玻璃钢设备在离子膜烧碱装置中的应用

肖恭鑫，朱伯麟，卢栋林，叶得强

（1.金川集团股份有限公司化工厂，甘肃金昌737100；2.甘肃有色冶金职业技术学院，甘肃金昌737100）

玻璃钢设备在离子膜烧碱装置中的应用

肖恭鑫1，朱伯麟1，卢栋林2，叶得强1

（1.金川集团股份有限公司化工厂，甘肃金昌737100；2.甘肃有色冶金职业技术学院，甘肃金昌737100）

介绍了玻璃钢设备的结构特点、防腐机理及其在离子膜烧碱装置中的应用，并结合工程实例与钢衬里设备进行了经济比较，探讨其在设计、施工及使用中应注意的事项。

玻璃钢；烧碱装置；推广应用

玻璃纤维增强塑料，英文缩写 FRP（Fiber Reinforced Plastic），是以玻璃纤维及其制品（如玻璃布、带、毡、纱等）作为增强材料，以合成树脂做为基体材料的一种复合材料。因含有玻璃组分且具有玻璃样的色泽和形体，故俗称为“玻璃钢”。具有重量轻、强度高、耐腐蚀、电绝缘性能好、传热慢、热绝缘性和耐瞬时超高温性能好等特性。金川集团股份有限公司化工厂40万t/a离子膜烧碱两期项目中广泛选用了玻璃钢设备。实践证明，玻璃钢设备应用于腐蚀性较强的氯碱工业领域具有较大的优势，具有推广价值。

1　工程实例应用

两期烧碱系统中玻璃钢设备（含复合设备）共设计使用一百多台，直径4 m以上的设备在现场加工制作，直径4 m以下的设备在制造厂制作完成后运至现场安装。玻璃钢设备在离子膜装置的一次盐水工序、脱硝工序、二次盐水精制工序、电解工序、氯气处理工序、废气处理工序、盐酸合成工序及成品库区等，所涉及的介质有饱和盐水、三氯化铁、氯水、盐酸、湿氯气、次氯酸钠等，见表1。

表1　主要玻璃钢设备使用介质明细表

2　玻璃钢设备

2.1主要组成成分

玻璃钢设备是以玻璃纤维及其制品（如玻璃布、带、毡、纱等）作为增强材料，以合成树脂做为基体材料而制作的设备，其主要成分为树脂和增强材料，主要玻璃钢设备使用介质明细表见表1。

（1）树脂

玻璃钢设备采用不饱和环氧乙烯基树脂，其突出优点是在低压常温下易固化，通过固化剂和促进剂的加入可使制得的树脂在较大范围内变性，而使树脂获得不同的用途。

常用树脂牌号有Atlac430、DERAKANE411和Reichhold9100，固化剂有环己酮、过氧化甲乙酮等。

（2）增强材料

普通玻璃钢设备的内衬层增强材料多采用玻璃纤维短切毡，结构层增强材料为纤维缠绕纱。但在离子膜烧碱装置中，对Ca2+、Mg2+含量有严格控制要求，部分设备和产品储罐制作时需采用低Ca2+、Mg2+树脂作机体材料，即内衬层增强材料采用聚酯纤维表面毡+短切毡取代玻璃纤维，又称“低钙镁玻璃钢设备”。

2.2玻璃钢的耐腐机理

玻璃钢的耐腐性主要取决于树脂的性能，其腐蚀机理主要包括以下几点。

（1）化学腐蚀作用，即树脂中含有的某些特定基团在酸、碱性环境中与腐蚀介质发生化学反应，致使使大分子断裂，造成结构的破坏；

（2）物理作用，即溶剂性介质渗入到FRP罐体内，引起增塑和膨胀并逐步发生溶解，致使FRP鼓泡、脱层、强度失效。

因此，玻璃钢设备的结构铺层通常采用复合结构，由外及里分别为外表层、结构层、防渗层和防腐层。这种复合结构的特点是富树脂层形成耐蚀防渗阻挡层，荷载则由玻璃纤维含量高的结构层承担。其中，与介质接触的最内层是富树脂层，由表面毡增强耐腐蚀树脂组成，树脂含量在90%以上，厚度1 mm左右；次内层是防介质渗漏第二道屏障，由短切毡增强耐腐蚀树脂组成，树脂含量在70%～80%以上，厚度3 mm左右；中间层是结构层，由短切毡与纤维织物重复交替铺层得到，树脂含量在45%左右，厚度由强度设计计算决定；最外层也是富树脂防腐层，一般加有抗老化剂、抗紫外线剂以防大气腐蚀及老化，其树脂含量在90%以上，厚度1 mm左右。

