玻璃鋼管道在某大型化工裝置中的應用

李 巖 沈陽化工研究院設計工程有限公司 沈陽 110021

采用乙烯基樹脂內襯層的玻璃鋼管道具有耐腐蝕性的特點，尤其是可以有效抵御酸性腐蝕。已經建成投產的西北某大型化工裝置(以下簡稱H裝置)中含有大量的鹽酸管道、氯化氫氣體管道、酸性排水管道。為了滿足防腐蝕的要求，并考慮到經濟性，在進行H裝置工程設計的過程中，對輸送上述介質且≥DN50的管道采用了乙烯基樹脂內襯層的玻璃鋼管道。本文就玻璃鋼管道在H裝置中的應用展開論述。

1 執行標準

H裝置采用的玻璃鋼管道執行國際標準《石油、天然氣玻璃鋼管道設計準則》ISO 14692,同時參考了國內化工行業標準《玻璃鋼管和管件》HG/T21633-1991。

2 玻璃鋼管和管件的使用條件

H裝置鹽酸管道中輸送的鹽酸濃度為30%，鹽酸管道的設計壓力0.5 MPa，設計溫度50℃。氯化氫氣體管道的設計壓力0.3MPa，設計溫度50℃。酸性排水管道中輸送的介質為含少量氯化氫的生產污水，設計壓力0.2MPa，設計溫度40℃。

3 玻璃鋼管和管件的制造要求

3.1 公稱直徑和管道長度

H裝置中鹽酸管道、氯化氫氣體管道、酸性排水管道的管徑范圍在DN20～DN400之間。出于對玻璃鋼管道加工精度的考慮，對于≤DN40的管道，采用碳鋼襯聚四氟乙烯材質的管道；對于≥DN50的管道使用玻璃鋼管道，所以在此項目中玻璃鋼管道的公稱直徑范圍在DN50～DN400之間。其中DN50～DN200的玻璃鋼管道長度為每根6000mm, DN250～DN400的玻璃鋼管道長度為每根6000mm或者12000mm。

3.2 玻璃鋼管和管件最小壁厚

根據設計工況的要求，H裝置鹽酸管道、氯化氫氣體管道、酸性排水管道的管道壓力等級選用1.0MPa，不同管徑下的管道和管件壁厚見表1和表2。

表1 玻璃鋼管道最小壁厚(P=1.0MPa)

表2 玻璃鋼管件(三通、彎頭、異徑管)最小壁厚(P=1.0MPa)

4 連接方式

玻璃鋼管及管件間的連接方式通常有三種：對接、承插式連接、法蘭連接。對接連接是玻璃鋼管道連接最首選的連接方式，此種連接方式的優點是接口強度高，連接的密封性非常好，缺點是施工周期長；承插式連接的優點是連接簡單快捷，但是缺點很明顯，在管道支撐點發生沉降的時候很容易造成接口分離；法蘭連接可以適用于玻璃鋼管道與儀表、閥門、設備管口的連接。為了保證管道連接的可靠性，在H裝置的工程設計中采用了對接和法蘭連接兩種形式，同時，H裝置的玻璃鋼管道還存在一種特殊的連接方式——玻璃鋼主管與碳鋼襯聚四氟乙烯支管的連接。下面就對接、法蘭連接、玻璃鋼主管與碳鋼襯聚四氟乙烯支管的連接這三種連接方式的具體操作方法做詳細介紹。

4.1 對接

對接連接前在至少超過接口邊緣25mm范圍內磨光管子外表層以清除富樹脂層，按照標準的粘接程序，由有經驗的粘接工人進行管道接口的粘接。粘接時用玻璃纖維布纏繞，同時涂刷樹脂涂層，加工成具有連續的多層貼合結構，而且要保證粘接處與被接合的玻璃鋼管道具有同等的強度。一般通用的規定是對于公稱直徑

針對H裝置的特點，在詳細設計文件中繪制了《玻璃鋼管和管件平端對接接口示意圖》以指導施工單位安裝，粘接方式見圖1。管道和管件對接接口粘接尺寸見表3。

圖1 玻璃鋼管和管件平端對接接口示意圖

4.2 法蘭連接

H裝置所采用的玻璃鋼法蘭與管道采用粘接的方式連接，玻璃鋼法蘭的連接面形式均為全平面，墊片采用全平面三元乙丙橡膠墊片。玻璃鋼全平面法蘭與設備管口、閥門等突面法蘭連接時采用環形適配墊環填充突面法蘭與墊片間的空隙，保證緊固件的擰緊強度。環形適配墊環采用316L不銹鋼材質。緊固件采用35CrMo全螺紋螺柱，螺柱兩頭配套30CrMo六角螺母及鋼墊圈。裝配示意見圖2。

表3 玻璃鋼管和管件對接接口粘接尺寸(P=1.0MPa)

