GRE基礎培訓資料-2015.11.28

1、第一部分玻璃鋼的來源及性能玻璃鋼問世于1950年，國外稱之為“玻璃纖維增強材料”。FRP ( Fiber ReinforcedPlastics )為玻璃纖維增強復合材料的總稱，即玻璃鋼的總稱，玻璃鋼由基體材料和增強材料所組成，因為基體材料的不同我們有的叫GRE有的叫GRP基體材料一般為樹脂，增強材料為玻璃纖維，在生產(chǎn)過程中加入其他原材料即獲得更優(yōu)異的性能，如加入石墨或者是碳纖維可獲得導靜電的性能，采用酚醛樹脂為基體材料的話，可以獲得很高的耐高溫的能力，可以瞬間承受 3000 攝氏度的高溫。GRP- Glass Reinforced Polyester (Isophthalic resin)、

2、GRV- Glass Reinforced Vinylester (Vinylester resin) 、GRE- Glass Reinforced Epoxy (Epoxy resin)GREM氧玻璃鋼它的優(yōu)點是：一、耐腐蝕無污染公司的高壓玻璃鋼管采用的是酸酎、胺類固化劑高溫固化的環(huán)氧樹脂體系，具有廣泛的 耐腐蝕性能，對于原油、鹽水、酸、堿、氯化物、溶劑、二氧化碳、天然氣、土壤與大氣環(huán) 境等有優(yōu)異的耐腐蝕性。而這些介質(zhì)對傳統(tǒng)的鋼管材有很強的腐蝕作用。腐蝕給世界油田造成的損失每年達數(shù)十億美元。有的中國油田用的鋼管道僅使用半年，甚至三個月即腐蝕穿孔。中國油田多數(shù)處于采油中后期，為了提高采油、采液

3、量，正采用高壓注水、注聚(合 物)采油工藝。鋼管的腐蝕增加了注入水的礦化度，使水質(zhì)受到二次污染，鐵離子又會使聚合物發(fā)生降解，嚴重影響采油效果。高壓玻璃鋼管是解決這些問題的理想材料，在中國油氣田成功應用實例，顯示了這種管材的優(yōu)越性與先進性。二、強度高壽命長玻璃鋼管的最高使用溫度可達93.3 ° C(200° F),工作壓力最高為 27.6MPa(4,000Psi ),這是目前纖維纏繞玻璃鋼管可能達到的最高壓力。管道的設計壽命是20年，使用壽命達30年。在美國最早安裝的玻璃管線至今已安全運 行40年，狀態(tài)良好。三、水力熱力特性好 節(jié)約能源玻璃鋼管的內(nèi)表面十分光滑，絕對粗糙度只有

4、0.00152mm0.0053mm用哈森-威廉斯公式計算管道系統(tǒng)的壓降時，其中的流動系數(shù)即哈森-威廉斯系數(shù)為150,而新鋼管為120,舊鋼管為100,生銹鋼管為80。當其他參數(shù)如管線長度、管徑、流量相同時，壓降與哈 -威系 數(shù)白1 1.85次方成反比，即使是新鋼管，其壓降也比玻璃鋼管增加50%,而舊鋼管則增加一倍。由于玻璃鋼管極好的水利特性，顯著減少了管線的壓降，大量降低管道系統(tǒng)的泵送功率， 節(jié)省電耗，降低了運營成本。這一點已為油田設計院的現(xiàn)場試驗研究所證實。四、接頭密封可靠安裝維修簡便玻璃鋼管用美國石油學會(API)標準的每英寸8扣螺紋連接。管子的內(nèi)外螺紋在生產(chǎn) 線上成型，按API標準檢驗。

