GRE基礎培訓資料-2015.11.28

______________________________________________________________________________________________________________精品資料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（FiberReinforcedPlastics）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-GlassReinforcedPolyester(Isophthalicresin)、GRV-GlassReinforcedVinylester(Vinylesterresin)、GRE-GlassReinforcedEpoxy(Epoxyresin)GRE環(huán)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酐、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0.00152mm~0.0053mm。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)的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。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1/4~1/5，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(jié)臘不易結(jié)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(jié)臘、結(jié)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%的在線水壓檢驗，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（MPa）160-32038018750-60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(guān)，因而比強度與壁厚和直徑有關(guān)（此處管徑為700mm）。玻璃鋼力學性能參數(shù)（表2）

1.管道2.管件環(huán)向抗拉強度300MPa拉伸強度140MPa軸向抗拉強度150MPa彎曲強度135MPa軸向彎曲強度140MPa壓縮強度130MPa層間剪切強度50MPa拉伸模量9.5GPa環(huán)向抗拉模量25Gpa彎曲模量9.0GPa軸向抗拉模量12.5GPa

剪切模量7Gpa

彎曲模量9.3Gpa

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5.5×1014Ωcm表面電阻率25×1011Ω內(nèi)表面粗糙率0.0084食品級殘余單體含量200ppmPVC－FRP層間剪切強度7MPa各種材料的性能比較（表4）