4.3 玻璃鋼主管與碳鋼襯聚四氟乙烯支管的連接

玻璃鋼主管與碳鋼襯聚四氟乙烯支管的連接采用非標三通，非標三通為碳鋼襯聚四氟乙烯材質，采用對夾式連接，兩端用法蘭對夾，類似于對夾式蝶閥的連接方式。非標三通支管端的頸部相對比較長，使支管伸出長度可以滿足法蘭安裝的要求。

H裝置在詳細設計階段繪制了此非標三通的特殊管件圖，見圖3。幾種規格的非標三通尺寸見表4。

5 管道布置和安裝

玻璃鋼管道在滿足通用的管道布置安裝原則的同時還要滿足一系列特殊的布置和安裝要求。

5.1 布置要求

H裝置中的鹽酸管道、氯化氫氣體管道為架空布置，酸性排水管道大部分為架空布置，只在裝置一層有一小部分管道布置在不通行管溝內，不通行管溝為敞開式管溝，溝頂敷設格柵鋼板。架空布置的管道盡可能布置在裝置內管廊上，對于不能布置在裝置內管廊上的管道，盡量靠近梁或柱子布置，便于利用梁或柱子生根設置管道支吊架。

圖3 非標三通圖

表4 非標三通尺寸 (mm)

無論是沿裝置內管廊布置、沿在梁或柱生根的管道支吊架布置、還是在管溝內布置，玻璃鋼管道都不能直接放在管廊或者管道支吊架上，必須采用管托對管道進行支撐。管托用角鋼或者對剖的鋼管等材料，管托不限制玻璃鋼管道的軸向位移。管托型式參照《管架標準圖》HG/T21629-1999第四冊M類——非金屬(塑料)管道支架及零部件。管道支撐點的間距要滿足管道對強度和剛度條件的要求，玻璃鋼管道的最大跨距見表5。

玻璃鋼管道除了與儀表、閥門、設備管口等連接處必須采用法蘭連接以外，其它連接處均采用對接的方式連接。在裝置內人行通道的上方盡量避免設置法蘭、儀表、閥門等連接點，避免泄漏時造成人身傷害事故。

玻璃鋼管道在穿越裝置內隔墻或樓板時，在墻壁或樓板穿管處預埋一段鋼管做為套管，鋼管內徑比玻璃鋼管道外徑大50mm左右，鋼管兩端露出墻壁或樓板約100mm，鋼套管與玻璃鋼管道之間填充彈性填料。

表5 玻璃鋼管道最大跨距表 (mm)

玻璃鋼管道與其它管路平行布置時，管外壁間凈距不小于200mm，與其它管路交叉時，管外壁間凈距不小于150mm。

沿墻、梁、柱子布置時，管外壁與墻、梁、柱子間的凈距不小于150mm。如需設置管道支吊架時，管道支吊架生根在梁或者柱子上，盡量避免以墻和樓板作為生根點設置管道支吊架。

利用玻璃鋼管道的線膨脹系數比較大以及此項目玻璃鋼管道設計溫度相對低的特點，管道布置設計過程中采用自然補償的方式來滿足管道熱脹冷縮所需的柔性。

H裝置的鹽酸管道、氯化氫氣體管道為壓力輸送的玻璃鋼管道，所以這兩種介質的管道在設計的過程中水平管道未考慮坡度的要求。酸性排水管道為了滿足工況的要求，在管道布置設計時水平管道采用3/1000的坡度。

5.2 安裝要求

考慮到環境溫度和濕度對安裝質量的影響，玻璃鋼管道的最佳安裝環境溫度為10～30℃，環境濕度不超過75%。

每一根玻璃鋼管道在安裝的過程中都在三維坐標系的至少一個方向上設置一個尺寸調整管段，以保證將安裝誤差降到最小。

玻璃鋼管與閥門連接時，閥門必須固定牢固，盡量設置閥門專用托架，避免在啟閉閥門時扭壞管路。

玻璃鋼管與管件或管件之間的端面應與軸向位置垂直并刨平，以保證在對接時連接均勻，對接力適當。對接點避開管道支吊架、隔墻和樓板。

采用法蘭連接時，在安裝過程中應嚴格對中，軸向最大允許偏差不大于2mm，不能采用強制擰緊螺栓的方法來調整，擰緊螺栓分兩次進行，第一次按對角線均勻對稱地擰一遍，然后再擰緊螺栓。

玻璃鋼管道系統水壓試驗壓力取1.5倍的設計壓力，在10～30℃的溫度下進行，保壓時間30min。

6 結語

H裝置投產后至今一直運行平穩，采用乙烯基樹脂內襯層的玻璃鋼管道的耐酸性腐蝕的優點得到了充分的論證，說明在特定的工況下玻璃鋼管道有其特殊的優勢。同時，玻璃鋼管道還有重量輕、造價低的特點，可以在化工、石化、醫藥、冶金、環保、電力等眾多行業發揮其作用。