玻璃鋼管承插粘接工藝及檢驗要點淺析

杭建偉,王宏偉,高思強,許行行,劉大俊,付艾

(海洋石油工程(青島)有限公司,山東 青島 266520)

玻璃鋼管道具有較強的耐腐蝕性,同時還具有良好的絕緣和防海洋生物性能,其內壁光滑、輸送能耗低、安裝維護費用低、無陰極保護、使用壽命長、綜合經濟效益好、對輸送介質無二次污染,被廣泛應用于海洋石油平臺的海水系統、消防水系統、冷卻水等系統的介質輸送[1]。

某在建FPSO項目在壓載水系統(BA)、消防系統(FW)、海水冷卻系統(WS)、生活污水系統(WG)、開排系統(DO)中應用了玻璃鋼管線。此項目采用輻基斯(青島)復合材料管道有限公司生產的Bondstrand7000M。項目涉及的玻璃鋼管線主要采用承插粘接和法蘭連接進行管線的預制及安裝,本文依據標準、現場粘接程序和作業指導書要求,結合實際工作,對玻璃鋼管承插粘接的工藝和檢驗要點進行了詳細的歸納總結。

1 粘接前檢驗

在開展粘接前,檢驗員應檢查所有參與粘接過程的機具,確保所有機具性能完好,在使用壽命內,并確保所有量具有證書,經計量檢測部門檢定校準,在計量檢定有效期內。嚴禁使用有故障或過期的機械儀器,嚴禁使用未經校驗校準或過期的量具。玻璃鋼管道粘接可能涉及的機具和量具包括車床、打磨機、角磨機、鎖緊器、拉緊器、加熱毯、派尺、卷尺、溫度計、濕度計等。

此外,對管道外觀的完整性檢驗也是必不可少的,檢查合格后才允許粘接。外觀完整性檢驗包括材料外觀缺陷、管道或管件尺寸、外壁導電漆和管道導電繩的完整性、材料證書和標簽或爐批號的完整性和材料跟蹤記錄的完整性。在開展粘接工作之前,檢驗員應確認現場使用的圖紙為最新版本,并且是具有設計方簽名和業主批準的有效圖紙。項目要求從事玻璃鋼管粘接的人員需經過培訓并取得由服務商頒發的資格證書。粘接前檢驗員需檢查工人的粘接資質,禁止無資質人員進行粘接工作。

玻璃鋼管線粘接過程中,環境條件會影響接頭的粘接質量,因此在進行粘接之前質檢員還需要對環境條件進行檢驗。具體檢驗要求如下:1)確保作業環境的光線充足,以免影響粘接和檢驗。2)確保環境溫度大于4 ℃且無風。膠粘劑固化過程中,若有風或環境溫度低于4 ℃時,需要用鋁箔封閉管道末端,并用加熱帶包裹接頭[2],以防熱量擴散。3)保證環境處于低濕度。粘接現場相對濕度大于75%時,則必須對粘接面先預熱2～3 min使之完全干燥,而后再涂上膠。4)保持周圍環境無塵,無水。建議粘接過程在較為封閉的環境下完成,盡量避免在粉塵、潮濕或低溫條件下開展粘接作業。可通過搭建臨時作業棚或其他保護手段,防止玻璃鋼管和配件風吹、雨淋或溫度驟降,特別在北方地區的低溫時節應搭建保暖作業棚,必要時添置加熱設備[3],以保持適合的環境溫度,最終確保粘接劑正常固化。

2 粘接過程檢驗

玻璃鋼管線的粘接工藝主要有五個步驟,各步驟都有對應的檢驗要點,如圖1所示。玻璃鋼管道到貨經過驗貨合格,由現場工人領料后進入車間準備下料,在下料之后,檢驗人員需檢驗管道的下料尺寸是否正確。然后現場工人對管口進行坡口加工和打磨處理,檢驗人員需對坡口尺寸以及粘接面的打磨情況進行檢驗。開完坡口后,需按要求在粘接面上涂抹粘合劑,此過程需檢驗粘合劑的混合情況以及涂膠情況。涂膠完成后,應盡快進行承插粘接工作,以防膠粘劑因放置時間過長而產生固化,此過程需檢驗粘接接頭的尺寸以及接頭外觀是否符合要求。再使用電加熱帶對接頭進行加熱,使之固化,此過程需檢驗加熱時間以及固化情況,最后對粘接接頭的外觀進行檢驗。

