玻璃鋼設(shè)備在離子膜燒堿裝置中的應(yīng)用

肖恭鑫，朱伯麟，盧棟林，葉得強(qiáng)

（1.金川集團(tuán)股份有限公司化工廠，甘肅金昌737100；2.甘肅有色冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅金昌737100）

玻璃鋼設(shè)備在離子膜燒堿裝置中的應(yīng)用

肖恭鑫1，朱伯麟1，盧棟林2，葉得強(qiáng)1

（1.金川集團(tuán)股份有限公司化工廠，甘肅金昌737100；2.甘肅有色冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅金昌737100）

介紹了玻璃鋼設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、防腐機(jī)理及其在離子膜燒堿裝置中的應(yīng)用，并結(jié)合工程實(shí)例與鋼襯里設(shè)備進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)比較，探討其在設(shè)計、施工及使用中應(yīng)注意的事項。

玻璃鋼；燒堿裝置；推廣應(yīng)用

玻璃纖維增強(qiáng)塑料，英文縮寫 FRP（Fiber Reinforced Plastic），是以玻璃纖維及其制品（如玻璃布、帶、氈、紗等）作為增強(qiáng)材料，以合成樹脂做為基體材料的一種復(fù)合材料。因含有玻璃組分且具有玻璃樣的色澤和形體，故俗稱為“玻璃鋼”。具有重量輕、強(qiáng)度高、耐腐蝕、電絕緣性能好、傳熱慢、熱絕緣性和耐瞬時超高溫性能好等特性。金川集團(tuán)股份有限公司化工廠40萬t/a離子膜燒堿兩期項目中廣泛選用了玻璃鋼設(shè)備。實(shí)踐證明，玻璃鋼設(shè)備應(yīng)用于腐蝕性較強(qiáng)的氯堿工業(yè)領(lǐng)域具有較大的優(yōu)勢，具有推廣價值。

1　工程實(shí)例應(yīng)用

兩期燒堿系統(tǒng)中玻璃鋼設(shè)備（含復(fù)合設(shè)備）共設(shè)計使用一百多臺，直徑4 m以上的設(shè)備在現(xiàn)場加工制作，直徑4 m以下的設(shè)備在制造廠制作完成后運(yùn)至現(xiàn)場安裝。玻璃鋼設(shè)備在離子膜裝置的一次鹽水工序、脫硝工序、二次鹽水精制工序、電解工序、氯氣處理工序、廢氣處理工序、鹽酸合成工序及成品庫區(qū)等，所涉及的介質(zhì)有飽和鹽水、三氯化鐵、氯水、鹽酸、濕氯氣、次氯酸鈉等，見表1。

表1　主要玻璃鋼設(shè)備使用介質(zhì)明細(xì)表

2　玻璃鋼設(shè)備

2.1主要組成成分

玻璃鋼設(shè)備是以玻璃纖維及其制品（如玻璃布、帶、氈、紗等）作為增強(qiáng)材料，以合成樹脂做為基體材料而制作的設(shè)備，其主要成分為樹脂和增強(qiáng)材料，主要玻璃鋼設(shè)備使用介質(zhì)明細(xì)表見表1。

（1）樹脂

玻璃鋼設(shè)備采用不飽和環(huán)氧乙烯基樹脂，其突出優(yōu)點(diǎn)是在低壓常溫下易固化，通過固化劑和促進(jìn)劑的加入可使制得的樹脂在較大范圍內(nèi)變性，而使樹脂獲得不同的用途。

常用樹脂牌號有Atlac430、DERAKANE411和Reichhold9100，固化劑有環(huán)己酮、過氧化甲乙酮等。

（2）增強(qiáng)材料

普通玻璃鋼設(shè)備的內(nèi)襯層增強(qiáng)材料多采用玻璃纖維短切氈，結(jié)構(gòu)層增強(qiáng)材料為纖維纏繞紗。但在離子膜燒堿裝置中，對Ca2+、Mg2+含量有嚴(yán)格控制要求，部分設(shè)備和產(chǎn)品儲罐制作時需采用低Ca2+、Mg2+樹脂作機(jī)體材料，即內(nèi)襯層增強(qiáng)材料采用聚酯纖維表面氈+短切氈取代玻璃纖維，又稱“低鈣鎂玻璃鋼設(shè)備”。

