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        塑料管在船舶上建區(qū)域管路系統(tǒng)中的應(yīng)用

        2019-05-09 08:18:46
        船海工程 2019年2期
        關(guān)鍵詞:塑料管熱熔船級社

        (上海外高橋造船有限公司,上海 200137)

        一般船舶的使用時間為25~30年,經(jīng)過表面鍍鋅處理的鋼質(zhì)管材在海水中的使用壽命為7~10年,通常需要更換2~3次,更換維護所需的設(shè)備及工藝相對復(fù)雜,所需成本高。而塑料管道綠色環(huán)保、耐沖擊、內(nèi)外壁均耐腐蝕,使用時間大于船體壽命。同時,塑料管還具有安裝維護方便、用人少的特點,已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用在船舶建造中。

        1 塑料管與傳統(tǒng)金屬管特性

        1)質(zhì)量。大中型船舶的上層建筑等要求控制質(zhì)量、提高船舶運營載重和乘員數(shù)量,塑料管與傳統(tǒng)鋼管和銅管質(zhì)量對比見表1。

        表1 塑料管與鋼制管及銅管質(zhì)量對比 (每100 m質(zhì)量)kg

        由表1可見,塑料管質(zhì)量較碳鋼、不銹鋼、銅質(zhì)管輕。

        2)價格和安裝工時。塑料管比傳統(tǒng)鍍鋅鋼管、銅管的單位長度價格低[1],而且施工方便,接頭規(guī)格尺寸齊全,彎頭等管附件的黏接、焊接管件方便、迅速,安裝用人少,無需在管內(nèi)外再進行表面處理,節(jié)省工料。

        3)使用壽命。傳統(tǒng)鍍鋅鋼管在海水中的使用壽命為7~10年,而塑料管根據(jù)管材環(huán)向抗拉強度的長期靜水壓力設(shè)計基礎(chǔ)值(HDB),在規(guī)定環(huán)境條件下塑料管使用壽命可達50 年[2]。同時,因其內(nèi)外壁耐腐蝕、不易結(jié)垢,采用電熔焊技術(shù)進行連接和維修,焊接點與管材熔為一體,安全無泄露,使用壽命大于船體生命周期。

        4)清潔無毒, 安全衛(wèi)生。塑料管不會與傳輸介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng),不會產(chǎn)生毒性,內(nèi)壁光滑、不易結(jié)垢、不易產(chǎn)生細(xì)菌。如PE-RT管、PPR管材及衛(wèi)生級的PVC管材均經(jīng)有關(guān)醫(yī)衛(wèi)單位檢驗, 符合飲水食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)[3]。

        5)抗靜電、耐振動、可吸聲。與金屬管相比,塑料管是一種高分子材料,是經(jīng)過聚合反應(yīng)后的產(chǎn)物。通過聚合反應(yīng)改變聚連體在主鏈上的位置和密度,從而達到對分子進行設(shè)計的目的,使其具備了耐溫性,耐靜液壓強度和優(yōu)良的抗沖擊波強度,利用材料本身的粘彈性能達到降低振動和噪音的目的,適用于上建的居住區(qū)域的管系布置,提高乘客舒適度。

        6)改善作業(yè)環(huán)境,提高施工作業(yè)安全性。塑料管路系統(tǒng)采用熱熔焊接形式,減少了鋼質(zhì)管材焊接造成的污染及后續(xù)打磨作業(yè)帶來的噪音和金屬粉塵,改善作業(yè)環(huán)境。同時,塑料管材的粘接、熱熔作業(yè)過程中無明火作業(yè),提高了作業(yè)環(huán)境的安全系數(shù)。

        7)施工作業(yè)空間。塑料管采用電熔焊管件占地空間小,易于操作解決工程難點,使用手持式焊接工具,可直接對管材進熱熔連接,適用狹小空間的管路連接。傳統(tǒng)鋼管制作工藝多,復(fù)雜程度高,同時對操作場地空間要求較大,在狹小空間需有足夠的焊接操作空間進行作業(yè)。

        8)維護方便:維修簡單快速。對塑料管的進行修復(fù)所需維修設(shè)備少且無需專業(yè)工程人員,操作人員可根據(jù)實際維護管路情況,現(xiàn)場對管路進行切割與修改,然后直接熱熔擠壓式連接。傳統(tǒng)鋼管的維護需要提前確認(rèn)各種管路規(guī)格及尺寸,同時需要對管材進行提前加工,維護所需周期長且工藝繁雜,要求操作人員有相應(yīng)資質(zhì),同時對進行管段的施工作業(yè)環(huán)境有較高的安全要求。