5、在安裝現(xiàn)場，用公司特制的螺紋密封劑連接，密封可靠，保證接頭螺紋施加扭矩的一致性與密封性，給安裝工作帶來了極大方便。另外，玻璃鋼管的重量輕，只有鋼管重量的1/41/5 ,不用大型設備，不用焊接與探傷， 施工進度快，節(jié)約安裝費用。高壓管是一種無內(nèi)襯的玻璃鋼管，不但生產(chǎn)效率高，而且在現(xiàn)場切斷、對接與維修過 程中不會引起管體材料分層，施工方便，節(jié)約人力、物力，是有內(nèi)襯玻璃鋼管或復合管無法比擬的。五、不易結臘不易結垢節(jié)約費用由于玻璃鋼管的內(nèi)表面光滑及高分子材料特性，解決了鋼管道內(nèi)表面嚴重結臘、結垢， 引起管線壓力升高，壓力不穩(wěn)定等問題，不必進行清蠟、清垢，節(jié)省了管線的運行與維護費 用。六、在線水檢質(zhì)量可

6、靠玻璃鋼管的高質(zhì)量是在生產(chǎn)過程中以嚴格執(zhí)行每個工位的操作規(guī)程作保證的。除按API標準進行外觀檢驗外，還進行管子的短期爆破試驗、循環(huán)壓力試驗、靜壓試驗，保證管子的 力學性能符合設計標準。同時，每根玻璃鋼管都進行100%勺在線水壓檢驗，保證管子的良好工藝性與密封性，是產(chǎn)品質(zhì)量保證的最后一道屏障各種材料的比重、比強度（表1）材質(zhì)項目纖維纏繞玻璃鋼鋼鑄鐵PVC比重1.8-2.17.847.841.4抗拉強度（MPa160-32038018750-60比強度100-16848.525.536.8注：玻璃鋼管的比重與內(nèi)襯層在整個管壁上所占比例有關，因而比強度與壁厚和直徑有關（此處管徑為700mm。玻璃鋼力

7、學性能參數(shù)（表2）1.管道2.管件壞向抗拉強度300 MPa拉伸強度140 MPa軸向抗拉強度150 MPa彎曲強度135 MPa軸向彎曲強度140 MPa壓縮強度130 MPa層間剪切強度50 MPa拉伸模量9.5 GPa外向抗拉模量25 Gpa彎曲模量9.0 GPa軸向抗拉模量12.5 GPa剪切模量7 Gpa彎曲模量9.3 Gpa玻璃鋼物理及其它性能參數(shù)（表3）巴柯爾硬度40柏松系數(shù)0.3斷裂延伸率0.8-1.2%氧指數(shù)30%體積電阻率5.5 x 1014 a cm表向電阻率一一1125 X 10 Q內(nèi)表面粗糙率0.0084食品級殘余單體含量200ppmPVG- FRP層間剪切強度7MP

8、a各種材料的性能比較（表4）項目材質(zhì)纖維纏繞玻璃 鋼鋼PVC熱膨脹系數(shù)（10-6/ C)11.212.360-80熱傳導系數(shù)（w/mC)0.481130.21注：玻璃鋼的熱膨脹系數(shù)與內(nèi)襯占壁厚的比例有關，此處管徑為700mm應用領域：管線管：單井集油、原油長輸、高壓注水、污水回注、三次采油注聚合物、鹵水輸送。井下油管：注入井、污水處理井、生產(chǎn)井、氣井。套 管：注入井、污水處理井。第二部分原材料主原材料環(huán)氧樹脂酸酎胺類玻璃纖維1）環(huán)氧樹脂環(huán)氧樹脂（Epoxy Resin ）是泛指含有兩個或兩個以上環(huán)氧基一5 C-,以脂肪族，脂環(huán)族或芳香族等有機化合物為骨架并能通過環(huán)氧集團反應形成有用的熱固性產(chǎn)物

