GRE基础培训资料-2015.11.28

1、第一部分玻璃钢的来源及性能玻璃钢问世于1950年，国外称之为“玻璃纤维增强材料”。FRP ( Fiber ReinforcedPlastics )为玻璃纤维增强复合材料的总称，即玻璃钢的总称，玻璃钢由基体材料和增强材料所组成，因为基体材料的不同我们有的叫GRE有的叫GRP基体材料一般为树脂，增强材料为玻璃纤维，在生产过程中加入其他原材料即获得更优异的性能，如加入石墨或者是碳纤维可获得导静电的性能，采用酚醛树脂为基体材料的话，可以获得很高的耐高温的能力，可以瞬间承受 3000 摄氏度的高温。GRP- Glass Reinforced Polyester (Isophthalic resin)、

2、GRV- Glass Reinforced Vinylester (Vinylester resin) 、GRE- Glass Reinforced Epoxy (Epoxy resin)GREM氧玻璃钢它的优点是：一、耐腐蚀无污染公司的高压玻璃钢管采用的是酸酎、胺类固化剂高温固化的环氧树脂体系，具有广泛的 耐腐蚀性能，对于原油、盐水、酸、碱、氯化物、溶剂、二氧化碳、天然气、土壤与大气环 境等有优异的耐腐蚀性。而这些介质对传统的钢管材有很强的腐蚀作用。腐蚀给世界油田造成的损失每年达数十亿美元。有的中国油田用的钢管道仅使用半年，甚至三个月即腐蚀穿孔。中国油田多数处于采油中后期，为了提高采油、采液

3、量，正采用高压注水、注聚(合 物)采油工艺。钢管的腐蚀增加了注入水的矿化度，使水质受到二次污染，铁离子又会使聚合物发生降解，严重影响采油效果。高压玻璃钢管是解决这些问题的理想材料，在中国油气田成功应用实例，显示了这种管材的优越性与先进性。二、强度高寿命长玻璃钢管的最高使用温度可达93.3 ° C(200° F),工作压力最高为 27.6MPa(4,000Psi ),这是目前纤维缠绕玻璃钢管可能达到的最高压力。管道的设计寿命是20年，使用寿命达30年。在美国最早安装的玻璃管线至今已安全运 行40年，状态良好。三、水力热力特性好 节约能源玻璃钢管的内表面十分光滑，绝对粗糙度只有

4、0.00152mm0.0053mm用哈森-威廉斯公式计算管道系统的压降时，其中的流动系数即哈森-威廉斯系数为150,而新钢管为120,旧钢管为100,生锈钢管为80。当其他参数如管线长度、管径、流量相同时，压降与哈 -威系 数白1 1.85次方成反比，即使是新钢管，其压降也比玻璃钢管增加50%,而旧钢管则增加一倍。由于玻璃钢管极好的水利特性，显著减少了管线的压降，大量降低管道系统的泵送功率， 节省电耗，降低了运营成本。这一点已为油田设计院的现场试验研究所证实。四、接头密封可靠安装维修简便玻璃钢管用美国石油学会(API)标准的每英寸8扣螺纹连接。管子的内外螺纹在生产 线上成型，按API标准检验。

5、在安装现场，用公司特制的螺纹密封剂连接，密封可靠，保证接头螺纹施加扭矩的一致性与密封性，给安装工作带来了极大方便。另外，玻璃钢管的重量轻，只有钢管重量的1/41/5 ,不用大型设备，不用焊接与探伤， 施工进度快，节约安装费用。高压管是一种无内衬的玻璃钢管，不但生产效率高，而且在现场切断、对接与维修过 程中不会引起管体材料分层，施工方便，节约人力、物力，是有内衬玻璃钢管或复合管无法比拟的。五、不易结腊不易结垢节约费用由于玻璃钢管的内表面光滑及高分子材料特性，解决了钢管道内表面严重结腊、结垢， 引起管线压力升高，压力不稳定等问题，不必进行清蜡、清垢，节省了管线的运行与维护费 用。六、在线水检质量可

