浅谈玻璃钢管在船舶与海洋工程上的应用

来源:用户上传      作者:

　　[摘 要]本文介绍玻璃钢管特点以及设计流程、设计要点，玻璃钢管是目前可以在船舶及海洋工程上大量使用的新型材料。
　　[关键词]玻璃钢管；技术要求；设计流程；新型材料
　　中图分类号：J62 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）06-0239-02
　　一、玻璃钢管介绍
　　玻璃钢全称为玻璃纤维增强塑料英文缩写为FRP，因此玻璃钢实质上是纤维增强塑料。用玻璃纤维去增强热塑性树脂称为热塑性玻璃钢（FRTP），用玻璃纤维去增强热固性树脂就叫做热固性玻璃钢（FRP）。目前船上采用的主要是指熱固性而言。玻璃纤维增强热固性树脂夹砂管是一种新型管道，是玻璃钢管的一种，也是目前国内外逐渐推广使用的一种柔性符合材料管道。
　　玻璃钢管道所具有的优越性能克服了目前常用管材的一些弊端，成为其替代品，它主要具有以下特点：
　　1.轻质高强
　　重量轻，玻璃钢管的重量仅是钢管的1/4或小于1/4，是铜镍管的1/2或小于1/2。
　　2.耐腐蚀性能好，使用寿命长
　　玻璃钢为化学惰性材料，耐腐蚀性能好，对大气，水和一般浓度的酸、碱、盐以及多种油类和溶剂都有较好的抵抗能力，不需另作防腐处理。同时能耐老化、耐磨损，使用寿命长。在海洋工程和船舶上能取代碳钢、不锈钢等有色金属。
　　3.水力特性好
　　玻璃钢管内壁光滑，水流阻力小。其管壁粗糙度系数为n=0.0084，其它材料（钢管、球磨铸铁管，铸铁管）n=0.013。二者相比较，在泵静扬程为零的前提下：
　　⑴在管径相同，压力相同时，可提高流量50%
　　⑵在流量相同，压力相同时，可减小管径15%。即可选择管径时较其它管材小1个管径档。
　　通常船级社规范要求钢管最大流速不能超过3m/s，而玻璃钢管能达到9m/s。
　　4.卫生性能好，保证水质
　　玻璃钢管管壁致密不裂缝，管内光滑，长期使用过程中也不会结垢或滋生铁细菌等微生物，不影响水质和降低过水能力，也不会有二次污染。可作为饮用水管。
　　5.连接/修补方便
　　玻璃钢管连接多为法兰连接、双密封圈承插连接、锥形承插粘结连接、外铺层粘结连接。相比钢管焊接而言，则方便不少。在实际安装时可能会遇到保护不到位而导致的管道表面划伤，烧烫伤等，可用砂纸打磨艏，涂一些混合了固化剂的树脂。如果是较严重的烧烫伤、磕碰伤，可以采用手糊的方法处理。（手糊工艺参见各厂商要求的工艺）。如果管接头漏水，可以采用手糊或者是将接头处管道用小型切割机切断，剔除漏水出管道，打磨后粘接新管，用管箍连接。
　　玻璃钢管在船舶与海洋工程上可以应用于：防火供水系统、盐水供水系统、冷却水系统、饮用水系统、压载系统、货油装卸系统、舱底水系统、淡水系统、卫生水系统、甲板排水系统、通风管路、测深管、喷水灭火系统等。
　　二、玻璃钢管设计流程
　　玻璃钢管设计大致按照以下流程操作：
　　船厂绘制管路布置图→与玻璃钢厂商签订技术协议→船厂确定玻璃钢生产商→玻璃钢生产商给出具体方案→船厂综合考虑方案→玻璃钢生产商生产制作发货船厂→船厂安装并试验。
　　船厂绘制管路布置图是指船厂设计人员根据详细设计系统图进行管路放样，放样时采用钢管材料代替玻璃钢材料。放样结束后将要采用玻璃钢管的管路生成出布置图，特殊的地方绘制典型图。布置图中应体现船体背景，分段划分线，分段号，管路阀、附件等相关信息。