2.2玻璃鋼的耐腐機(jī)理

玻璃鋼的耐腐性主要取決于樹脂的性能，其腐蝕機(jī)理主要包括以下幾點(diǎn)。

（1）化學(xué)腐蝕作用，即樹脂中含有的某些特定基團(tuán)在酸、堿性環(huán)境中與腐蝕介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，致使使大分子斷裂，造成結(jié)構(gòu)的破壞；

（2）物理作用，即溶劑性介質(zhì)滲入到FRP罐體內(nèi)，引起增塑和膨脹并逐步發(fā)生溶解，致使FRP鼓泡、脫層、強(qiáng)度失效。

因此，玻璃鋼設(shè)備的結(jié)構(gòu)鋪層通常采用復(fù)合結(jié)構(gòu)，由外及里分別為外表層、結(jié)構(gòu)層、防滲層和防腐層。這種復(fù)合結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是富樹脂層形成耐蝕防滲阻擋層，荷載則由玻璃纖維含量高的結(jié)構(gòu)層承擔(dān)。其中，與介質(zhì)接觸的最內(nèi)層是富樹脂層，由表面氈增強(qiáng)耐腐蝕樹脂組成，樹脂含量在90%以上，厚度1 mm左右；次內(nèi)層是防介質(zhì)滲漏第二道屏障，由短切氈增強(qiáng)耐腐蝕樹脂組成，樹脂含量在70%～80%以上，厚度3 mm左右；中間層是結(jié)構(gòu)層，由短切氈與纖維織物重復(fù)交替鋪層得到，樹脂含量在45%左右，厚度由強(qiáng)度設(shè)計計算決定；最外層也是富樹脂防腐層，一般加有抗老化劑、抗紫外線劑以防大氣腐蝕及老化，其樹脂含量在90%以上，厚度1 mm左右。

2.3玻璃鋼設(shè)備制作工藝

玻璃鋼成型工藝主要包括手糊成型、噴射成型、纖維纏繞、模壓成型、模塑料成型和拉擠成型等。本裝置內(nèi)玻璃鋼產(chǎn)品的成型分2種，直徑在4 m以下的設(shè)備主要以模壓成型為主，直徑4 m以上的設(shè)備在現(xiàn)場加工制作以纖維纏繞成型為主。

模壓成型工藝采用浸膠布作為模壓料，先將一定量的模壓料置于金屬對模中，而后在一定溫度和壓力下成型制得所需的玻璃鋼制品。其優(yōu)點(diǎn)為：所制得的產(chǎn)品尺寸精確，表面光潔，可一次成型，生產(chǎn)效率較高，且產(chǎn)品質(zhì)量較為穩(wěn)定，適合于大批量制作各種小型玻璃鋼制品。

纖維纏繞工藝是將浸漬過樹脂的連續(xù)纖維，按一定的規(guī)律纏繞到芯模上，層疊至所需的厚度固化后脫模，即成制品。其特點(diǎn)是：可按產(chǎn)品承受應(yīng)力情況來設(shè)計纖維的纏繞規(guī)律，使之充分發(fā)揮纖維的抗拉強(qiáng)度，并且容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動化，產(chǎn)品質(zhì)量較為穩(wěn)定，若配用不同的樹脂基體和纖維的有機(jī)復(fù)合，則可獲得最佳的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。