        2 規(guī)范對塑料管的要求

        2.1 國際海事組織(IMO)對塑料管的要求

        國際海事組織通過(IMO)的A.753( 18)決議的附錄1—《船用塑料管材的使用指南》(下文簡稱《指南》)為塑料管的在船舶上的使用提供認(rèn)可依據(jù),并制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)來認(rèn)可塑料材料的使用。在《指南》中的材料設(shè)計特性和認(rèn)可中,對船用塑料管的壓力、強度、溫度、抗沖擊、疲勞強度等11項內(nèi)容進行了詳細(xì)的說明,并對耐火、火焰?zhèn)鞑?、毒性、電?dǎo)率、防火涂覆等6項內(nèi)容進行了規(guī)定。同時,《指南》對管路的支撐、外部載荷、安裝、檢驗、防火和水密艙壁的穿艙、管路修復(fù)等涉及塑料管路安裝、質(zhì)量控制的8項內(nèi)容進行解釋。決議附件中,同時規(guī)定防火試驗和相應(yīng)的試驗方法標(biāo)準(zhǔn)(附錄1、附錄2和附錄3)[4]。

        2.2 國際造船協(xié)會對塑料管的要求

        IACS國際船級社協(xié)會IACS UR P4—《船用塑料管的生產(chǎn)與應(yīng)用》(下文簡稱《應(yīng)用》),在(IMO)的A.753(18)的基礎(chǔ)上,對塑料管的使用范圍又做了進一步的明確說明,對塑料管的強度、抗沖擊力、載荷、溫度等參數(shù)有詳細(xì)的要求,同時,《應(yīng)用》對塑料管防火、火焰?zhèn)鞑ァ⑦B接、安裝要求有了更細(xì)致的說明,并對塑料管系的檢查和試驗要求也進行了闡述[5]。

        2.3 船級社對塑料管的要求

        各主要船級社均依照《指南》和《應(yīng)用》要求修訂相關(guān)塑料管道耐火、火焰?zhèn)鞑?、防火涂覆及電?dǎo)率的要求,同時需對進行塑料管產(chǎn)品的進行耐火實驗,其中:法國船級社(BV)《鋼制船舶入級規(guī)范》規(guī)定,對于塑料管和其相關(guān)聯(lián)用附件的耐火要求,應(yīng)按照國際海事組織(IMO)的A.753(18)決議的附錄1進行試驗[6];美國船級社(ABS)《鋼制船舶入級規(guī)范》規(guī)定,塑料管穿過“A”或“B”級防火區(qū)的防火試驗程序應(yīng)按照“A”、“B”和“F”級艙壁的防火試驗程序的建議(經(jīng)修正的)IMO的A.754(18)決議進行試驗;中國船級社(CCS)《鋼制船入級與建造規(guī)范》規(guī)定,塑料管在船上的應(yīng)用范圍及其部位應(yīng)按附錄I規(guī)定并滿足表中規(guī)定的防火要求,其附錄I是根據(jù)(IMO)的A.753(18)與IACS UR P4為基礎(chǔ)進行的編寫,專門確定了塑料管耐火、火焰?zhèn)鞑ァ⒎阑鹜扛布半妼?dǎo)率的要求,用以規(guī)定塑料管在船舶領(lǐng)域應(yīng)用的條件[7]。

        3 塑料管性能

        各種塑料管的性能指標(biāo)對比見表2、3。

        表2 各種塑料管的性能指標(biāo)對比

        4 塑料管的連接

        4.1 PE管熱熔焊接

        塑料管熱熔焊接是通過對管材、管附件加熱,使塑料軟化,再通過外力擠壓讓管段結(jié)合在一起的施工方式。主要分為承插連接和對接連接兩種工藝形式(見圖1),其中:對直徑D大于或等于140 mm的管材建議選用對接焊連接工藝。熱熔連接工具應(yīng)準(zhǔn)確控制承插對接精度,保證加熱面溫度分布均勻,使加熱面的結(jié)構(gòu)符合焊接工藝的要求[8]。

        保證切斷面與管子軸線垂直,使用刮皮器去除熔接段的管端表皮,確保去除因氣候作用或其他污染造成的不利于熔接的管外表層,并用專用清潔劑,清除管端和管附件的油污與灰塵[9]。

        表3 塑料管材應(yīng)用范圍

        連接前在管子和管附件所要求的位置上作標(biāo)記,注意作標(biāo)記的筆不能用油性墨水。(油性墨水易造成夾渣,使熔接點熔接質(zhì)量不穩(wěn)定)。