6、靠玻璃钢管的高质量是在生产过程中以严格执行每个工位的操作规程作保证的。除按API标准进行外观检验外，还进行管子的短期爆破试验、循环压力试验、静压试验，保证管子的 力学性能符合设计标准。同时，每根玻璃钢管都进行100%勺在线水压检验，保证管子的良好工艺性与密封性，是产品质量保证的最后一道屏障各种材料的比重、比强度（表1）材质项目纤维缠绕玻璃钢钢铸铁PVC比重1.8-2.17.847.841.4抗拉强度（MPa160-32038018750-60比强度100-16848.525.536.8注：玻璃钢管的比重与内衬层在整个管壁上所占比例有关，因而比强度与壁厚和直径有关（此处管径为700mm。玻璃钢力

7、学性能参数（表2）1.管道2.管件坏向抗拉强度300 MPa拉伸强度140 MPa轴向抗拉强度150 MPa弯曲强度135 MPa轴向弯曲强度140 MPa压缩强度130 MPa层间剪切强度50 MPa拉伸模量9.5 GPa外向抗拉模量25 Gpa弯曲模量9.0 GPa轴向抗拉模量12.5 GPa剪切模量7 Gpa弯曲模量9.3 Gpa玻璃钢物理及其它性能参数（表3）巴柯尔硬度40柏松系数0.3断裂延伸率0.8-1.2%氧指数30%体积电阻率5.5 x 1014 a cm表向电阻率一一1125 X 10 Q内表面粗糙率0.0084食品级残余单体含量200ppmPVG- FRP层间剪切强度7MP

8、a各种材料的性能比较（表4）项目材质纤维缠绕玻璃 钢钢PVC热膨胀系数（10-6/ C)11.212.360-80热传导系数（w/mC)0.481130.21注：玻璃钢的热膨胀系数与内衬占壁厚的比例有关，此处管径为700mm应用领域：管线管：单井集油、原油长输、高压注水、污水回注、三次采油注聚合物、卤水输送。井下油管：注入井、污水处理井、生产井、气井。套 管：注入井、污水处理井。第二部分原材料主原材料环氧树脂酸酎胺类玻璃纤维1）环氧树脂环氧树脂（Epoxy Resin ）是泛指含有两个或两个以上环氧基一5 C-,以脂肪族，脂环族或芳香族等有机化合物为骨架并能通过环氧集团反应形成有用的热固性产物

9、的高分子低聚体双酚A型环氧树脂是由二酚基丙烷（双酚A）和环氧氯丙烷在碱性催化剂（ NaOH作用下缩聚而成。环氧树脂本身是热塑性的半成品，无实际应用价值，只有加入一定量的固化剂反应生成三 维不溶不熔的网络交联结构才能实现它的应用价值。1是热朔性树脂，具有热固性，能与多种固化剂，催化剂及添加剂加成多种性能优异的固化物 几乎能满足各种使用要求2树脂工艺性好，固化时基本不产生小分子挥发物，可低压成型，能溶于多种溶剂3固化物有很高的强度和粘接强度4固化物有较高的耐腐蚀性能和电性能5固化物有一定的韧性和耐热性6固化完全的双酚A是无毒的主要缺点：耐热性，韧性不高，耐湿性和耐候性差2）固化剂（酸酊anhydr

10、ide ）这类固化剂具有低的固化放热量、固化收缩率、吸水性以及内应力，但固化温度高，固化周期较长，通常需要加入少量的胺类促进剂以降低固化温度。具有代表性的酸酊固化剂有邻苯二甲酸酊（PA）、四氢邻苯二甲酸酊 （THPA）、六氢邻苯二甲酸酊 （HHPA）和甲基四氢邻苯二甲酸酊 （MeTHPA） 等。3）固化剂（胺类amine）按化学结构的不同，可分为脂肪胺、芳香胺、脂环胺和其他特殊胺类等，主要是通过伯胺的活泼 氢与环氧基反应，开环形成仲羟基和伯胺基，再进一步与环氧基反应生成叔胺基，最后生成的羟 基在叔胺的催化下开环氧基团生成酸键，形成交联网络结构。3）玻璃纤维（fiberglass）玻璃纤维是非结