圖1 粘接工藝流程及檢驗要點

玻璃鋼管道中常見的承插連接方式有兩種,一種是平口承插連接接頭(見圖2),另一種是錐度承插連接接頭(見圖3)[2]。項目中,1～6 in的管線采用平口承插形式連接,8～40 in的管線則采用錐度承插形式連接。

圖2 平口承插連接接頭

圖3 錐度承插連接接頭

管道按圖紙切割下料后,檢驗員需要測量管道長度及端面垂直度,1～4 in管道的端面和軸線的垂直度誤差應控制在1.5 mm以內,5～16 in的管道應控制在3 mm以內,18～40 in的管道應控制在5 mm以內。此外,還需測量管道尺寸,平口承插接頭的尺寸應符合表1要求,錐度承插接頭的尺寸應符合表2要求[2,4]。

表1 平口承插接頭尺寸要求

表2 錐度承插接頭尺寸要求

接頭涂膠前,檢驗員應檢驗粘接面,粘接面應保持清潔,無塵,干燥,粗糙,無水。當接頭進干配校中完成后,檢查接頭表面是否按要求用白色記號筆清晰地畫出標記線和對中線,如圖4所示[2-3]。

圖4 管件干配和位置校準

當公頭完全插入母頭后,首先查看公母頭的對中線是否重合,其次需測量管體表面標記線到母頭末端的距離,對于平口承插接頭需檢驗此距離是否在(50±3) mm之內,對于錐度承插接頭需檢驗此距離是否在50 mm+6/-12 mm之內,如圖5、圖6所示。

圖5 平口承插組對

圖6 錐度承插組對

在涂膠過程中,檢驗員需檢查膠粘劑的選取是否正確、包裝是否完整以及是否在保質期內,進行涂膠之前,需用測溫槍測量粘接面的溫度,確保在23～40 ℃,如果表面溫度過低,應要求粘接人員先對粘接表面進行預熱,然后再涂膠。膠粘劑混合攪拌好之后應立即涂膠,如果涂膠之前膠粘劑出現固化現象,應丟棄此膠粘劑然后使用新的,混合好的膠粘劑在不同環境溫度下的使用時間見表3。接頭涂膠后,如因長時間暴露導致膠粘劑出現固化現象,應使用丙酮清洗干凈,而后加熱烘干粘接面,再重新涂膠[3]。

表3 膠粘劑混合后在固化前的使用時間

涂膠完成后,沿直線將公頭插入母頭,期間不得旋轉公頭,也不得拔出公頭。如果接頭錯位,應立刻拉開接頭,清除粘接面的膠粘劑,重新涂膠并連接。在接頭固化過程中,支撐與管件均嚴禁碰動直至內外徹底固化后方可進行下一步工作。

接頭連接后,檢驗員還需測量管體表面標記線到母頭末端的距離是否符合要求。對于法蘭接頭,檢驗員要按照表4要求檢驗法蘭的垂直度、旋轉角度和對中度是否符合要求。需注意的是法蘭與管道的連接處要由膠粘劑充分填充,不得存在縫隙。

接頭固化過程中,需要使用加熱帶纏繞接頭進行加熱固化,檢驗員應按表5要求檢查現場選取的加熱帶尺寸是否符合要求,以及檢驗加熱帶的加熱溫度與加熱時間是否符合要求。在加熱固化過程中,有風或環境溫度低于4 ℃時,檢驗員應要求現場工人用鋁箔將管道末端封閉,并用加熱帶包裹接頭,以防熱量擴散。對于環氧樹脂型膠粘劑加熱帶的平均溫度應控制在100～150 ℃,對于乙烯酯樹脂型膠粘劑的加熱時間應控制在50～80 ℃。平口承插連接時,管道與管道連接,管道與法蘭連接的固化時間為30 min,管道與管件的固化時間為45 min。錐度承插連接時,錐度管道接頭和錐度管件接頭的固化時間見表6[3]。