        在保證所需要的熔焊性能的前提下,熱熔承接焊可在 5 ℃以上環(huán)境進行。Φ25~Φ63 可用手動焊機連接,Φ75~Φ110 用臺式焊機連接。

        在保持時間內(nèi),要求保持管子和管附件相對固定,不許相互轉(zhuǎn)動、彎曲和拉拔,在冷卻結(jié)束之前,確保熔接焊部位(管子和管附件)不受外力影響。

        圖1 塑料管連接示意

        檢查焊接部位是否整潔,如果焊點熔瘤上有殘留物必須將殘留物清除;檢查焊接位置的兩道熔瘤大小差異,差異度超過50%,需對管段否則進行更換;檢查熔瘤是否存在裂縫,焊點是否存在氣孔,如有裂縫或氣孔必須更換;檢查是否滿足同軸要求,若不同軸必須進行更換。

        4.2 PVC 管粘接

        管路系統(tǒng)的粘接,是管路安裝的重要工序,決定了整個系統(tǒng)的完整性。管子和管附件上的膠水涂層在溶解成半液態(tài)狀態(tài)下組裝,兩層膠水會形成一層膠層,并將連接處固化到一起。隨著粘結(jié)溶劑的揮發(fā),溶解的粘接表面和溶劑膠層將硬化,完成管子與管件的連接[10]。

        去除毛刺,用清潔織物擦管子端部和接頭內(nèi)側(cè),以清除灰塵、油脂和潮濕。

        檢查管子和接頭配合狀況,管子在不受外力的情況下,至少應(yīng)插入接頭插口 1/3 處深度,用銼刀或砂紙?zhí)幚砉茏右允蛊渑c接頭配合良好。使用專用清潔劑去除管子端部與接頭內(nèi)表面的光釉。

        接頭內(nèi)壁涂一薄層粘接劑,然后在管子端部與接頭套管深度相等范圍內(nèi),快速均勻的涂一層粘接劑。

        在粘結(jié)劑未干的情況下,將管子插入接頭套管并扭轉(zhuǎn)大約 1/4 圈,以使膠水分布平整,并將管子插到套管底部,禁止在管子插到管件插槽底部后繼續(xù)扭轉(zhuǎn)。

        手緊握管子和接頭保持至少 30 s,以防止管子從套管中退出。擦掉連接處剩余的粘接劑。

        為確保粘接強度,管路需靜止15 min,對于進行壓力試驗的管路,應(yīng)在粘接完成24 h后再進行壓力試驗。

        5 塑料管的支架形式與安裝

        管支架是塑料管系與船體結(jié)構(gòu)的連接部分,管道內(nèi)充滿介質(zhì)后,是原有重量的幾倍,同時,船舶在運營中的振動,增加了塑料管路連接點的應(yīng)力。通過管支架支撐、固定管路,限制塑料管路的移動和變形,保證塑料管路的完整性[11]。圖2為PE管管卡式、圖3為PVC管管卡形式,圖4為管支架形式。

        圖2 PE管管卡形式

        圖3 PVC管管卡形式

        圖4 管支架形式

        管支架的布置主要依照塑料管路的走向,布置取決于幾個因素:材料的撓度、管壁的平均溫度、管壁的厚度。管卡的間距在計算值的基礎(chǔ)上,可以有一定的差值。

        管卡的具體設(shè)置位置應(yīng)考慮到以下幾點要求。

        1)2個固定支架之間需有一個滿足管路伸縮的膨脹環(huán);對塑料管的膨脹進行補償,減少膨脹對管材造成的軸向應(yīng)力。

        2)管支架應(yīng)盡量設(shè)置在船體縱梁、如焊接在甲板面或是艙壁需增加三角墊板。

        3)在彎頭兩端的直管段及管路載荷較集中區(qū)域設(shè)置固定支架。

        4)靠近設(shè)備或法蘭閘閥等處應(yīng)設(shè)置閥件支架,減少設(shè)備或閥件對塑料管的外部拉力。

        6 防火套管安裝

        根據(jù)《國際海上人命安全公約》 ,全船防火區(qū)域可分為A、B、C 3個等級。船用塑料管路無法滿足防火等級要求。因此,必須在管路與艙壁之間增加一段鋼制套管或符合規(guī)范要求的貫穿件裝置。塑料管路貫穿件裝置固定在 A0~A60級艙壁和甲板上,并添充防火堵料,增強管路的防火能力,滿足公約要求。

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