玻璃钢管制造过程中的质量控制

2022-08-12崔先超刘文斌郑玉申

设备管理与维修 2022年13期

关键词：规格书玻璃钢管件

崔先超，刘文斌，郑玉申

（中国石油集团工程材料研究院有限公司北京隆盛泰科石油管科技有限公司，陕西西安 710065）

0 引言

随着玻璃钢管在输送管线市场中推广应用，其制造过程中的质量控制越来越受到重视。总体上玻璃钢管制造过程中的质量控制具有专业性强的特点，检验过程中引用的标准较多。本文结合驻厂监造实例，按照制造工序的时间顺序，介绍其制造过程中的关键质量控制点。

1 标准中未明确或有必要说明的质量控制点

1.1 原材料复验

环氧纱、环氧树脂、固化剂（酸酐或胺类）等原材料应有质量证明文件，入厂复验合格后方可进行投产。缠绕过程中，应严格执行相关工艺，保证各原材料配比符合要求。

如果SY/T 6267—2018《高压玻璃纤维管线管》和技术规格书没有明确规定复验的相关要求，工厂应按照相关质量体系文件执行，出具相应内容的复验报告。

1.2 胶液的配比

原材料上料工序应严格按照工艺中各原材料配方比例进行配料，除正常配比环氧树脂、环氧纱、固化剂以外，罐内色糊比例配比时应避免因批次比例偏差造成玻璃钢管整管色差太大的现象。

1.3 玻璃化转变温度（Tg）试样取样位置、实验时机及实验频次

（1）试样取样位置。SY/T 6267—2018 附录E 和SY/T 6770.1—2010《非金属管材料量验收规范第1 部分：高压玻璃纤维管线管》附录B 规定“外固化产品，试样从内壁取样；内固化产品，试样从外壁取样；……”，从玻璃钢管固化成型的形式看，内固化管道从外壁取样能代表性能，应从外壁0～0.25 mm 范围内取样。

（2）试样取样时机。SY/T 6267—2018 和相关标准中，没有明确取样时机。在监造实例中存在如下情况：首次取样不合格者，在同一根玻璃钢管相同位置复取时实验合格。究其原因，首次取样时，由于取样位置被水浸湿（例如，在刚切削过的玻璃钢管管端外壁处取样（切削液的影响），或者在雨后外存储区临时存放的成品玻璃钢管外壁取样（雨水的影响）），玻璃化转变温度偏低、不合格。待玻璃钢管自然干燥后，二次固化完成，重新在该位置取样，实验合格。由实验经验可知，正确的取样和实验时机应该为：玻璃钢管下线24 h 后，按照标准规定位置取样。

（3）实验频次。SY/T 6267—2018 规定，对于制造商的每一台缠绕机，当更换玻璃钢管所使用的树脂时，应测定一次玻璃化转变温度。

1.4 短时失效压力实验件数量、实验值读数及试样尺寸有效性

（1）试样数量。SY/T 6267—2018 规定，实验频率为“最低的实验频率为每批一次”。每批管子应由总长为1524 m 的同一尺寸和壁厚的管子组成，总长度可以在连续生产的生产线上一次或分几次取够。引用的ASTM D1599—2018《管道、管材及管件的抗短时液压的标准试验方法》（自由端）、GB/T 5351—2013《纤维增强热固性塑料管短时水压失效压力试验方法》标准6.8中，规定了短时失效压力实验数量为不少于5 个，并计算平均值。监造实例中，工厂因生产速度较快，实验管数量多造成浪费及实验工作量大等原因，执行起来有一定的难度。以某工厂生产的DN80×5.5 MPa 玻璃钢管为例，两个机组（4 根轴）的日产量为144 根（1296 m），如果每批次缠绕5 根试验管进行短时失效压力实验，工厂每日本规格均需进行实验。再加上在建项目其他规格产品的实验量，工作量大、可操作性不强。考虑到试样为单独的工艺缠绕而成（该工艺和正常的缠绕工艺相同），为使批次试样有代表性，又防止因实验时密封工装操作失误造成的失效等（需重新实验）因素，建议每批次取样数量以3 件为宜（实际执行中，国内工厂实验时一般为一件）。

（2）实验值的读数和认可。实验过程中，有的工厂以瞬间失效的压力最高点作为失效实验值的读数，也有的工厂在到达实验要求数值（如≥3N）后保压一段时间，以技术要求的数值（如3N）作为实验数值（N 为公称压力）。考虑到实验过程中的安全问题，本项目并没等到实际失效发生，即实验数值满足技术要求值（如3N）即可。

