尹寶瑞，杜子榮，周 武，沈鈺集，陳少斐，朱 烽

(1.海洋石油工程(青島)有限公司，山東 青島 266520；2. 山東海洋工程裝備研究院有限公司，山東 青島 266520)

玻璃鋼(FRP)亦稱作GFRP，即纖維強(qiáng)化塑料，一般是指用玻璃纖維增強(qiáng)不飽和聚酯、環(huán)氧樹脂與酚醛樹脂基體，故俗稱玻璃鋼。由于所使用的樹脂品種不同，因此有聚酯玻璃鋼、環(huán)氧玻璃鋼、酚醛玻璃鋼之別。玻璃鋼的特點包括：質(zhì)輕而硬，不導(dǎo)電，性能穩(wěn)定，機(jī)械強(qiáng)度高，回收利用少，耐腐蝕等；其相對密度在1.5～2.0之間，只有碳鋼的1/4～1/5，可是拉伸強(qiáng)度卻接近甚至超過碳素鋼，某些玻璃鋼的拉伸、彎曲和壓縮強(qiáng)度可以與高級合金鋼相比，可以達(dá)到400MPa以上。正是由于這些特性，玻璃鋼制品正廣泛應(yīng)用于海洋石油工程中。

本文以海洋石油工程(青島)有限公司承建的巴西FPSO P67/P70總包項目為例，簡要敘述玻璃鋼材質(zhì)的欄桿在FPSO建造中的標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用。FPSO(Floating Production Storage and Offloading)是集生產(chǎn)、儲油、卸油為一體的海上浮式生產(chǎn)儲卸油裝置。一般由兩大部分組成：上部組塊和船體，上部組塊完成對原油的加工處理；而船體負(fù)責(zé)儲存合格的原油。在船型不變的情況下，為了能提高船體儲存原油的能力，應(yīng)盡可能降低上部模塊的重量。因此，考慮到玻璃鋼重量輕、強(qiáng)度高的特點，上部組塊的附屬結(jié)構(gòu)大部分設(shè)計為采用玻璃鋼材質(zhì)。巴西FPSO P67/P70總包項目共包含兩艘FPSO，在上部模塊的建造過程中超過95%的欄桿材質(zhì)為酚醛樹脂玻璃鋼，因此欄桿的標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用有著十分重要的現(xiàn)實意義。

1 玻璃鋼欄桿的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計制作

巴西FPSO P67/P70總包項目船體上部模塊的欄桿的設(shè)計宗旨是用于人身安全及設(shè)備設(shè)施的保護(hù)與防護(hù)等。根據(jù)這一宗旨，單片欄桿的設(shè)計圖如圖1所示。

圖1 玻璃鋼欄桿典型圖

經(jīng)過計算，欄桿的橫桿和立柱采用拉擠工藝制造的方管50 mm×6.4 mm進(jìn)行組裝，連接部位采用圓管38 mm×6.4 mm做內(nèi)插件，并以不銹鋼鉚釘固定。為了符合規(guī)范ABNT 15708-2的要求，上層橫桿上表面設(shè)計為歐式扶手。截面形式如圖2所示。

圖2 欄桿及內(nèi)插件截面形式圖

圖3 踢腳板截面形式圖

踢腳板設(shè)計為瓦楞板形式，規(guī)格102 mm×12.7 mm，截面形式如圖3 所示。單片欄桿最長不超過6100 mm，兩跨立柱中心距不超過1100 mm，兩側(cè)外懸長度不超過300 mm。為了保證欄桿的可移動性，單片欄桿通過立柱方管側(cè)面與主結(jié)構(gòu)上焊接的連接板(生根點)進(jìn)行螺栓連接，螺栓尺寸M12×100。兩片欄桿分段處用不銹鋼U型卡子(6.4 mm厚)固定，螺栓尺寸M10×90，起連接緊固作用。欄桿涂裝顏色為安全黃色。制作完成圖如圖4所示。

圖4 玻璃鋼欄桿制作完成圖

2 玻璃鋼欄桿的標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)與檢驗要求

如前文所述，玻璃鋼欄桿雖然有很多優(yōu)點，但同時其缺點及局限性也很明顯，比如玻璃鋼欄桿不能焊接，只能粘接和插接，在現(xiàn)場施工中需要修改時比較麻煩；另外對于其耐候性、耐火性、火焰?zhèn)鞑?、煙霧排放及巴氏硬度等方面也應(yīng)重點關(guān)注。因此，在玻璃鋼欄桿的設(shè)計、制作及檢驗的過程中，應(yīng)力求形成一套完整的、標(biāo)準(zhǔn)化的技術(shù)要求及檢驗要求，該要求可以指導(dǎo)玻璃鋼欄桿應(yīng)用于FPSO建造。

