玻璃钢管线在海洋平台中的设计与应用

张敬莹, 李 争， 刘 婧, 李 蕾, 庄福佳

(海洋石油工程股份有限公司， 天津 300451)

玻璃钢管线在海洋平台中的设计与应用

张敬莹, 李 争， 刘 婧, 李 蕾, 庄福佳

(海洋石油工程股份有限公司， 天津 300451)

玻璃钢管(GRE)以优异的耐腐蚀性在海洋平台上被广泛应用，但玻璃钢管由于其特殊的性能和连接方式，在实际工程应用中又有一定的限制和需要注意的地方。该文结合多年设计经验，介绍了玻璃钢管线在海洋平台中的应用范围，以及配管设计方面需要注意的问题，为今后海洋平台玻璃钢管设计提供参考。

玻璃钢；海洋平台；配管

0 引言

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。与同在海水管路中广泛应用的碳钢涂塑管和铜镍管相比，玻璃钢在实际应用中的耐腐蚀性远优于碳钢涂塑管，而成本又低于铜镍管。从耐腐蚀性和维护成本等方面综合考虑，大于3″的海水管线，选用玻璃钢相对于碳钢涂塑、铜镍等其他材料，性价比更高。除此之外，玻璃钢还具有良好的防火性能，可以用于海洋平台的海水消防系统。对于3″及以下的海水管线，建议选用铜镍合金管材。

1 玻璃钢管的应用范围及耐火要求

1.1 应用范围

玻璃钢管主要应用于海水管路，包括海水系统、消防水系统和生活污水系统。但由于其强度低，在具有较大冲击力的地方，通常选用其他金属管材。海水提升泵出口由于振动较大，一般在泵口附近设置一段铜镍管，通过在铜镍管上加载合理的支架形式，把传递到玻璃钢管上的振动尽可能减小。而在海水排海管线上，考虑到离海平面较近的管线受风浪拍击容易损坏，一般从下层甲板以下的立管开始就选用碳钢涂塑管线。由于此处排海管线海水在重力作用下不易泄漏，介质也不具有危险性，选用成本较低的碳钢涂塑管是比较合理的。

1.2 耐火要求

海水消防系统以雨淋阀为界，雨淋阀上游的管线内充满水，属于湿式消防；雨淋阀下游的管线内不充水，仅在消防系统启动且雨淋阀打开后才充满水，属于干式消防。在耐火要求方面，ISO 14692明确了湿式消防系统应满足ST.IF.EB/030要求，即玻璃钢能够在冲击火焰(113.6 kW/m2)条件下，管道内充满静滞水，保持至少30分钟不发生泄漏，冷却后能保持试验压力；同时，ISO 14692也明确了干式消防系统应满足DF.JF.EC/030要求，即开始最少5分钟为干管，随后为流水，在喷射火焰条件下，最少25分钟内无泄漏，且冷却后能保持试验压力。

2 玻璃钢配管设计

2.1 管线管件特性

由于和金属管线管件制作工艺不同，玻璃钢管线管件的外形尺寸参数及连接要求与金属管线差别较大，不同厂家、不同系列的参数也不一致，因此在配管设计前，需厂家提供准确的尺寸参数。为了设计和采办的方便，要选用尽量少的规格来达到系统连接的目的。海洋平台设计中，玻璃钢管线管件连接一般用插熔焊连接，管件的尺寸比金属管件要大一些，在配管时要考虑插入深度的要求，管件与管件的连接也要满足连接管段的最小要求。如图1所示，Ds表示的是管线连接时的插入深度。

图1 玻璃钢管线管件

对于管线上的缩径分支，通常采用缩径三通或鞍座(SADDLE)连接。鞍座连接是一种在主管上切孔，然后用鞍座形的瓦片补强粘接，类似于金属管线中的管座。缩径三通通常应用在主管和分支尺寸相差不大的情况下，鞍座连接通常用于主管和分支相差较大的情况。通常情况下，鞍座连接在材料和施工费用上通常比三通连接低一些，尤其在改造项目中，如果需要在现有玻璃钢管上接分支，受限于三通的承插式连接，采用鞍座连接在施工上要方便得多。但需要注意的是，在干式消防系统中，鞍座连接会破坏管线表面的防火涂层，现场补涂层既增加了施工量，涂层质量也无法保证，因此在干式消防系统中，尽量选用三通连接，如缺少该规格的三通，可采用异径管形式实现。

