不大于0.1kg/cm2的速度增加管内压力,直到达到工作压力为止,停止加压1h,然后以每分钟不超过0.05kg/cm2的速度再次加压,使管内水内达到检测压力值,在试验压力下保持20min,如果管道未发生异常现象,压力表指针不下降即认为强度试验合格（由于玻璃钢材料的弹性变形,压力表指针在稳定前会稍有降落,这不影响管道的合格）.然后把压力降至工作压力进行严密性试验,在该压力下使管道系统在不少于2h的时间内保持静止.这样系统的平均泄漏率不超过设计要求.

6效益分析

本工法中的效益主要体现在造价方面,在石油、化工、冶炼行业的工艺管道中,大部分介质含有腐蚀性,特别是酸性介质,若采用钢材必须用特殊钢,如钽管、锆管等,其造价一般均为3000～4000元/kg,而采用玻璃钢管道造价大约在120元/kg,故工程造价大大的节省.

另外,目前国内一些新兴产业,如粉煤灰提取氧化铝、煤制油等项目中,由于玻璃钢管道工法的日趋成熟,使得以前由于材质问题无法实施难题逐一解决,为寻找新能源和发展循环经济提供了保障.