9、的高分子低聚體雙酚A型環(huán)氧樹脂是由二酚基丙烷（雙酚A）和環(huán)氧氯丙烷在堿性催化劑（ NaOH作用下縮聚而成。環(huán)氧樹脂本身是熱塑性的半成品，無實際應用價值，只有加入一定量的固化劑反應生成三 維不溶不熔的網(wǎng)絡交聯(lián)結構才能實現(xiàn)它的應用價值。1是熱朔性樹脂，具有熱固性，能與多種固化劑，催化劑及添加劑加成多種性能優(yōu)異的固化物 幾乎能滿足各種使用要求2樹脂工藝性好，固化時基本不產(chǎn)生小分子揮發(fā)物，可低壓成型，能溶于多種溶劑3固化物有很高的強度和粘接強度4固化物有較高的耐腐蝕性能和電性能5固化物有一定的韌性和耐熱性6固化完全的雙酚A是無毒的主要缺點：耐熱性，韌性不高，耐濕性和耐候性差2）固化劑（酸酊anhydr

10、ide ）這類固化劑具有低的固化放熱量、固化收縮率、吸水性以及內(nèi)應力，但固化溫度高，固化周期較長，通常需要加入少量的胺類促進劑以降低固化溫度。具有代表性的酸酊固化劑有鄰苯二甲酸酊（PA）、四氫鄰苯二甲酸酊 （THPA）、六氫鄰苯二甲酸酊 （HHPA）和甲基四氫鄰苯二甲酸酊 （MeTHPA） 等。3）固化劑（胺類amine）按化學結構的不同，可分為脂肪胺、芳香胺、脂環(huán)胺和其他特殊胺類等，主要是通過伯胺的活潑 氫與環(huán)氧基反應，開環(huán)形成仲羥基和伯胺基，再進一步與環(huán)氧基反應生成叔胺基，最后生成的羥 基在叔胺的催化下開環(huán)氧基團生成酸鍵，形成交聯(lián)網(wǎng)絡結構。3）玻璃纖維（fiberglass）玻璃纖維是非結

11、晶型無機纖維，不然燒，伸長率和線膨脹系數(shù)小，能耐許多介質(zhì)的腐蝕。耐溫高,丁玻纖的軟化點為 846C, C玻纖的軟化點為 688C, S玻纖的軟化點為 970c適宜于較 高溫度下使用。缺點是不耐磨，易折斷，易受機械損傷，長期放置強度下降。E-纖維系鋁硼硅酸鹽纖維電性能好，耐老化，吸水率低，強度高 .主要成分：（SiO2 ,Al2O3 ,CaO ,MgO,B2O3,.R2O Femo。纏繞制品對玻璃纖維選用原則是，具有較高的強度和彈性模量，對粘結劑有較好的浸潤 性，有良好的工藝性和貯存穩(wěn)定性。玻璃纖維表面應含有與相應使用樹脂匹配的表面偶聯(lián)劑管道成分說明中文 成分分子式增強無堿玻璃纖維SiO2Fib

12、erglass環(huán)氧樹脂Resin芳香胺類固化劑MDACH31、 環(huán)氧樹脂：CLCHO2、固化劑第三部分：產(chǎn)品設計、生產(chǎn)與檢驗標準公司的高壓玻璃鋼管道和管件的設計、生產(chǎn)與檢驗嚴格執(zhí)行美國石油協(xié)會（美國石油 學會）、美國材料實驗協(xié)會（美國材料實驗學會）的相應標準及中華人民共和國石油天然氣 行業(yè)標準。一、管線管、管件1 Specification for High Pressure Fiberglass Line Pipe （API Specification 15HR） 中華人民共和國石油天然氣行業(yè)標準SY/T6267-1996高壓玻璃纖維管線管。2 ASTM D2996 Specificatio

13、nfor Filament-WoundFiberglass（Glass-Fiber-Reinforced Thermosetting-Resin）Pipe.纖維纏繞玻璃鋼（玻璃纖維增強熱固性樹脂）管標準規(guī)范。3 ASTM D2992 Practice for Obtaining Hydrostatic or Pressure Design Basis for Fiberglass（Glass-Fiber-Reinforced Thermosetting-Resin）Pipe and Fitting. 玻璃鋼（玻 璃纖維增強熱固性樹脂)管與管件的靜水壓力或壓力設計基準的標準實驗方法。4 ASTM