（3）复验。SY/T 6267—2018 规定，如果短时失效压力实验值不合格，应双倍复取；双倍复取全合格者，该批次产品除该不合格品外全部接收；双倍复取件中有一或者两件不合格，则拒收该批次产品。工厂可逐根试验。

（4）试样中两密封段间长度L。对GB/T 5351—2013 规定试样的“两密封段间长度L”的理解，应该包含过渡段（标准中的图示为示意图，过渡段的喇叭口形状未在图中标出），即L 包含除去两端实验密封段长度l 之外的所有长度，原因为：过渡段也是玻璃钢管性能薄弱处，实际测量时应该包含在L 之内（图1、表1）。图1 中，D 为试样外径，d 为试样内径。

图1 GB/T 5351—2013 规定的试样样式

表1 GB/T 535—2020《肥料级硫酸铵》规定的试样长度

（5）试样尺寸的有效性。因为个体差异，缠绕时有的工厂的过渡段缠绕较长（相对于管体长度而言，容易在视觉上造成管体长度较短的感觉，管体段是真实代表该规格玻璃钢管厚度的部位），短时失效压力试样的试样有效性值得探讨。实际上，应该看短时失效压力试样管体部分的厚度，在缠绕工序的电脑编程中，是否和整管的编程厚度（层数）一致；两者数值一致，试样有代表性，试样长度满足标准要求，即可认为试样有效。

1.5 端口连接件产品的质量控制

玻璃钢管管线端口连接件是由玻璃钢管的连接形式决定的，而连接件产品多数情况是由阴螺纹、阳螺纹、梯形螺纹、O 形密封圈、螺纹脂等产品组成。监造过程中，除重视本厂阴、阳螺纹制造过程中的几何尺寸指标外，还应该重视外购件（如O 形密封圈、螺纹密封脂、胶黏剂等）的质量控制，如审核其质量证明文件、合格证，检查产品外观及几何尺寸等，做好质量控制工作。

1.6 检验报告的频次要求

某工厂质量手册、内控程序文件规定“每周出具一次实验报告”，但当工厂资料人员变动、不能按此批次出具报告时，体系就不能有效进行。工厂实验报告应按照SY/T 6770.1—2010 标准6.1 检验规则规定执行，即：抽样和检验频次，“同一原料类型、同一规格型号的同一种产品为一检验批。同一检验批不应超过5000 m，不足5000 m 时以一检验批计”。每一检验批出具一次检验报告。检验报告内容包括玻璃钢管尺寸检验记录（报告）、树脂含量检验记录（报告）、短时失效压力试验检验记录（报告）、玻璃化转变温度（Tg）值检验记录（报告）、螺纹参数检验记录（报告）等分项目。各分项目的试样数量应符合实验频次要求。

2 管件质量控制

2.1 弯头角度的准确表述

SY/T 6267—2018 规定了45°和90°等弯头规格（大多数工厂都有这两种规格的弯头生产模具），但有的技术规格书中有订购135°弯头的情况，为避免质量异议，应在产品制造过程中向设计单位澄清，确保产品符合相关技术要求。

2.2 管件的实验

（1）重视管件的实验。在玻璃钢管管件的生产过程中，工厂通常会依据习惯缠得较厚（同规格厚度值相较于技术要求，有冗余量），工厂质检部门依据经验判断强度满足要求而容易忽视相应实验。SY/T 6267—2018 明确规定，管件的短时失效压力实验和玻璃化转变温度实验需要正常进行：每100 件管件短时失效压力实验选择一个，不考虑规格尺寸和压力等级；同一尺寸、种类、压力等级的管件玻璃化转变温度实验每100 件选择一个。一般玻璃钢管制造项目中，管件订货数量较少（多为数10 个以内），实验频次一般均能满足标准要求。

（2）管件Tg试样的取样位置。国内玻璃钢管厂的管件生产均为按照制造工艺要求，在模具上进行手工缠绕、进行两次热处理、再固化脱模后形成的。受限于成型原因（管件内壁有阴螺纹），管件的玻璃化转变温度试样取样位置宜从外壁取样。管件的短时失效压力实验和玻璃化转变温度值如果不合格，复验方法与上文中的玻璃钢管相同，即：如果实验不合格→双倍复取→合格者整批接收，不合格者拒收整批（工厂可逐根实验）。