表5 加熱毯尺寸對照表

表6 錐度管道接頭和錐度管件接頭的固化時間

3 接頭外觀檢驗

在接頭的加熱固化結束后,檢驗員應對粘接口的外部和內部進行100%的外觀檢驗。要求粘接口涂抹均勻并且表面沒有裂紋。外部粘接面的形狀、大小、寬度、深度對于接頭外觀具有美觀價值,但粘接面可大或可小,其形狀、尺寸對粘接質量影響不大,并不重要。對于內部粘接面,接口處的膠應該涂抹均勻,并且其高度不可超過表7中規定的數值。

表7 內部接頭過度粘接的突起高度表

對于車削尺寸較為理想的公頭,其倒角小,膠粘劑一般可以覆蓋到倒角,其成型示意圖如圖7(a)所示。對于車削過量的公頭,其倒角大,膠粘劑或許不能完全覆蓋倒角,對于此種情況,應在露出的倒角處補滿膠粘劑,其成型示意圖如圖7(b)所示[4]。

圖7 可接受的接頭形式

檢驗接頭外部的粘接口時,對于粘接面形狀為凹面的接頭,可接受的外觀示意圖如圖8(a)所示。對于粘接面形狀為凸面的接頭,可接受的外觀示意圖如圖8(b)所示[4]。對于外部粘接面只要膠粘劑覆蓋到公頭的倒角即可,粘接面呈現凸面或者凹面對接頭連接質量影響不大,但出于美觀考慮,粘接面應圓滑過度,無膠瘤出現。

圖8 可接受的外部粘接口

檢驗接頭內部的粘接口時,對于粘接面形狀為凹面的接頭,可接受的形狀示意圖如圖9(a)所示。對于粘接面形狀為凸面的接頭,可接受的形狀示意圖如圖9(b)所示。內部粘接面的膠粘劑應覆蓋到母頭的倒角,粘接面呈現凸面或者凹面對接頭連接質量影響不大,但凸面的突起高度不宜過高,過高的突起會限制管內流體的流動。內部接頭過度粘接的突起高度的要求如表7所示,突起示意圖如圖10所示[4]。

圖9 可接受的內部粘接口

圖10 內部接頭過度粘接的突起高度

當內部接頭涂膠量過多時,需檢驗膠粘劑在內壁上是否均勻分布且無裂紋,膠粘劑的凸起高度不得超過表7的值,示意圖如圖11(a)所示。如果過量的膠粘劑在管內部的分布是隨機的,只要其突起高度不超過表7的值,也是可以接受的,其示意圖如圖11(b)所示。如果過量的膠粘劑在管內部的分布是均勻但不連續的,只要不超過表7的值,也是可以接受的,其示意圖如圖11(c)所示。過量擠出的膠粘劑如果呈現出類似于鐘乳石的外形是不可接受的,對于這種粘接口檢驗員應要求現場工人將鐘乳石狀的突起打磨平滑,否則后續經過流體沖刷,很可能會導致突起脫落從而造成管線或閥門的堵塞,其示意圖如圖11(d)所示[4]。

圖11 內部接頭過度粘接示意圖

對于法蘭粘接接頭,接口擠出的膠不可遮蓋螺栓孔,也不得影響墊片的安裝,如果螺栓孔被膠遮擋,檢驗員應要求現場工人對粘接接頭進行打磨,示意圖如圖12所示。

圖12 法蘭粘接接頭

4 結論

玻璃鋼管線在海洋石油工程領域發揮著越來越重要的作用。玻璃鋼管線的粘接是一個精細且復雜的過程,需要嚴格按照相關文件的要求進行。為了保證粘接質量,粘接前的檢驗、過程檢驗和外觀檢驗都是必不可少的。在粘接開始前,工機具的檢驗、管道和管件的外觀完整性檢驗、粘接環境的檢驗、粘接工人資質的檢查是保證玻璃鋼管道粘接工作順利進行和質量合格的前提。粘接過程檢驗是質量控制的重要環節,外觀檢驗是保證粘接口質量的重要關口。本文對玻璃鋼管道的承插粘接工藝及檢驗要點進行了分析說明,為工程從業人員提供了良好實踐,為后續類似項目提供了工程借鑒。