14、- D1599 Test Method for Short-Time Hydraulic Failure Pressure of Plastic Pipe, Tubing, and Fittings.塑料管、套管與管件的短期靜水壓失效壓力標準實驗方法。5 ASTM D2143 Test Method for Cyclic Pressure Strength of Reinforced, Thermosetting Plastic Pipe.熱固性增強塑料管循環(huán)壓力的標準實驗方法。6 ASTM D1598 Test Method for Time-to-Failure of Plastic Pi

15、pe Under Constant Internal Pressure.塑料管在恒定內(nèi)壓作用下的失效時間的標準實驗方法。7 ASTM D2105 Test Method for Longitudinal Tensile Properties Fiberglass Pipe and Tube玻璃鋼管、套管軸向拉伸性能的標準實驗方法。8 ASTM D695 Test Method for Compressive Properties of Rigid Plastics.剛性塑料壓縮性能的標準實驗方法。9 ASTM- D696 Test Method for Coefficient of Linea

16、r Thermal Expansion of Plastics Between - 30 C and 30 C.塑料在-30c與30c之間線性熱膨脹系數(shù)的標準實驗方法。10 Specification for Threading, Gauging, and Thread Inspection of Casing, Tubing, and Line Pipe Threads (U. S. Customary Units) API SPECIFICATION STANDARD 5B.美國石油協(xié)會規(guī)格標準 5B,套管，油管與管線管螺紋的加工測量與檢驗。11 API 15 HR 高壓玻璃纖維管線管規(guī)范

17、第四部分：產(chǎn)品設計一、管線、部件的壓力等級設計根據(jù)標準，高壓玻璃鋼管線的壓力等級范圍為：3.45MPa-34.50MPa,其等級之間增量為1.73MPa我公司產(chǎn)品的壓力等級范圍為：3.5MPa-28MPa1、標準工作壓力等級設計管線的標準壓力有如下公式計算：Ro2- R2Pr =S x Sf x R2+R2式中：Pr =標準壓力等級，MPaSs =按ASTMD2992方法B,在65.6 C或更高溫度下確定的 20年的長期 靜水壓強度(LTHS須勺95函信度下限(LCD, MPa (21400)Sf = 0.67 ,應用設計因子(見后面)。R, R =管線最小增強壁厚的外徑與內(nèi)徑，mm管線的20

18、年的長期靜水壓強度(LTHS =23270Psi, 160.7MP395明信度下限(LCD =21400Psi, 149.8MPa如果知道了管線內(nèi)徑R,即可計算管線的標準壓力等級。二、部件短時失效壓力的設計管線或部件的短時失效壓力應按GB/T5351 (ASTM D 1599 Free end )實驗方法在室溫下進行壓力試驗來確定。試驗要求：試件用公稱直徑為 4 (in)(D=101.6mrm的同種類、同壓力等級部件的兩個試樣組成，R被定義如下：P b4R=P r4式中：R:為101.6mm?B件的失效壓力與該部件標準壓力等級之比。Pb4：為101.6mm合格部件的失效壓力。心:為101.6m

19、m合格部件的標準壓力等級。本標準規(guī)定：其它尺寸部件的標準壓力等級應滿足下式：P bPr WR 4式中：Pr：某尺寸部件的標準壓力等級。P b：該尺寸部件的失效壓力。三、部件的循環(huán)壓力的確定部件的循環(huán)壓力應按 ASTM D2143在室溫下以25次/分鐘的頻率進行循環(huán) 壓力試驗來確定。試驗要求：試樣由同一尺寸、種類和壓力等級的兩個試樣，按照制造商的要 求安裝，部件與管線端部至少要有 12(in)(304.8mm)的距離。循環(huán)壓力從不大于 0.69MPa(100Psi)到不小試樣標準壓力的 1.5倍之間波動時，部件在循環(huán)5000次后不應失效。四、部件的靜態(tài)壓力確定部件的靜態(tài)壓力應按 ASTM D15