2.3 管件的标识

SY/T 6267—2018 规定，标记应从生产之日起3 年内可辨别。在以前的管件制造过程中，工厂标识信息多以标签的形式填入将要完成缠绕的每个管件的倒数第1 层纱层间，在固化完成后自然显现。但标识信息常常因树脂流淌等原因，不能被清晰地辨识，改进做法是在每个管件的管体上喷标，以避免混淆。

3 玻璃钢管几何尺寸的质量控制

3.1 壁厚、外径和长度

（1）在玻璃钢管的所有几何尺寸指标中，壁厚是十分重要的。技术规格书一般对玻璃钢管的壁厚有明确要求，SY/T 6267—2018规定壁厚的公差范围为0%～22%。壁厚的测量工具一般为测径规或卷尺，测量方法应参照ASTM D3567—1997《玻璃纤维增强热固树脂管及配件的尺寸测定标准操作规程》，满足六点测量的平均壁厚不小于最低壁厚的要求。壁厚测量组批方法，也参照此法。

（2）外径是由壁厚和内径决定的，内径由芯轴决定，工厂芯轴内径一般均能满足标准要求；壁厚面则由缠绕工艺决定。

（3）当玻璃钢管长度超标（如短尺）时，应将超标玻璃钢管分别打捆，明确标识。交货时，玻璃钢管总长度应满足合同要求。

3.2 螺纹参数

管径较小、压力级别较低的玻璃钢管通常采用阴螺纹和阳螺纹连接，阴螺纹是由芯轴的螺纹模具脱模后形成，阳螺纹由模具和螺纹材料压制而成。阴、阳螺纹的尺寸参数是螺纹连接的关键因素，做好模具的表面质量和清洁状况检查、固化温度的控制、螺纹的完整性检查、螺纹参数的符合性检查是质量控制要点。

需要说明的是，阴螺纹端的镗孔尺寸是工厂内控指标之一，目的是保证阴螺纹的紧密距指标符合技术要求。测量阴螺纹镗孔尺寸时，样本应有一定的代表性，以能涵盖生产线的所有芯轴为准。另外，如果芯轴长度不一致，相同规格的玻璃钢管，即使其阴螺纹镗孔尺寸（内控指标）一致，但紧密距数值可能不一致甚至超标。阳螺纹的紧密距依据API RP 5B1 进行测量。

作为内控工具的测试工装，实物测量时应能追溯到技术要求的相应参数，尤其是紧密距参数、梯形沟槽和O 形圈几何尺寸等。当连接方式为“梯形螺纹+O 形圈”时（多用于管径较大、压力级别较高的玻璃钢管），梯形螺纹制造过程中，应重视检查当班首件产品和批次产品时各螺纹参数与技术要求的符合性。