2.1 具體要求

在巴西FPSO P67/P70總包項目的欄桿設(shè)計制作的過程中，總結(jié)歸納了以下幾點要求：

(1)安全要求。欄桿設(shè)計應(yīng)間隔均勻，欄桿布置應(yīng)保證連續(xù)，欄桿表面不能有毛刺、尖角、鋒利的邊等任何可能傷人的隱患存在。欄桿與主結(jié)構(gòu)的連接板(生根點)必須是碳鋼，厚度不應(yīng)小于8mm，生根點通過焊接與主結(jié)構(gòu)連接，保證欄桿與主結(jié)構(gòu)連接牢固。欄桿的作用說到底是對人員和設(shè)備的安全防護(hù)，安全永遠(yuǎn)是第一位的。

(2)環(huán)保要求。制作欄桿的原材料型材應(yīng)為拉擠成型，并且不能含有鹵代化合物，避免污染環(huán)境。材料應(yīng)進(jìn)行毒性試驗，達(dá)標(biāo)后提供相應(yīng)的試驗證書。毒性試驗重點檢測的排放氣體包括：HCl,HF,HBr,HCN,CO,SO2以及NO2。

(3)巴氏硬度要求。巴柯爾(Barcol)硬度(簡稱巴氏硬度)一般用來測量玻璃鋼制品，此測量標(biāo)準(zhǔn)被大多數(shù)國家或國際組織認(rèn)可。它通過一定形狀的硬鋼壓針，在標(biāo)準(zhǔn)彈簧試驗力作用下，壓入試樣表面，用壓針的壓入深度確定材料硬度，定義每壓入0.0076 mm為一個巴氏硬度單位。巴氏硬度單位表示為HBa。玻璃鋼欄桿的巴氏硬度要求不小于35HBa。

(4)試驗件制作要求。所有用于實驗的玻璃鋼欄桿試件，都應(yīng)由一片典型的欄桿連接一個金屬桿件制成，這主要是為了模擬現(xiàn)場實際情況。

(5)耐候性要求。玻璃鋼欄桿試件應(yīng)進(jìn)行720 h加速老化試驗，試驗完成后，試件表面不應(yīng)出現(xiàn)裂紋、裂縫、起泡、變形及纖維外露的現(xiàn)象，否則認(rèn)為試件不合格。

(6)耐火性要求。玻璃鋼欄桿的耐火性主要有兩個評價指標(biāo)：火焰蔓延速率及煙霧蔓延速率。根據(jù)規(guī)范ASTM E 84的要求，火焰蔓延速率應(yīng)小于20，煙霧蔓延速率應(yīng)小于10。

(7)玻璃纖維含量要求。玻璃纖維含量是評價玻璃鋼構(gòu)件質(zhì)量優(yōu)劣的重要指標(biāo)，玻璃纖維含量計算方法如下：

玻璃鋼構(gòu)件的總重量包含玻璃纖維重量和其他固態(tài)物質(zhì)重量，這些固態(tài)物質(zhì)是由原材料在煅燒的過程中產(chǎn)生的，計算含量時需要將玻璃纖維從其中分離出來。對于玻璃鋼欄桿一般要求玻璃纖維的含量不能少于60%。

(8)機(jī)械性能要求。選取一片典型的玻璃鋼欄桿試件，實驗中分別加載兩組載荷，具體形式及要求見表1。

表1 載荷形式

實驗完成后，檢查試件的連接處尤其是與金屬桿件連接的位置，不允許有任何形式的破壞，否則試件不合格。

圖5 欄桿試件示意圖

3 結(jié)論與展望

綜上，玻璃鋼材質(zhì)的優(yōu)點和缺點都很明顯，全面掌握其特性并為工程所用是一項重要目標(biāo)。本文結(jié)合在建實際項目，重點介紹了玻璃鋼欄桿在FPSO上的標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用。其實玻璃鋼材質(zhì)的構(gòu)件在巴油項目中除了欄桿還包括格柵、踏步、直梯、籠梯等，對于這些構(gòu)件我們也都做了大量的標(biāo)準(zhǔn)化工作，以這些工作為基礎(chǔ)，相信會為將來的標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用提供很有價值的參考。

(本文文獻(xiàn)格式：尹寶瑞，杜子榮，周武，等.玻璃鋼欄桿在FPSO建造中的標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用研究[J].山東化工,2018,47(7):76-78.)