3　玻璃鋼設(shè)備在工程中的應(yīng)用分析

下面以鹽酸儲槽為例進(jìn)行技術(shù)及經(jīng)濟(jì)分析，鹽酸儲槽的設(shè)計條件見表2。

表2　鹽酸貯槽設(shè)計條件

3.1制作與檢驗

該設(shè)備采用現(xiàn)場微機(jī)控制自動纏繞成形，主要由頂蓋、筒體、底板及內(nèi)構(gòu)件組成。制作時嚴(yán)格按HG/T3983-2007《耐化學(xué)腐蝕現(xiàn)場纏繞玻璃鋼大型容器》執(zhí)行，其制作過程：首先將底板糊制在基礎(chǔ)上；頂蓋則采用模壓一次性成形；筒體部分先制作防腐層及防滲層，結(jié)構(gòu)層采用階梯厚度，其厚度從上而下均勻過渡，然后筒體與頂蓋用積層連接成一體，再整體上立式纏繞機(jī)纏繞成型，最后制作好的筒體經(jīng)脫模后承插入底板內(nèi)，連接處內(nèi)外用玻璃鋼基層連接；整體制作完畢后（包括配件安裝），噴涂防護(hù)層，抗老化膠衣樹脂添加紫外線吸收劑、增韌劑。

該設(shè)備制作完成后，其質(zhì)量指標(biāo)和技術(shù)要求應(yīng)達(dá)到以下檢驗標(biāo)準(zhǔn)：（1）外觀質(zhì)量上光滑平整，色澤均勻，無龜裂、分裂、分層等明顯缺陷；（2）幾何尺寸允許偏差不大于±1%，不圓度不大于通徑的0.5%；（3）內(nèi)壁錐度不大于1°；（4）安裝垂直度不大于3 mm；（5）外表面FRP的巴氏硬度不小于36；（6）樹脂固化度不低于85%；（7）設(shè)備制作完畢經(jīng)固化處理后，在常溫下盛水試漏72 h以上，無滲漏、無冒汗、無明顯變形等現(xiàn)象。

3.2性能價格比較

以規(guī)格為? 9 000×11 000鹽酸儲槽為例，與常規(guī)鋼襯里設(shè)備進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析比較見表3。

表3　FRP設(shè)備與鋼襯里設(shè)備性能價格比較

4　玻璃鋼設(shè)備在設(shè)計、施工及使用中的事項

（1）為防止物料直接沖擊罐底和罐壁，在設(shè)計時應(yīng)考慮從筒體側(cè)面進(jìn)料或加設(shè)下液管。

（2）考慮到儲罐與混凝土基礎(chǔ)的膨脹系數(shù)不同，為提高使用安全系數(shù)，在安裝制作之前在基礎(chǔ)上應(yīng)鋪墊厚度不小于50 mm的石英砂，盡可能使底板與基礎(chǔ)分開。

（3）為彌補(bǔ)玻璃鋼材質(zhì)剛度較小的不足，在設(shè)備筒體外還需相應(yīng)地制作有環(huán)向加強(qiáng)筋。

（4）施工中要保證溫度在15℃以上，溫度過低不利于樹脂的充分固化，玻璃鋼的內(nèi)在質(zhì)量不能保證。

5　結(jié)語

在氯堿工業(yè)領(lǐng)域，玻璃鋼設(shè)備正在經(jīng)歷從小范圍采用到廣泛推廣應(yīng)用的飛躍式發(fā)展。大量應(yīng)用實(shí)踐也表明，F(xiàn)RP設(shè)備在鹽水、酸、氯水等方面的使用經(jīng)驗是相當(dāng)成熟的，且與其他材質(zhì)設(shè)備相比，既延長使用壽命，又節(jié)省投資費(fèi)用與運(yùn)行成本，綜合效益指標(biāo)十分顯著。

Popularization and application of riber-reinforced-plastic equipment in ionic-membrane caustic soda system

XIAO Gong-xin1，ZHU Bo-Lin1，LU Dong-lin2，YE De-qiang1
（1.Chemical Plant of JinChuan Group Co.，Ltd.，Jinchang 737100，China；2.Gansu institute of non-ferrous metals metallurgy，JinChang 737100，China）

The structure characteristics and corrosion mechanism of FRP equipment are mailly introduced in this paper，as also the engineering application in ionic membrane caustic soda system.at the same time，the measures that should be paid attention in the FRP design，construction and use are discussed combining with engineering examples.

fibre reinforced plastic；caustic soda system；popularization and application

TQ114.26

B

1009-1785（2016）07-0032-03

2016-03-07