4 外观包装、存储、运输和验收环节的质量控制

4.1 外观包装

（1）玻璃钢管打捆包装时，支撑条应使用比玻璃钢管材料软的材料（如木条），厚度应大于层间间距，避免螺纹硬接触造成的管体损伤。

（2）支撑位置应该避开过渡区（防止过渡区因与支撑条间的线接触，压强过大造成损伤）。

（3）为避免装运过程中的管体损伤，整捆玻璃钢管应有托盘，便于叉车装卸。

（4）吊装时，宜采用软吊装带，吊装带应吊装在包装板上，两点起吊。

（5）SY/T 6267—2018 规定，工厂应提供塑料的玻璃钢管螺纹保护器，以保护螺纹损坏和杂物（如灰尘）损伤。

（6）某些技术规格书还细化了要求，外螺纹保护器应覆盖整个螺纹长度或胶接区域，内螺纹保护器应覆盖整个螺纹长度和（或）胶接面。

4.2 存储

（1）玻璃钢管不宜直接堆放在地面上。

（2）存储时应采取必要的遮盖措施（长期存放时宜用苫布苫盖，以避免曝晒），远离明火，避免与油类物资、酸、碱、盐等化学物资接触。

（3）层与层间应交错排列，整捆存放时高度不应超过3 捆。

4.3 运输

（1）装车过程中，宜用草垫围挡车体内边缘，避免玻璃钢管与车体硬接触。

（2）玻璃钢管运输时，应用平板车运输，平板式卡车应足够长以避免管子悬空。

（3）散装运输时，车厢底部应用横木垫起，玻璃钢管层间用木板或毡子隔开，并用尼龙绳或麻绳捆绑牢靠。

4.4 验收

某些技术规格书为了明确各环节的责任界面，分别规定了工厂验收、到货验收、中间验收和最终验收。

5 由若干案例得出的质量控制点

（1）胀塞材料应为尼龙塑料或类似材料。阳螺纹制作时，胀塞对内壁的磨损是造成DN250 玻璃钢管内壁划伤时的主要原因，因此应该将铝制胀塞换为塑料尼龙材料的胀塞。

（2）玻璃钢管切割时应有支撑物品。玻璃钢管定尺时（切割管端以保证整管长度），因缺少支持点、管体自重的原因，在管端切割完成时突然坠落容易造成阴螺纹端拉丝现象。改进做法：改进切割工艺；在管端切割时应有支撑架作为玻璃钢管的支撑，以利于玻璃钢管固定，避免拉丝现象。

（3）胺类玻璃钢管管端分层渗漏的原因，有可能是缠绕工艺的管端预留长度不足（为保证总长度足够长，切割处为管端缠绕处，缠绕处成为管端位置；该管端缠绕处为过渡区的一部分，为性能薄弱环节）。编制缠绕工艺时应调整（加长）缠绕总长度，及时对过渡区进行刮胶处理，保证切割后的成品管长度符合要求，避免管端分层渗漏。

（4）串联实验。必要的时候，除了玻璃钢管常规静水压实验和短时失效压力试验之外，可按照SY/T 6769.1—2010《非金属管道设计、施工及验收规范第1 部分：高压玻璃纤维管线管》进行串联实验，以验证其综合性能。推荐试验压力为1.25N，保压时间大于4 h（参见SY/T 6419—2009）。SY/T 6267—2018 规定，现场压力测试应在管道系统的最低标高处测量。

（5）重视和加强售后服务工作。施工现场野蛮装卸、检验不充分、不规范存储和二次搬运、不规范施工，也是玻璃钢管质量受损的风险点。不规范施工的情况有螺纹保护器松动脱落、螺纹被玷污或对接不当、扭矩不足或过扭矩、管子下沟时弯曲半径小于最小弯曲半径的设计要求、穿越时未安装套管、不按规定分段试压等。加强售后服务工作，对施工单位进行必要的培训和作业指导，是工厂在玻璃钢管质量控制系统中的需要加强的环节。

6 其他质量控制点

6.1 玻璃钢管水压实验时间

SY/T 6267—2018 标准中规定，所有玻璃钢管和元件均应进行水压实验，1.5N 条件下至少保压2 min，如无可视的泄漏或滴漏即为合格。需要注意的是，有些技术规格书对保压时间有特殊要求（如DN250 玻璃钢管应逐根实验、保压10 min）。

6.2 固化温度

玻璃钢管缠绕时的加热固化温度、阳螺纹制做时的固化温度、管件制做时的固化温度，均应严格按照工艺规定执行，避免因为仪表故障造成读数偏差而最终影响产品质量。

6.3 连接件及附件

（1）钢制转换接头。根据技术规格书要求，审核工厂提供的20G、20#或不锈钢钢制转换接头质量证明文件。

（2）密封材料。工厂应提供外购件供货商的O 形圈、密封脂等密封材料的质量证明文件和合格证书。必要时驻厂监造可以按要求审核外购件合格供应商的评审文件和单位资质文件，甚至现场检查外购件生产能力，保证产品质量有效受控。

6.4 对长期（6000 h 以上）静水压实验的理解

某些技术规格书要求工厂供货用原材料（玻璃纤维、树脂、固化剂）与长期（6000 h 以上）静水压实验的玻璃钢管所采用的原材料厂家、规格型号一致，以确保产品质量。出厂资料中要求提供长期（6000 h）静水压寿命测试结果。正确的理解为，如更改原材料供货厂商等应重新进行实验（而不是按照项目名称或规格来进行实验），提供相应的测试报告。

6.5 短时循环压力实验

某些项目技术规格书规定了“短时循环压力实验”的内容，应该进行该项实验，不应理解为仅仅为一项性能指标，必要时可进行技术澄清。短时循环压力实验按照SY/T 6770.1—2010 的附录C 进行。

6.6 树脂含量实验中的注意事项

SY/T 6267—2018 标准中删除了原版本中树脂含量实验的内容，但有的技术规格书中仍有此项性能指标要求。实验时，需要注意马弗炉中试样的升温温度是分两步走，而非一步完成。实践表明，两者的实验结果相差约1%。正确的实验方法，按照GB/T 2577—2016《玻璃纤维增强塑料树脂含量试验方法》进行。