11、晶型无机纤维，不然烧，伸长率和线膨胀系数小，能耐许多介质的腐蚀。耐温高,丁玻纤的软化点为 846C, C玻纤的软化点为 688C, S玻纤的软化点为 970c适宜于较 高温度下使用。缺点是不耐磨，易折断，易受机械损伤，长期放置强度下降。E-纤维系铝硼硅酸盐纤维电性能好，耐老化，吸水率低，强度高 .主要成分：（SiO2 ,Al2O3 ,CaO ,MgO,B2O3,.R2O Femo。缠绕制品对玻璃纤维选用原则是，具有较高的强度和弹性模量，对粘结剂有较好的浸润 性，有良好的工艺性和贮存稳定性。玻璃纤维表面应含有与相应使用树脂匹配的表面偶联剂管道成分说明中文 成分分子式增强无碱玻璃纤维SiO2Fib

12、erglass环氧树脂Resin芳香胺类固化剂MDACH31、 环氧树脂：CLCHO2、固化剂第三部分：产品设计、生产与检验标准公司的高压玻璃钢管道和管件的设计、生产与检验严格执行美国石油协会（美国石油 学会）、美国材料实验协会（美国材料实验学会）的相应标准及中华人民共和国石油天然气 行业标准。一、管线管、管件1 Specification for High Pressure Fiberglass Line Pipe （API Specification 15HR） 中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T6267-1996高压玻璃纤维管线管。2 ASTM D2996 Specificatio

13、nfor Filament-WoundFiberglass（Glass-Fiber-Reinforced Thermosetting-Resin）Pipe.纤维缠绕玻璃钢（玻璃纤维增强热固性树脂）管标准规范。3 ASTM D2992 Practice for Obtaining Hydrostatic or Pressure Design Basis for Fiberglass（Glass-Fiber-Reinforced Thermosetting-Resin）Pipe and Fitting. 玻璃钢（玻 璃纤维增强热固性树脂)管与管件的静水压力或压力设计基准的标准实验方法。4 ASTM

14、- D1599 Test Method for Short-Time Hydraulic Failure Pressure of Plastic Pipe, Tubing, and Fittings.塑料管、套管与管件的短期静水压失效压力标准实验方法。5 ASTM D2143 Test Method for Cyclic Pressure Strength of Reinforced, Thermosetting Plastic Pipe.热固性增强塑料管循环压力的标准实验方法。6 ASTM D1598 Test Method for Time-to-Failure of Plastic Pi

15、pe Under Constant Internal Pressure.塑料管在恒定内压作用下的失效时间的标准实验方法。7 ASTM D2105 Test Method for Longitudinal Tensile Properties Fiberglass Pipe and Tube玻璃钢管、套管轴向拉伸性能的标准实验方法。8 ASTM D695 Test Method for Compressive Properties of Rigid Plastics.刚性塑料压缩性能的标准实验方法。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与30c之间线性热膨胀系数的标准实验方法。10 Specification for Threading, Gauging, and Thread Inspection of Casing, Tubing, and Line Pipe Threads (U. S. Customary Units) API SPECIFICATION STANDARD 5B.美国石油协会规格标准 5B,套管，油管与管线管螺纹的加工测量与检验。11 API 15 HR 高压玻璃纤维管线管规范

17、第四部分：产品设计一、管线、部件的压力等级设计根据标准，高压玻璃钢管线的压力等级范围为：3.45MPa-34.50MPa,其等级之间增量为1.73MPa我公司产品的压力等级范围为：3.5MPa-28MPa1、标准工作压力等级设计管线的标准压力有如下公式计算：Ro2- R2Pr =S x Sf x R2+R2式中：Pr =标准压力等级，MPaSs =按ASTMD2992方法B,在65.6 C或更高温度下确定的 20年的长期 静水压强度(LTHS须勺95函信度下限(LCD, MPa (21400)Sf = 0.67 ,应用设计因子(见后面)。R, R =管线最小增强壁厚的外径与内径，mm管线的20

