玻璃钢管承插粘接工艺及检验要点浅析

杭建伟,王宏伟,高思强,许行行,刘大俊,付艾

(海洋石油工程(青岛)有限公司,山东 青岛 266520)

玻璃钢管道具有较强的耐腐蚀性,同时还具有良好的绝缘和防海洋生物性能,其内壁光滑、输送能耗低、安装维护费用低、无阴极保护、使用寿命长、综合经济效益好、对输送介质无二次污染,被广泛应用于海洋石油平台的海水系统、消防水系统、冷却水等系统的介质输送[1]。

某在建FPSO项目在压载水系统(BA)、消防系统(FW)、海水冷却系统(WS)、生活污水系统(WG)、开排系统(DO)中应用了玻璃钢管线。此项目采用辐基斯(青岛)复合材料管道有限公司生产的Bondstrand7000M。项目涉及的玻璃钢管线主要采用承插粘接和法兰连接进行管线的预制及安装,本文依据标准、现场粘接程序和作业指导书要求,结合实际工作,对玻璃钢管承插粘接的工艺和检验要点进行了详细的归纳总结。

1 粘接前检验

在开展粘接前,检验员应检查所有参与粘接过程的机具,确保所有机具性能完好,在使用寿命内,并确保所有量具有证书,经计量检测部门检定校准,在计量检定有效期内。严禁使用有故障或过期的机械仪器,严禁使用未经校验校准或过期的量具。玻璃钢管道粘接可能涉及的机具和量具包括车床、打磨机、角磨机、锁紧器、拉紧器、加热毯、派尺、卷尺、温度计、湿度计等。

此外,对管道外观的完整性检验也是必不可少的,检查合格后才允许粘接。外观完整性检验包括材料外观缺陷、管道或管件尺寸、外壁导电漆和管道导电绳的完整性、材料证书和标签或炉批号的完整性和材料跟踪记录的完整性。在开展粘接工作之前,检验员应确认现场使用的图纸为最新版本,并且是具有设计方签名和业主批准的有效图纸。项目要求从事玻璃钢管粘接的人员需经过培训并取得由服务商颁发的资格证书。粘接前检验员需检查工人的粘接资质,禁止无资质人员进行粘接工作。

玻璃钢管线粘接过程中,环境条件会影响接头的粘接质量,因此在进行粘接之前质检员还需要对环境条件进行检验。具体检验要求如下:1)确保作业环境的光线充足,以免影响粘接和检验。2)确保环境温度大于4 ℃且无风。胶粘剂固化过程中,若有风或环境温度低于4 ℃时,需要用铝箔封闭管道末端,并用加热带包裹接头[2],以防热量扩散。3)保证环境处于低湿度。粘接现场相对湿度大于75%时,则必须对粘接面先预热2～3 min使之完全干燥,而后再涂上胶。4)保持周围环境无尘,无水。建议粘接过程在较为封闭的环境下完成,尽量避免在粉尘、潮湿或低温条件下开展粘接作业。可通过搭建临时作业棚或其他保护手段,防止玻璃钢管和配件风吹、雨淋或温度骤降,特别在北方地区的低温时节应搭建保暖作业棚,必要时添置加热设备[3],以保持适合的环境温度,最终确保粘接剂正常固化。

2 粘接过程检验

玻璃钢管线的粘接工艺主要有五个步骤,各步骤都有对应的检验要点,如图1所示。玻璃钢管道到货经过验货合格,由现场工人领料后进入车间准备下料,在下料之后,检验人员需检验管道的下料尺寸是否正确。然后现场工人对管口进行坡口加工和打磨处理,检验人员需对坡口尺寸以及粘接面的打磨情况进行检验。开完坡口后,需按要求在粘接面上涂抹粘合剂,此过程需检验粘合剂的混合情况以及涂胶情况。涂胶完成后,应尽快进行承插粘接工作,以防胶粘剂因放置时间过长而产生固化,此过程需检验粘接接头的尺寸以及接头外观是否符合要求。再使用电加热带对接头进行加热,使之固化,此过程需检验加热时间以及固化情况,最后对粘接接头的外观进行检验。