20、98在65.6 C或更高溫度下進行壓力試驗來 確定。試驗要求：試樣由同一尺寸、種類和壓力等級的兩個試樣，按照制造商的要 求安裝，部件與管線端部至少要有 12(in)(304.8mm)的距離。當試驗壓力為試樣標準壓力的1.5倍時，部件持續(xù)6000小時不應 失效。從管線設計的角度來講，用標準壓力等級設計就已經(jīng)確定了管線的外徑。其余短時失效壓力、循環(huán)壓力、靜態(tài)壓力確定試驗，可對管線壓力等級起到驗證、 校核的作用。五、應用設計因子考慮各種因素對管線壓力性能的影響，總的應用設計因子S如下式(1)。它是在復雜應用條件下，允許校正的各個作業(yè)因子的總值。Sf=SFCxSFExSFLxSFTxSFA (1)式中

21、：S:總的應用設計因子；SF C:循環(huán)壓力偏差設計因子，它是以被定義的試驗程序為基礎的SF E:環(huán)境設計因子，它是以被評估試驗程序為基礎的。SF L:設計壽命因子，它被定義為下式（2）。SF T:溫度設計因子，它被定義為下式（3）。（LC感計壽命&65.6C）SF L = （2）（LC0 年壽命 &65.6 C）（LCl設計溫度下20年） （3）（LCL65.6 C 下 20 年）說明：較高溫度下的LCL值，可用65.6 C下的值代替。對某一設計溫度下的LCL 值，可用高于和低于設計溫度的某兩個已知溫度下的LCL值的線性插值求得。否則，可以直接利用高于設計溫度的已知溫度下的LC

22、L值。但絕不允許采用外推法求解比某一已知溫度更高溫度下的 LCL值。SF A：附加軸向載荷設計因子（0 10）,它被定義為下式（4）。（T AP （T AASF A = （4）（T AP式中：crAR本標準的標準壓力等級下引起的軸向應力，見下式（5）。crAA由附加軸向載荷引起的軸向應力，例如特定曲率半徑下的管子彎 曲見下式（6）。PrR(T AP = (5)RoRiEa Roa AA = (6)RC式中：Ea：軸向彈性模量，MPa （Psi）R C：曲率半徑，mm （in）。六、管線尺寸1、管線的長度管線的長度應符合下表規(guī)定,其測量精度為0.31m。長度1長度2長度3mftmftmft4.5

23、76.4015-216.4010.3621-3410.36或更長34或更長2、管線的內(nèi)徑、壁厚、增強壁厚、外徑尺寸及其公差規(guī)定下表。公稱尺寸mm25.438.150.863.576.288.9101.6127.0152.4203.2inr 111/2221/2331/245r 68最小內(nèi)徑mm22.934.347.559.669.183.893.7109.2134.6193.7in0.91.351.872.3452.723.33.694.35.37.625壁 厚+22.5% - 0增強壁厚+22.5% - 0五、管線、部件的連接系統(tǒng)高壓玻璃鋼管線的連接主要是采用 API外加厚標準螺紋連接，從螺

24、紋的加工 形式和密封形式分，主要有：ACT模制螺紋連接系統(tǒng)；另外，也可采用非API標準螺紋連接系統(tǒng)，該系統(tǒng)是采用帶密封圈的螺紋連 接系統(tǒng)，對2” 一6”英時的管線采用4扣/英時螺；8時以上的管線采用2扣/ 英時螺紋。該連接系統(tǒng)一般用于壓力不超過 3.5Mpa的管線系統(tǒng)或直徑較大的管 線系統(tǒng)。對于高溫或強腐蝕的輸送介質(zhì)，要選用特種材質(zhì)的密封圈。從結構形式上分，又可分為：IJ整體接頭系統(tǒng)；接箍連接系統(tǒng)。ACT模制螺紋連接系統(tǒng)數(shù)據(jù)表管線1.5”2”2 1/2 ”3”4”6”8”螺紋尺寸1.90”2 3/8 ”p 7/8 ”3 1/2 ”p 1/26 5/8 ”8 5/8外加厚EUE 10rdEUE