18、年的长期静水压强度(LTHS =23270Psi, 160.7MP395明信度下限(LCD =21400Psi, 149.8MPa如果知道了管线内径R,即可计算管线的标准压力等级。二、部件短时失效压力的设计管线或部件的短时失效压力应按GB/T5351 (ASTM D 1599 Free end )实验方法在室温下进行压力试验来确定。试验要求：试件用公称直径为 4 (in)(D=101.6mrm的同种类、同压力等级部件的两个试样组成，R被定义如下：P b4R=P r4式中：R:为101.6mm?B件的失效压力与该部件标准压力等级之比。Pb4：为101.6mm合格部件的失效压力。心:为101.6m

19、m合格部件的标准压力等级。本标准规定：其它尺寸部件的标准压力等级应满足下式：P bPr WR 4式中：Pr：某尺寸部件的标准压力等级。P b：该尺寸部件的失效压力。三、部件的循环压力的确定部件的循环压力应按 ASTM D2143在室温下以25次/分钟的频率进行循环 压力试验来确定。试验要求：试样由同一尺寸、种类和压力等级的两个试样，按照制造商的要 求安装，部件与管线端部至少要有 12(in)(304.8mm)的距离。循环压力从不大于 0.69MPa(100Psi)到不小试样标准压力的 1.5倍之间波动时，部件在循环5000次后不应失效。四、部件的静态压力确定部件的静态压力应按 ASTM D15

20、98在65.6 C或更高温度下进行压力试验来 确定。试验要求：试样由同一尺寸、种类和压力等级的两个试样，按照制造商的要 求安装，部件与管线端部至少要有 12(in)(304.8mm)的距离。当试验压力为试样标准压力的1.5倍时，部件持续6000小时不应 失效。从管线设计的角度来讲，用标准压力等级设计就已经确定了管线的外径。其余短时失效压力、循环压力、静态压力确定试验，可对管线压力等级起到验证、 校核的作用。五、应用设计因子考虑各种因素对管线压力性能的影响，总的应用设计因子S如下式(1)。它是在复杂应用条件下，允许校正的各个作业因子的总值。Sf=SFCxSFExSFLxSFTxSFA (1)式中

21、：S:总的应用设计因子；SF C:循环压力偏差设计因子，它是以被定义的试验程序为基础的SF E:环境设计因子，它是以被评估试验程序为基础的。SF L:设计寿命因子，它被定义为下式（2）。SF T:温度设计因子，它被定义为下式（3）。（LC感计寿命&65.6C）SF L = （2）（LC0 年寿命 &65.6 C）（LCl设计温度下20年） （3）（LCL65.6 C 下 20 年）说明：较高温度下的LCL值，可用65.6 C下的值代替。对某一设计温度下的LCL 值，可用高于和低于设计温度的某两个已知温度下的LCL值的线性插值求得。否则，可以直接利用高于设计温度的已知温度下的LC

22、L值。但绝不允许采用外推法求解比某一已知温度更高温度下的 LCL值。SF A：附加轴向载荷设计因子（0 10）,它被定义为下式（4）。（T AP （T AASF A = （4）（T AP式中：crAR本标准的标准压力等级下引起的轴向应力，见下式（5）。crAA由附加轴向载荷引起的轴向应力，例如特定曲率半径下的管子弯 曲见下式（6）。PrR(T AP = (5)RoRiEa Roa AA = (6)RC式中：Ea：轴向弹性模量，MPa （Psi）R C：曲率半径，mm （in）。六、管线尺寸1、管线的长度管线的长度应符合下表规定,其测量精度为0.31m。长度1长度2长度3mftmftmft4.5

23、76.4015-216.4010.3621-3410.36或更长34或更长2、管线的内径、壁厚、增强壁厚、外径尺寸及其公差规定下表。公称尺寸mm25.438.150.863.576.288.9101.6127.0152.4203.2inr 111/2221/2331/245r 68最小内径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增强壁厚+22.5% - 0五、管线、部件的连接系统高压玻璃钢管线的连接主要是采用 API外加厚标准螺纹连接，从螺