图1 粘接工艺流程及检验要点

玻璃钢管道中常见的承插连接方式有两种,一种是平口承插连接接头(见图2),另一种是锥度承插连接接头(见图3)[2]。项目中,1～6 in的管线采用平口承插形式连接,8～40 in的管线则采用锥度承插形式连接。

图2 平口承插连接接头

图3 锥度承插连接接头

管道按图纸切割下料后,检验员需要测量管道长度及端面垂直度,1～4 in管道的端面和轴线的垂直度误差应控制在1.5 mm以内,5～16 in的管道应控制在3 mm以内,18～40 in的管道应控制在5 mm以内。此外,还需测量管道尺寸,平口承插接头的尺寸应符合表1要求,锥度承插接头的尺寸应符合表2要求[2,4]。

表1 平口承插接头尺寸要求

表2 锥度承插接头尺寸要求

接头涂胶前,检验员应检验粘接面,粘接面应保持清洁,无尘,干燥,粗糙,无水。当接头进干配校中完成后,检查接头表面是否按要求用白色记号笔清晰地画出标记线和对中线,如图4所示[2-3]。

图4 管件干配和位置校准

当公头完全插入母头后,首先查看公母头的对中线是否重合,其次需测量管体表面标记线到母头末端的距离,对于平口承插接头需检验此距离是否在(50±3) mm之内,对于锥度承插接头需检验此距离是否在50 mm+6/-12 mm之内,如图5、图6所示。

图5 平口承插组对

图6 锥度承插组对

在涂胶过程中,检验员需检查胶粘剂的选取是否正确、包装是否完整以及是否在保质期内,进行涂胶之前,需用测温枪测量粘接面的温度,确保在23～40 ℃,如果表面温度过低,应要求粘接人员先对粘接表面进行预热,然后再涂胶。胶粘剂混合搅拌好之后应立即涂胶,如果涂胶之前胶粘剂出现固化现象,应丢弃此胶粘剂然后使用新的,混合好的胶粘剂在不同环境温度下的使用时间见表3。接头涂胶后,如因长时间暴露导致胶粘剂出现固化现象,应使用丙酮清洗干净,而后加热烘干粘接面,再重新涂胶[3]。

表3 胶粘剂混合后在固化前的使用时间

涂胶完成后,沿直线将公头插入母头,期间不得旋转公头,也不得拔出公头。如果接头错位,应立刻拉开接头,清除粘接面的胶粘剂,重新涂胶并连接。在接头固化过程中,支撑与管件均严禁碰动直至内外彻底固化后方可进行下一步工作。

接头连接后,检验员还需测量管体表面标记线到母头末端的距离是否符合要求。对于法兰接头,检验员要按照表4要求检验法兰的垂直度、旋转角度和对中度是否符合要求。需注意的是法兰与管道的连接处要由胶粘剂充分填充,不得存在缝隙。

接头固化过程中,需要使用加热带缠绕接头进行加热固化,检验员应按表5要求检查现场选取的加热带尺寸是否符合要求,以及检验加热带的加热温度与加热时间是否符合要求。在加热固化过程中,有风或环境温度低于4 ℃时,检验员应要求现场工人用铝箔将管道末端封闭,并用加热带包裹接头,以防热量扩散。对于环氧树脂型胶粘剂加热带的平均温度应控制在100～150 ℃,对于乙烯酯树脂型胶粘剂的加热时间应控制在50～80 ℃。平口承插连接时,管道与管道连接,管道与法兰连接的固化时间为30 min,管道与管件的固化时间为45 min。锥度承插连接时,锥度管道接头和锥度管件接头的固化时间见表6[3]。