2.3玻璃钢设备制作工艺

玻璃钢成型工艺主要包括手糊成型、喷射成型、纤维缠绕、模压成型、模塑料成型和拉挤成型等。本装置内玻璃钢产品的成型分2种，直径在4 m以下的设备主要以模压成型为主，直径4 m以上的设备在现场加工制作以纤维缠绕成型为主。

模压成型工艺采用浸胶布作为模压料，先将一定量的模压料置于金属对模中，而后在一定温度和压力下成型制得所需的玻璃钢制品。其优点为：所制得的产品尺寸精确，表面光洁，可一次成型，生产效率较高，且产品质量较为稳定，适合于大批量制作各种小型玻璃钢制品。

纤维缠绕工艺是将浸渍过树脂的连续纤维，按一定的规律缠绕到芯模上，层叠至所需的厚度固化后脱模，即成制品。其特点是：可按产品承受应力情况来设计纤维的缠绕规律，使之充分发挥纤维的抗拉强度，并且容易实现机械化和自动化，产品质量较为稳定，若配用不同的树脂基体和纤维的有机复合，则可获得最佳的技术经济效果。

3　玻璃钢设备在工程中的应用分析

下面以盐酸储槽为例进行技术及经济分析，盐酸储槽的设计条件见表2。

表2　盐酸贮槽设计条件

3.1制作与检验

该设备采用现场微机控制自动缠绕成形，主要由顶盖、筒体、底板及内构件组成。制作时严格按HG/T3983-2007《耐化学腐蚀现场缠绕玻璃钢大型容器》执行，其制作过程：首先将底板糊制在基础上；顶盖则采用模压一次性成形；筒体部分先制作防腐层及防渗层，结构层采用阶梯厚度，其厚度从上而下均匀过渡，然后筒体与顶盖用积层连接成一体，再整体上立式缠绕机缠绕成型，最后制作好的筒体经脱模后承插入底板内，连接处内外用玻璃钢基层连接；整体制作完毕后（包括配件安装），喷涂防护层，抗老化胶衣树脂添加紫外线吸收剂、增韧剂。

该设备制作完成后，其质量指标和技术要求应达到以下检验标准：（1）外观质量上光滑平整，色泽均匀，无龟裂、分裂、分层等明显缺陷；（2）几何尺寸允许偏差不大于±1%，不圆度不大于通径的0.5%；（3）内壁锥度不大于1°；（4）安装垂直度不大于3 mm；（5）外表面FRP的巴氏硬度不小于36；（6）树脂固化度不低于85%；（7）设备制作完毕经固化处理后，在常温下盛水试漏72 h以上，无渗漏、无冒汗、无明显变形等现象。

3.2性能价格比较

以规格为Ø 9 000×11 000盐酸储槽为例，与常规钢衬里设备进行经济分析比较见表3。

表3　FRP设备与钢衬里设备性能价格比较

4　玻璃钢设备在设计、施工及使用中的事项

（1）为防止物料直接冲击罐底和罐壁，在设计时应考虑从筒体侧面进料或加设下液管。

（2）考虑到储罐与混凝土基础的膨胀系数不同，为提高使用安全系数，在安装制作之前在基础上应铺垫厚度不小于50 mm的石英砂，尽可能使底板与基础分开。

（3）为弥补玻璃钢材质刚度较小的不足，在设备筒体外还需相应地制作有环向加强筋。

（4）施工中要保证温度在15℃以上，温度过低不利于树脂的充分固化，玻璃钢的内在质量不能保证。

5　结语

在氯碱工业领域，玻璃钢设备正在经历从小范围采用到广泛推广应用的飞跃式发展。大量应用实践也表明，FRP设备在盐水、酸、氯水等方面的使用经验是相当成熟的，且与其他材质设备相比，既延长使用寿命，又节省投资费用与运行成本，综合效益指标十分显著。

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