FRP/PVC复合管在氯碱生产盐酸输送管道中的应用

郭瑞卿

（河南永银化工实业有限公司，河南 舞阳 462400）

河南永银化工实业有限公司20万t/a 聚氯乙烯项目一期工程在建设时期，成品盐酸储罐盐酸输送管道采用碳钢衬胶材质，在实际生产使用过程中存在以下弊端：（1）由于衬胶管道采用法兰连接，密封部位较多，在冬季气温较低情况下，受环境温度影响，管道纵向收缩，造成法兰连接部位密封不严，出现介质泄漏现象，增加了管线维护工作量；（2）衬胶管道衬胶层脱落、鼓泡，堵塞管道或造成介质泄漏对碳钢层造成腐蚀，需花费大量资金进行更换，同时还造成3价铁离子进入盐酸中，影响成品盐酸品质；（3）生产过程中部分装置环境中存在腐蚀性介质，碳钢衬胶管道外层出现了不同程度的腐蚀。该公司根据实际情况将该部位管道更换为FRP/PVC 复合管，更换后完全满足盐酸输送管线的使用条件，避免了因使用碳钢衬胶管道而产生的以上问题。

1 FRP/PVC 复合管的主要特性及使用优点

FRP/PVC 复合管是以硬质聚氯乙烯为内衬，玻璃钢作为外增强层，经过纤维缠绕工艺复合制成。该管道主要用于输送温度为-10～80 ℃、压力≤1.6 MPa 腐蚀性流体，既有PVC 管耐酸、碱腐蚀的特点，又克服了PVC 管在温度条件下耐压强度较低的特点，PVC管仅起耐介质腐蚀的作用，耐压强度完全有FRP 增强层承担。这种管道具有耐腐蚀性能好、耐温性好、流体阻力小、无电化学腐蚀、投资省、安装方便等特点，常用于有腐蚀介质的环境。

2 FRP/PVC 复合管的连接与施工

2.1 连接方式及对应的施工技术措施

2.1.1 对焊连接及施工技术措施

该连接方式结构简单、安装方便，连接后需使用FRP 增强，主要适用于管径大于200 mm 的管道，焊接部位为FRP/PVC 复合管基层管道（即内管PVC材质部分）的焊接。

焊接的施工技术措施：（1）焊口部位的处理。焊接处采用V 型焊缝，厚度小于5 mm 时，坡口倾斜角为60°～70°，厚度大于5 mm 时，则为70°～80°，同时要留2 mm 顿边。坡口要平直，保持边缘沿焊缝全长均匀一致；（2）焊接采用热风焊。焊接时必须保持管道中心线一致，焊接温度控制在200～250 ℃，焊接速度为9～15 m/h，焊条延伸率应控制在15%以内，不能过大，以免焊条产生过大的收缩应力；（3）焊条的使用要求。焊接时无论采用多粗直径的焊条，第一根焊条（即“根焊条”）都选用直径2.0～2.5 mm 的单焊条，以保证焊接时熔化的焊条能挤过坡口端部所留的间隙，避免焊不透。间隙一般取0.5～1.0 mm。填满焊缝根部时，焊条伸入缝隙内，并使焊条突出焊缝背面1.0～1.5 mm，从而使根部结合良好。为了使焊缝开端处焊条与焊件能良好结合，首先需加热焊条端部，把它弯曲成直角，并插入已加热的焊缝中，使焊条尾端突出焊缝切口处10 mm 左右。更换焊条时，将焊在焊缝中的焊条用热刀切成约30°～45°的斜坡，再将待焊的焊条开端也切成30°～45°的斜坡，然后稍微加热搭接处再继续焊接。焊接时，焊条本体和对焊条施加压力的方向都应与被焊材料的焊缝成90°角度，最大不超过100°，对焊条所施加的压力应视焊条直径大小而定；（4）为了避免焊缝边缘单面加热，焊枪喷嘴必须精确地沿焊缝方向移动。焊枪喷嘴和焊件之间的夹角为20°～45°，焊条粗、焊件薄的，应加热焊条，夹角取得小些，反之，焊条细、焊件厚的，应多热焊件，夹角取得大些；（5）为达到均匀加热焊条和焊件的目的，焊枪喷嘴与焊缝表面的距离最好保持在5～6 mm。为了防止PVC 分解，焊枪喷嘴应不断地上下左右摆动，但摆动角度不宜太大，避免被焊接材料受热区过大过宽。摆动的速度约为每秒1～3次，宽度约为8.0～12.0 mm，最宽不超过15 mm；（6）焊缝中每根焊条接头处必须错开，以保证焊缝强度，焊缝表面应饱满、平稳，不能有波纹及凹痕现象。不能有烧焦分解现象，出现后应立即清除并补焊；焊后应使焊缝自然冷却，不允许用水或压缩空气进行冷却，以免焊缝裂开；（7）焊接完成后用FRP 对焊接处进行加固处理。