　　签订技术协议是将需要满足的相关要求通知厂商。其中大致包含以下几点内容：
　　1）提供入籍船级社；
　　2）管道内介质；
　　3）环境温度；
　　4）管道内压，外压；
　　5）需采用的耐火等级；
　　6）是否需要导电性；
　　7）管路布置图；
　　管道内压是指管道内液体流动产生的压力，也即是管路的系统压力。外压是指玻璃钢管道所在压载舱内极限海水深度所产生的压强+1bar（参见IMO ResolutionA.753（18）第2.1.3.2节）。导电性是按照玻璃钢管所处区域是否为危险区域来确定（参见危险区域划分图）。耐火等级按照IMO要求大致分为4等级：三级耐火能力（L-3），改进型三级耐火能力（L-3-WD-FIRE JCAKET 3mm），加厚改进型三级耐火能力（L-3-WD-JET FIRE 8mm），和无防火要求。
　　玻璃钢生产商在签订技术协议后，根据收到的管路布置图进行材料初步统计并给出报价。最终有船厂采购部门确定玻璃钢具体的生产商。生产商确定后，生产商需要自己的厂标对管路布置图进行优化，包括管材替换、管路取段、伸缩接头位置、支架类型、止推座位置、支架位置、支架跨距、计算受力情况，设定管道节点和现场调整点。
　　三、玻璃钢管设计要点
　　目前在船舶上采用玻璃钢较多的系统就是布置在货舱区域的压载系统和舱底系统等，因此本节将以此为例简要介绍相关要点。
　　按照最新规范要求，压载舱需要满足PSPC，而压载系统和舱底系统都与此有关，玻璃钢管通过水密舱壁时通常采用的是碳钢材料通舱件，为了满足PSPC，通舱件需要和水密舱壁焊接牢固，而玻璃钢管则需要在所有分段合拢完成后再定位和安装（以往先采用点焊，待玻璃钢管安装完成再焊接牢固）。因此在通舱件附近都应该设置调整管。作为调整管的玻璃钢管两端法兰或者其他附件都需要现场安装时粘贴。
　　如果玻璃钢管布置在压载舱内的，需要考虑玻璃钢管是否在结构盖外板之前将玻璃钢管放进舱内，以免结构完工后管路过长不能进舱。
　　玻璃钢管穿过结构时应注意开孔不能过小，通常开孔需比法兰单边大20mm。
　　玻璃钢管和钢管一样也需要采用支架来固定，玻璃钢管支架分为三种：固定式支架，滑移式支架和半固定支架。固定支架是指管夹内管子周围垫上
　　丁晴橡胶（NBR），管夹两边的管子粘玻璃钢的盲鞍座，这种支架主要是固定作用，防止管子移动。滑移式支架是允许轴向串动并且承受垂向负荷，管子四周垫橡胶垫，半卡之间垫隔垫（如图3.1），也可以使用双螺母形式来防止松动。半固定支架是在管夹内管子周围垫上丁晴橡胶（NBR），管夹一边的玻璃钢管上粘玻璃钢管的盲鞍座，进行单侧限位。通常支架的位置和形式有玻璃钢厂家通过计算来确定。船厂需要校核位置是否与其它物体相碰撞。
　　管夹与支架之间可以采用焊接或者螺栓连接固定（如图3.2）。
　　如果由于空间的局限性还可以采用止推座作为固定支撑（如图3.3）
　　管子上连接的蝶阀通常是一端与通舱件直接连接，不需要单独设支架。如果蝶阀不与通舱件直接连接，需要单独设支架，支架形式如图3.4，支架需和法兰、蝶阀用螺栓连接。
　　四、结束语
　　玻璃钢管具有轻质高强、耐腐蚀、寿命长、可操作性、施工方便等优点，使之也同样适用于陆地项目，如石油管道建设，城市污水处理项目等等。如果价格上具有优势，则玻璃钢管的应用前景也是不可限量的。也是可能被大力推广的新型材料。
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-15332314.htm