24、纹的加工 形式和密封形式分，主要有：ACT模制螺纹连接系统；另外，也可采用非API标准螺纹连接系统，该系统是采用带密封圈的螺纹连 接系统，对2” 一6”英时的管线采用4扣/英时螺；8时以上的管线采用2扣/ 英时螺纹。该连接系统一般用于压力不超过 3.5Mpa的管线系统或直径较大的管 线系统。对于高温或强腐蚀的输送介质，要选用特种材质的密封圈。从结构形式上分，又可分为：IJ整体接头系统；接箍连接系统。ACT模制螺纹连接系统数据表管线1.5”2”2 1/2 ”3”4”6”8”螺纹尺寸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 径(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螺纹长度 (mm)(2.36)(2.94)(3.25)(3.50)(3.88)(4.25)(4.85)(in )53.668.376.282.692.2101.6116.8安装损失长度(mm)(2.11)(2.69)(3.00)(3.25)(3.63)(4.00)(4.60)(in )第五部分

26、产品介绍公司产品介绍：公司的主要产品是连续玻璃纤维缠绕的纤维增强热固性树脂管道及其管道配件。一、酸酎固化的环氧树脂管道，其的公称直径范围为(11/2 " -8 " ) 38mm200mm,工作压力为3.5Mpa-25Mpa ,最高工作温度为(175 F) 80 C。直径为(1.5 ” -2.5 ")38mm-61.7mm 的管道长度为 9.14 米；直径为(3 " -4 ” )81mm-105.4mm的管道长度为 9.14米；直径为(6" -8 ”)163.1mm-190.5mm 的管道长度为 9米；二、胺类固化的乙烯基酯树脂管件。其中有：直径

27、为(11/2 ” -6 ")38mm-152.4mm 的 90 弯头(90 elbow)、压力分别为 7Mpa-25Mpa。 直径为(11/2 ” -6 ")38mm-152.4mm 的 45 弯头(45 elbow)、压力分别为 7Mpa-25Mpa。 直径为(11/2 ” -6 ")38mm-152.4mm 的三通(Tee)、压力分别为 7Mpa-25Mpa。直径为(11/2 ” -6 ")38mm-152.4mm 的法兰(Flange)、压力分别为 7Mpa-25Mpa。三、机加管件。其中有：直径为(11/2 ” -8 ")38mm-20

28、0mm的管箍(Coupling )、压力分别为 7Mpa-25Mpa。直径为(11/2 ” -8 ")38mm-200mm的现场螺纹(Field thread )、压力分别为 7Mpa25Mpa。直径为(11/2 ” -8 ")38mm-200mm的短接(Nipple )、压力分别为 7Mpa-25Mpa。各种双外螺纹异径接头。各种内外螺纹异径接头。直径为(1.5 ” -8 ” )38mm-200mm 的丝堵。直径为(2 "-6 ”)38mm-150mmi压力等级为 5.5Mpa-17Mpa的维修管箍。四、胺类固化剂固化的环氧树脂管。其中有：其产品规格和酸酎固化的

29、环氧树脂管道规格相同。五、胺类固化剂固化的环氧树脂管件。其中有：公司提供：1安装工具；2螺纹密封剂；3胶粘剂；4相应的技术资料。第六部分生产过程一、玻璃钢生产方法：基本上可以分为两大类：湿法接触型和干法加压成型。如果按工艺特点来分，有手糊成型法、喷射法、模压法、RTMfeo环氧固化物的性能主要是以 Tg为转折点而发生的。 温度在Tg时为玻璃态。固化物强度 高，硬，偏脆；温度在 Tg过度区附近时，固化物性能发生突变，如弹性模量约下降三个数 量级，抗拉强度和抗剪强度约下降一个数量级，而衰减，断裂伸长率和剥离强度都达到最 大值，当温度高于Tg时就进入高弹态，固化物呈现出橡胶行为要想提高固化物的耐热性，就需要提高固化物的 Tg。固化物Tg越高，其收缩和内应力越大，脆性也会增加，从而是 强度下降。酸酎管Tg>112C 酸酎最佳 Tg 118 CWTgW 124C阳螺纹 Tg&