玻璃钢管道支架设计与应用

2021-01-09纪志远田惠萍

石油和化工设备 2020年12期

纪志远，田惠萍

（海洋石油工程股份有限公司设计院，天津 300451）

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，同时应进行管道应力分析计算。本文将结合工程经验及现场实例，对玻璃钢管道设计及支架选型等方面进行介绍。

1 玻璃钢简介

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[1,2]。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。

2 玻璃钢管道支架跨距设计

玻璃钢管道支架设计应满足跨距要求，但在以下情况下，应降低跨距长度，例如：弯矩大的地方、有压力波动区域、受加速度、风载荷、波浪载荷、爆炸载荷等区域以及其他动态载荷区域。支架跨距应避免因重力、介质、绝缘材料、防火材料等引起的管道下垂，支架的设计应避免振动，例如竖直管道、离振动源近处的管道、暴露在振动源附近的管道等。

图1 玻璃钢管道支架跨距设计图

如图1，在流向转变处应降低管支架跨距，其中：L1+L2=0.6L，L是经计算的管支架跨距，L1及L2是支架1或支架2到三通和弯头的距离，应注意L与L1+L2都不应超过6m。

3 玻璃钢管道支架型式

管道支架可以对管道进行承重、导向限制，管道支架按照其作用分为支撑支架、滑动支架、固定支架。玻璃钢管道不应直接接触结构物表面（如结构型钢表面），应使用管卡进行保护支撑，在选择管支架型式时结构支撑所受荷载也应一并设计考虑[3]。

3.1 滑动支架（U-CLAMP型式）

玻璃钢管支架与CLAMP之间应具有保护层，型式可参见图2滑动支架（U-CLAMP型式），应注意，此种型式不能承受切向较强的作用力。采用此型式支架应注意管道与管卡间要留有小间隙（约3mm）的伸缩缝，以便于玻璃钢管道热胀冷缩的运动，衬里材料应永久固定在CLAMP上。

导向支架的设计取决于管道系统的走向及管道的跨距，特别是在压力泄放、排放管道附近，如果泄压管道末端有弯头，则应在末端附近设计导向支架，避免玻璃钢管道架空。

图2 滑动支架（U-CLAMP型式）及实物对照

3.2 固定支架（承受荷载小型式）

固定支架的作用是将管道固定在支架上，如图3所示，不允许发生任何方向的位移，这种支架称为固定支架[4]。固定支架的作用是为均匀分配管道的热伸长量，保证管道在支架上不发生移动，固定支架受力较为复杂，除了要承担管道轴向力、热胀冷缩的水平推力及活动支架的水平摩擦力，还要保证管道系统的稳定。固定支架建议使用双螺栓、螺母，同时锁紧（防止过度夹紧）以实现保护管道的作用，在管卡及固定SADDLE间的间隙不超过3mm。由于支架存在不稳定性，因此此种型式支架不适用于垂直管道[5]。

图3 固定支架（承受荷载小型式）及实物对照

3.3 固定支架（承受荷载大型式）

此种型式是为了应对较大荷载，它是在3.2节固定支架的基础上，增加了上下两处挡块来抵抗更大荷载；此型式对结构要求更强，结构应进行加强处理，选择门型或加筋板及斜撑型式结构支撑。如果管道的两端连接有不受约束的膨胀节，则必须沿着管道轴向设置固定支架。

3.4 支撑支架

支撑支架仅用于承担玻璃钢管道的重量，其特点是简单，具有高度灵活性。可以允许移动位移，但是不建议用于海上FPSO、半潜平台等浮式设施，除非设计中允许其移动产生相对位移。

图4 中间支架为固定支架（承受荷载大型式）

图5 支撑支架及实物对照

3.5 法兰支架

法兰支架如图6，用于支撑玻璃钢法兰，通常用于直管段较短，无法在直管段位置设计支撑及导向支架的情况及阀门较重、阀门支撑腿较弱的情况时使用。在设计时应注意螺栓数量应充分覆盖，法兰下支撑架应尽可能短。在受力较大时，应加筋板抵抗较大受力。安装固定到结构之前应用螺栓固定到法兰上。法兰支撑的型式可以是固定、可以是导向也可仅支撑型式，视实际情况增加组合支架类型。