材質(zhì)項目纖維纏繞玻璃鋼鋼PVC熱膨脹系數(shù)（10-6/℃）11.212.360-80熱傳導系數(shù)（w/m℃）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(guān)，此處管徑為700mm應用領(lǐng)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)氧樹脂酸酐胺類玻璃纖維環(huán)氧樹脂環(huán)氧樹脂（EpoxyResin）是泛指含有兩個或兩個以上環(huán)氧基—C—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(jié)構(gòu)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（酸酐anhydride）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。具有代表性的酸酐固化劑有鄰苯二甲酸酐(PA)、四氫鄰苯二甲酸酐(THPA)、六氫鄰苯二甲酸酐(HHPA)和甲基四氫鄰苯二甲酸酐(MeTHPA)等。3）固化劑（胺類amine）按化學結(jié)構(gòu)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)氧基團生成醚鍵，形成交聯(lián)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。3）玻璃纖維(fiberglass)玻璃纖維是非結(jié)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，E—玻纖的軟化點為846℃，C—玻纖的軟化點為688℃，S---玻纖的軟化點為970℃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,.R2OFemon）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(jié)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英文增強無堿玻璃纖維SiO2Fiberglass環(huán)氧樹脂Resin芳香胺類固化劑MDA1、環(huán)氧樹脂：CH3CLCHCHOOCOOCHCHOCH3On2、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1SpecificationforHighPressureFiberglassLinePipe(APISpecification15HR)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》。2ASTM—D2996SpecificationforFilament-WoundFiberglass(Glass-Fiber-ReinforcedThermosetting-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。3ASTM—D2992PracticeforObtainingHydrostaticorPressureDesignBasisforFiberglass(Glass-Fiber-ReinforcedThermosetting-Resin)PipeandFitting.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。4ASTM—D1599TestMethodforShort-TimeHydraulicFailurePressureofPlasticPipe,Tubing,andFittings.塑料管、套管與管件的短期靜水壓失效壓力標準實驗方法。5ASTM—D2143TestMethodforCyclicPressureStrengthofReinforced,ThermosettingPlasticPipe.熱固性增強塑料管循環(huán)壓力的標準實驗方法。6ASTM—D1598TestMethodforTime-to-FailureofPlasticPipeUnderConstantInternalPressure.塑料管在恒定內(nèi)壓作用下的失效時間的標準實驗方法。7ASTM—D2105TestMethodforLongitudinalTensilePropertiesFiberglassPipeandTube玻璃鋼管、套管軸向拉伸性能的標準實驗方法。8ASTM—D695TestMethodforCompressivePropertiesofRigidPlastics.剛性塑料壓縮性能的標準實驗方法。9ASTM—D696TestMethodforCoefficientofLinearThermalExpansionofPlasticsBetween‐30℃and30℃.塑料在‐30℃與30℃之間線性熱膨脹系數(shù)的標準實驗方法。10SpecificationforThreading,Gauging,andThreadInspectionofCasing,Tubing,andLinePipeThreads(U.S.CustomaryUnits)APISPECIFICATIONSTANDARD5B.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。11API15HR高壓玻璃纖維管線管規(guī)范第四部分：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—28MPa。1、標準工作壓力等級設計管線的標準壓力有如下公式計算：RRo2－Ri2Pr=Ss×Sf× Ro2＋Ri2式中：Pr=標準壓力等級，MPaSs=按ASTMD2992方法B，在65.6℃或更高溫度下確定的20年的長期靜水壓強度（LTHS）@的95%置信度下限（LCL），MPa。（21400）Sf=0.67，應用設計因子（見后面）。RO，Ri=管線最小增強壁厚的外徑與內(nèi)徑，mm。管線的20年的長期靜水壓強度（LTHS）=23270Psi，160.7MPa。95%置信度下限（LCL）=21400Psi，149.8MPa。如果知道了管線內(nèi)徑Ri，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（ASTMD1599Freeend）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=101.6mm）的同種類、同壓力等級部件的兩個試樣組成，R4被定義如下：Pb4R4=—Pr4式中：R4：為101.6mm部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。Pr4：為101.6mm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：PbPr≤—R4式中：Pr：某尺寸部件的標準壓力等級。Pb：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ASTMD2143，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ASTMD1598，在65.6℃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Sf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：Sf：總的應用設計因子；SFC：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。SFE：環(huán)境設計因子，它是以被評估試驗程序為基礎的。SFL：設計壽命因子，它被定義為下式（2）。SFT：溫度設計因子，它被定義為下式（3）。（LCL@設計壽命&65.6℃）SFL=-----------------------------------（2）（LCL@20年壽命&65.6℃）（LCL@設計溫度下20年）SFT=-----------------------------------（3）（LCL@65.6℃下20年）說明：較高溫度下的LCL值，可用65.6℃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LCL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。SFA：附加軸向載荷設計因子（≤10），它被定義為下式（4）。σAP—σAASFA=-----------------------------------（4）σAP式中：σAP：本標準的標準壓力等級下引起的軸向應力，見下式（5）。σAA：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）。PrRIσAP=-----------------------（5）Ro—RiEARoσAA=-----------------------（6）RC式中：EA：軸向彈性模量，MPa(Psi)。RC：曲率半徑，mm(in)。六、管線尺寸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3mftmftmft4.57—6.4015--216.40—10.3621--3410.36或更長34或更長管線的內(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mm25.438.150.863.576.288.9101.6127.0152.4203.2in111/2221/2331/24568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”—6”英吋的管線采用4扣/英吋螺；8吋以上的管線采用2扣/英吋螺紋。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(jié)構(gòu)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”21/2”3”4”6”8”螺紋尺寸外加厚外徑(mm)(in)螺紋長度(mm)(in)安裝損失長度(mm)(in)1.90”EUE10rd546(2.15)59.9(2.36)53.6(2.11)23/8”EUE8rd66.0(2.60)74.7(2.94)68.3(2.69)27/8”EUE8rd78.7(3.10)82.6(3.25)76.2(3.00)31/2”EUE8rd95.3(3.75)88.9(3.50)82.6(3.25)41/2”EUE8rd120.7(4.75)98.6(3.88)92.2(3.63)65/8”EUE8rd168.9(6.65)108.0(4.25)101.6(4.00)85/8”EUE8rd219.7(8.65)123.2(4.85)116.8(4.60)第五部分產(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、酸酐固化的環(huán)氧樹脂管道，其的公稱直徑范圍為（11/2″-----8″）38mm----200mm,工作壓力為3.5Mpa----25Mpa，最高工作溫度為(175F)80C。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：直徑為(11/2”---6”)38mm---152.4mm的90彎頭（90elbow）、壓力分別為7Mpa---25Mpa。直徑為(11/2”---6”)38mm---152.4mm的45彎頭（45elbow）、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---200mm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（Fieldthread）、壓力分別為7Mpa---25Mpa。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---150mm，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)格和酸酐固化的環(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(shù)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、RTM法。環(huán)氧固化物的性能主要是以Tg為轉(zhuǎn)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