在分支管线需要变化为其他金属管线(铜镍或碳钢涂塑)的情况下，可在出厂前把管件和法兰制作成一体，减少现场粘接的工作量，图2所示为带法兰的分支连接。

2.2 管系布置

玻璃钢管的布置可参照以下方法：

(1) 遵守相关的技术规范和系统流程；

(2) 尽量减少弯头的数量，使玻璃钢管上的压力波动效应减至最小；

(3) 考虑到管线应力和安装偏差，适当的位置要有足够的膨胀接头；

(4) 便于管线安装和支架安装；

(5) 布置要有一定的灵活性，无需推拉管段就能把接头处按正确的尺寸装好。

2.3 管段分割

(1) 尽量使用预制好的管段，以便把现场的粘结工作降到最低；

(2) 不超过安装和运输设备的处理能力；

(3) 管段连接点应处于便于施工的位置。

3 玻璃钢管支架

3.1 支架布置基本原则

管支架布置应遵循以下原则：

(1) 避免管线下沉和剧烈运动；

(2) 管线上较重的部件需要单独支撑；

(3) 支架跨度应不大于厂家提供的最大跨距表；

(4) 如果与软管连接，需要在接口附近对软管进行支撑，避免软管对玻璃钢管产生过大的弯曲应力；

(5) 不能用玻璃钢管线区支撑其他管线；

(6) 支架和管线之间要留有一定的空间，保证管线在横向或轴向移动时不受阻；

(7) 支架尽量加在管线上，避免在管件或接头处做支撑；

(8) 根据应力分析结果，在适当的位置增加固定或导向支架。

3.2 常用的玻璃钢支架形式

图3是用于支撑水平玻璃钢管的最基本支撑形式。其中玻璃钢管道外径尺寸值取决于制造商所提供的数据，R为管道半径与保护衬垫厚度之和，带防火夹壳的外径要大于不带防火夹壳的外径。保护衬垫材质为橡胶、PVC或者其他适合的材料，材料要求具有良好的抗老化性能，且满足烃类介质(油气)管道的安装要求。管夹和螺栓螺母要采用一定的防腐措施，满足海洋条件下的耐腐蚀要求,管鞋高度可根据要求在一定范围内调整，如果管径大于一定尺寸，可考虑增设一个加强筋以提高管夹强度。

图3 基本承重管夹

图4中的支架用于固定玻璃钢管道，与图3中的支架相比，此类支架多了两个护瓦(SADDLE)粘贴于被约束管道外壁，护瓦材质应与管道保持一致。如果管鞋和结构钢之间不进行焊接，可通过增设附属限位结构，达到导向或轴向限位的目的。

图4 固定支架形式

图5中的支架形式是用于玻璃钢法兰上的支撑，当管线上缺少空间使用图3中的支架形式时，或法兰另一侧的阀门偏重时，可采用这种法兰支架。

图5 玻璃钢法兰支架形式

图6中的支架形式是用于立管的承重支撑，当立管过长时，为了避免水平管线上的受力过大，多采用这种立管支架。

图6 玻璃钢立管支架形式

4 结论

玻璃钢管材在海洋平台中上的设计，首先要针对其材料特性界定好使用范围，其次要充分考虑其连接特性，设计要尽量方便现场施工，最后管线路由要充分考虑管线的柔性，通过合理的支架布置使管线的应力在可接受范围内。

[1] 范正明.玻璃钢管的应用[J]. 玻璃钢/复合材料，2001，28(6):44-45.

[2] ISO 14692-1-2002.石油天然气工业-玻璃钢(GRP)管线[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

张敬莹(1981-)，男，工程师。

1001-4500(2015)02-0021-05

P75

A