表5 加热毯尺寸对照表

表6 锥度管道接头和锥度管件接头的固化时间

3 接头外观检验

在接头的加热固化结束后,检验员应对粘接口的外部和内部进行100%的外观检验。要求粘接口涂抹均匀并且表面没有裂纹。外部粘接面的形状、大小、宽度、深度对于接头外观具有美观价值,但粘接面可大或可小,其形状、尺寸对粘接质量影响不大,并不重要。对于内部粘接面,接口处的胶应该涂抹均匀,并且其高度不可超过表7中规定的数值。

表7 内部接头过度粘接的突起高度表

对于车削尺寸较为理想的公头,其倒角小,胶粘剂一般可以覆盖到倒角,其成型示意图如图7(a)所示。对于车削过量的公头,其倒角大,胶粘剂或许不能完全覆盖倒角,对于此种情况,应在露出的倒角处补满胶粘剂,其成型示意图如图7(b)所示[4]。

图7 可接受的接头形式

检验接头外部的粘接口时,对于粘接面形状为凹面的接头,可接受的外观示意图如图8(a)所示。对于粘接面形状为凸面的接头,可接受的外观示意图如图8(b)所示[4]。对于外部粘接面只要胶粘剂覆盖到公头的倒角即可,粘接面呈现凸面或者凹面对接头连接质量影响不大,但出于美观考虑,粘接面应圆滑过度,无胶瘤出现。

图8 可接受的外部粘接口

检验接头内部的粘接口时,对于粘接面形状为凹面的接头,可接受的形状示意图如图9(a)所示。对于粘接面形状为凸面的接头,可接受的形状示意图如图9(b)所示。内部粘接面的胶粘剂应覆盖到母头的倒角,粘接面呈现凸面或者凹面对接头连接质量影响不大,但凸面的突起高度不宜过高,过高的突起会限制管内流体的流动。内部接头过度粘接的突起高度的要求如表7所示,突起示意图如图10所示[4]。

图9 可接受的内部粘接口

图10 内部接头过度粘接的突起高度

当内部接头涂胶量过多时,需检验胶粘剂在内壁上是否均匀分布且无裂纹,胶粘剂的凸起高度不得超过表7的值,示意图如图11(a)所示。如果过量的胶粘剂在管内部的分布是随机的,只要其突起高度不超过表7的值,也是可以接受的,其示意图如图11(b)所示。如果过量的胶粘剂在管内部的分布是均匀但不连续的,只要不超过表7的值,也是可以接受的,其示意图如图11(c)所示。过量挤出的胶粘剂如果呈现出类似于钟乳石的外形是不可接受的,对于这种粘接口检验员应要求现场工人将钟乳石状的突起打磨平滑,否则后续经过流体冲刷,很可能会导致突起脱落从而造成管线或阀门的堵塞,其示意图如图11(d)所示[4]。

图11 内部接头过度粘接示意图

对于法兰粘接接头,接口挤出的胶不可遮盖螺栓孔,也不得影响垫片的安装,如果螺栓孔被胶遮挡,检验员应要求现场工人对粘接接头进行打磨,示意图如图12所示。

图12 法兰粘接接头

4 结论

玻璃钢管线在海洋石油工程领域发挥着越来越重要的作用。玻璃钢管线的粘接是一个精细且复杂的过程,需要严格按照相关文件的要求进行。为了保证粘接质量,粘接前的检验、过程检验和外观检验都是必不可少的。在粘接开始前,工机具的检验、管道和管件的外观完整性检验、粘接环境的检验、粘接工人资质的检查是保证玻璃钢管道粘接工作顺利进行和质量合格的前提。粘接过程检验是质量控制的重要环节,外观检验是保证粘接口质量的重要关口。本文对玻璃钢管道的承插粘接工艺及检验要点进行了分析说明,为工程从业人员提供了良好实践,为后续类似项目提供了工程借鉴。