25、8rdEUE 8rdEUE 8rdEUE 8rdEUE 8rdEUE 8rd外 徑(mm) 54666.078.795.3120.7168.9219.7(2.15)(2.60)(3.10)(3.75)(4.75)(6.65)(8.65)(in )59.974.782.688.998.6108.0123.2螺紋長度 (mm)(2.36)(2.94)(3.25)(3.50)(3.88)(4.25)(4.85)(in )53.668.376.282.692.2101.6116.8安裝損失長度(mm)(2.11)(2.69)(3.00)(3.25)(3.63)(4.00)(4.60)(in )第五部分

26、產(chǎn)品介紹公司產(chǎn)品介紹：公司的主要產(chǎn)品是連續(xù)玻璃纖維纏繞的纖維增強熱固性樹脂管道及其管道配件。一、酸酎固化的環(huán)氧樹脂管道，其的公稱直徑范圍為(11/2 " -8 " ) 38mm200mm,工作壓力為3.5Mpa-25Mpa ,最高工作溫度為(175 F) 80 C。直徑為(1.5 ” -2.5 ")38mm-61.7mm 的管道長度為 9.14 米；直徑為(3 " -4 ” )81mm-105.4mm的管道長度為 9.14米；直徑為(6" -8 ”)163.1mm-190.5mm 的管道長度為 9米；二、胺類固化的乙烯基酯樹脂管件。其中有：直徑

27、為(11/2 ” -6 ")38mm-152.4mm 的 90 彎頭(90 elbow)、壓力分別為 7Mpa-25Mpa。 直徑為(11/2 ” -6 ")38mm-152.4mm 的 45 彎頭(45 elbow)、壓力分別為 7Mpa-25Mpa。 直徑為(11/2 ” -6 ")38mm-152.4mm 的三通(Tee)、壓力分別為 7Mpa-25Mpa。直徑為(11/2 ” -6 ")38mm-152.4mm 的法蘭(Flange)、壓力分別為 7Mpa-25Mpa。三、機加管件。其中有：直徑為(11/2 ” -8 ")38mm-20

28、0mm的管箍(Coupling )、壓力分別為 7Mpa-25Mpa。直徑為(11/2 ” -8 ")38mm-200mm的現(xiàn)場螺紋(Field thread )、壓力分別為 7Mpa25Mpa。直徑為(11/2 ” -8 ")38mm-200mm的短接(Nipple )、壓力分別為 7Mpa-25Mpa。各種雙外螺紋異徑接頭。各種內(nèi)外螺紋異徑接頭。直徑為(1.5 ” -8 ” )38mm-200mm 的絲堵。直徑為(2 "-6 ”)38mm-150mmi壓力等級為 5.5Mpa-17Mpa的維修管箍。四、胺類固化劑固化的環(huán)氧樹脂管。其中有：其產(chǎn)品規(guī)格和酸酎固化的

29、環(huán)氧樹脂管道規(guī)格相同。五、胺類固化劑固化的環(huán)氧樹脂管件。其中有：公司提供：1安裝工具；2螺紋密封劑；3膠粘劑；4相應的技術資料。第六部分生產(chǎn)過程一、玻璃鋼生產(chǎn)方法：基本上可以分為兩大類：濕法接觸型和干法加壓成型。如果按工藝特點來分，有手糊成型法、噴射法、模壓法、RTMfeo環(huán)氧固化物的性能主要是以 Tg為轉折點而發(fā)生的。 溫度在Tg時為玻璃態(tài)。固化物強度 高，硬，偏脆；溫度在 Tg過度區(qū)附近時，固化物性能發(fā)生突變，如彈性模量約下降三個數(shù) 量級，抗拉強度和抗剪強度約下降一個數(shù)量級，而衰減，斷裂伸長率和剝離強度都達到最 大值，當溫度高于Tg時就進入高彈態(tài)，固化物呈現(xiàn)出橡膠行為要想提高固化物的耐熱性，就需要提高固化物的 Tg。固化物Tg越高，其收縮和內(nèi)應力越大，脆性也會增加，從而是 強度下降。酸酎管Tg>112C 酸酎最佳 Tg 118 CWTgW 124C陽螺紋 Tg&