2.1.2 承插连接

该连接形式耐高压、结构简单、施工方便，但不可拆卸，主要适用于管径小于200 mm 的管道，连接后为防止连接部位老化，需使用FRP 缠绕增强。

承插连接的施工技术措施：（1）用角向磨光机将管道端部（插口）及连接管件内部（承口）表面PVC部分打毛，打磨要均匀，使外表呈灰色，清除粉尘；并用PVC 表面专用清洗剂将打毛部位清洗干净；（2）在承口及插头部分快速均匀地涂刷界面粘接剂；如间隙较大，可在胶粘剂内加少许PVC 粉作填料，以增加粘接剂的稠度；（3）将插口迅速插入承口，沿管件的轴线方向旋转1/6周，迅速推到规定的位置，在不少于60 s 的时间内，保持所施加的外力不变。完全插入后迅速将承口外露处的粘接剂抹去；（4）连接部位固化后，用FRP 对其进行增强加固。

2.1.3 法兰连接

法兰为FRP/PVC 复合法兰，该连接形式结构简单、拆卸方便、便于安装，一般用在与设备本体进出口或伸缩节的连接上。法兰与管道连接时，主要有承插连接与焊接两种方式，但是焊接时法兰的内外两面都必须与管子焊接，法兰面与管子轴线倾斜度应小于或等于管子外径的1/100。

2.2 FRP/PVC 复合管FRP 增强层的施工

FRP/PVC 复合管在连接完毕后，要对连接部位进行FRP 缠绕，以增强接口部位的强度及密封性，防止接口部位PVC 部位受环境影响而老化。施工时的技术条件及具体操作方法如下。

（1）涂刷界面粘合剂。为便于FRP 与PVC 能较好的粘结在一起，在缠绕前需在缠绕部位表面均匀密实涂一层界面粘合剂，然后再缠绕FRP 增强层。在涂粘合剂前对增强部位去除表面油污，并均匀涂刷一层PVC 表面处理剂，保持连接部位内管外壁表面清洁。界面粘合剂必须调和稀稠适宜，涂层不得流淌，厚薄均匀，不得有涂漏的空白点；（2）选用适当的复合层材料。增强材料采用无碱无蜡玻璃丝布，宽度为50～100 mm，厚度为0.1 mm。不饱和聚酯树脂按介质温度t 选择，小于30 ℃时选用牌号为196；30～60 ℃时选用牌号为197或323；60～80 ℃时选用牌号199或MFE-3；（3）不饱和树脂的固化。应根据操作环境温度加适量的固化剂，固化剂有引发剂（50%过氧化环乙酮糊）和促进剂（含6%环烷酸钴的苯乙烯液），其用量各为0.4%～4%，使用时应分开放置。使用固化剂时，应防止掺入铁锈、金属碎屑或硬纸板等，以免固化剂本身分解引起着火。先加引发剂，调和均匀再加促进剂，不可能将二者直接混合，否则将引起爆炸。未完全固化时，避免碰撞或移动管道。

2.3 施工过程中需注意的一些其他措施

（1）为避免复合管道在使用中受环境温度影响，产生热胀、冷缩而发生扭曲和扭转变形，要在直管段合适部位加装伸缩节，伸缩节要满足耐介质及环境腐蚀；（2）FRP 增强层在施工时，环境温度宜在15～25 ℃，若环境温度低于10 ℃时，须提高温度。但要注意防火、防尘，并在通风良好的场地进行，防止中毒。同时确保增强层完全固化，不饱和树脂固化时间一般为15～20天，固化时要防止管子变形。

3 结语

FRP/PVC 复合管不仅耐腐蚀性好，而且较碳钢衬胶管道有施工质量轻、维护检修工作量小、耐环境腐蚀等优点。鉴于该复合管具有的优良特性，在氯碱及其他化工生产输送低压、常温腐蚀性介质中，将代替碳钢衬胶管道得到广泛的推广及应用。