玻璃鋼欄桿在FPSO建造中的標準化應用研究

尹寶瑞，杜子榮，周 武，沈鈺集，陳少斐，朱 烽

(1.海洋石油工程(青島)有限公司，山東 青島 266520；2. 山東海洋工程裝備研究院有限公司，山東 青島 266520)

玻璃鋼(FRP)亦稱作GFRP，即纖維強化塑料，一般是指用玻璃纖維增強不飽和聚酯、環氧樹脂與酚醛樹脂基體，故俗稱玻璃鋼。由于所使用的樹脂品種不同，因此有聚酯玻璃鋼、環氧玻璃鋼、酚醛玻璃鋼之別。玻璃鋼的特點包括：質輕而硬，不導電，性能穩定，機械強度高，回收利用少，耐腐蝕等；其相對密度在1.5～2.0之間，只有碳鋼的1/4～1/5，可是拉伸強度卻接近甚至超過碳素鋼，某些玻璃鋼的拉伸、彎曲和壓縮強度可以與高級合金鋼相比，可以達到400MPa以上。正是由于這些特性，玻璃鋼制品正廣泛應用于海洋石油工程中。

本文以海洋石油工程(青島)有限公司承建的巴西FPSO P67/P70總包項目為例，簡要敘述玻璃鋼材質的欄桿在FPSO建造中的標準化應用。FPSO(Floating Production Storage and Offloading)是集生產、儲油、卸油為一體的海上浮式生產儲卸油裝置。一般由兩大部分組成：上部組塊和船體，上部組塊完成對原油的加工處理；而船體負責儲存合格的原油。在船型不變的情況下，為了能提高船體儲存原油的能力，應盡可能降低上部模塊的重量。因此，考慮到玻璃鋼重量輕、強度高的特點，上部組塊的附屬結構大部分設計為采用玻璃鋼材質。巴西FPSO P67/P70總包項目共包含兩艘FPSO，在上部模塊的建造過程中超過95%的欄桿材質為酚醛樹脂玻璃鋼，因此欄桿的標準化應用有著十分重要的現實意義。

1 玻璃鋼欄桿的標準化設計制作

巴西FPSO P67/P70總包項目船體上部模塊的欄桿的設計宗旨是用于人身安全及設備設施的保護與防護等。根據這一宗旨，單片欄桿的設計圖如圖1所示。

圖1 玻璃鋼欄桿典型圖

經過計算，欄桿的橫桿和立柱采用拉擠工藝制造的方管50 mm×6.4 mm進行組裝，連接部位采用圓管38 mm×6.4 mm做內插件，并以不銹鋼鉚釘固定。為了符合規范ABNT 15708-2的要求，上層橫桿上表面設計為歐式扶手。截面形式如圖2所示。

圖2 欄桿及內插件截面形式圖

圖3 踢腳板截面形式圖

踢腳板設計為瓦楞板形式，規格102 mm×12.7 mm，截面形式如圖3 所示。單片欄桿最長不超過6100 mm，兩跨立柱中心距不超過1100 mm，兩側外懸長度不超過300 mm。為了保證欄桿的可移動性，單片欄桿通過立柱方管側面與主結構上焊接的連接板(生根點)進行螺栓連接，螺栓尺寸M12×100。兩片欄桿分段處用不銹鋼U型卡子(6.4 mm厚)固定，螺栓尺寸M10×90，起連接緊固作用。欄桿涂裝顏色為安全黃色。制作完成圖如圖4所示。

圖4 玻璃鋼欄桿制作完成圖

2 玻璃鋼欄桿的標準化技術與檢驗要求

如前文所述，玻璃鋼欄桿雖然有很多優點，但同時其缺點及局限性也很明顯，比如玻璃鋼欄桿不能焊接，只能粘接和插接，在現場施工中需要修改時比較麻煩；另外對于其耐候性、耐火性、火焰傳播、煙霧排放及巴氏硬度等方面也應重點關注。因此，在玻璃鋼欄桿的設計、制作及檢驗的過程中，應力求形成一套完整的、標準化的技術要求及檢驗要求，該要求可以指導玻璃鋼欄桿應用于FPSO建造。

2.1 具體要求

在巴西FPSO P67/P70總包項目的欄桿設計制作的過程中，總結歸納了以下幾點要求：

(1)安全要求。欄桿設計應間隔均勻，欄桿布置應保證連續，欄桿表面不能有毛刺、尖角、鋒利的邊等任何可能傷人的隱患存在。欄桿與主結構的連接板(生根點)必須是碳鋼，厚度不應小于8mm，生根點通過焊接與主結構連接，保證欄桿與主結構連接牢固。欄桿的作用說到底是對人員和設備的安全防護，安全永遠是第一位的。

(2)環保要求。制作欄桿的原材料型材應為拉擠成型，并且不能含有鹵代化合物，避免污染環境。材料應進行毒性試驗，達標后提供相應的試驗證書。毒性試驗重點檢測的排放氣體包括：HCl,HF,HBr,HCN,CO,SO2以及NO2。

(3)巴氏硬度要求。巴柯爾(Barcol)硬度(簡稱巴氏硬度)一般用來測量玻璃鋼制品，此測量標準被大多數國家或國際組織認可。它通過一定形狀的硬鋼壓針，在標準彈簧試驗力作用下，壓入試樣表面，用壓針的壓入深度確定材料硬度，定義每壓入0.0076 mm為一個巴氏硬度單位。巴氏硬度單位表示為HBa。玻璃鋼欄桿的巴氏硬度要求不小于35HBa。

(4)試驗件制作要求。所有用于實驗的玻璃鋼欄桿試件，都應由一片典型的欄桿連接一個金屬桿件制成，這主要是為了模擬現場實際情況。

(5)耐候性要求。玻璃鋼欄桿試件應進行720 h加速老化試驗，試驗完成后，試件表面不應出現裂紋、裂縫、起泡、變形及纖維外露的現象，否則認為試件不合格。

(6)耐火性要求。玻璃鋼欄桿的耐火性主要有兩個評價指標：火焰蔓延速率及煙霧蔓延速率。根據規范ASTM E 84的要求，火焰蔓延速率應小于20，煙霧蔓延速率應小于10。

(7)玻璃纖維含量要求。玻璃纖維含量是評價玻璃鋼構件質量優劣的重要指標，玻璃纖維含量計算方法如下：

玻璃鋼構件的總重量包含玻璃纖維重量和其他固態物質重量，這些固態物質是由原材料在煅燒的過程中產生的，計算含量時需要將玻璃纖維從其中分離出來。對于玻璃鋼欄桿一般要求玻璃纖維的含量不能少于60%。

(8)機械性能要求。選取一片典型的玻璃鋼欄桿試件，實驗中分別加載兩組載荷，具體形式及要求見表1。

表1 載荷形式

實驗完成后，檢查試件的連接處尤其是與金屬桿件連接的位置，不允許有任何形式的破壞，否則試件不合格。

圖5 欄桿試件示意圖

3 結論與展望

綜上，玻璃鋼材質的優點和缺點都很明顯，全面掌握其特性并為工程所用是一項重要目標。本文結合在建實際項目，重點介紹了玻璃鋼欄桿在FPSO上的標準化應用。其實玻璃鋼材質的構件在巴油項目中除了欄桿還包括格柵、踏步、直梯、籠梯等，對于這些構件我們也都做了大量的標準化工作，以這些工作為基礎，相信會為將來的標準化應用提供很有價值的參考。

(本文文獻格式：尹寶瑞，杜子榮，周武，等.玻璃鋼欄桿在FPSO建造中的標準化應用研究[J].山東化工,2018,47(7):76-78.)