玻璃钢材料在气相法二氧化硅项目上的工程应用

单纯

（天津渤化工程有限公司，天津 300193）

在气相法生产二氧化硅的过程中副产大量氯化氢气[1]，副产的氯化氢尾气被输送至盐酸装置进行吸收和解析，经洗涤塔用20%左右的盐酸和水淋洗，形成质量分数为30%左右的盐酸，进入储罐暂存。而后30%的盐酸在解析塔中加热至其沸点从而获得HCl 气体，湿HCl 气体通过循环水和乙二醇溶液冷却后，被输送进入硫酸干燥组合塔进行脱湿干燥，组合塔内的干燥介质为98%的浓硫酸，干燥后的废硫酸质量分数为94%[2]。流程中20%和30%的盐酸、94%的硫酸、以及湿氯化氢气体对金属存在强烈的腐蚀，储存和运输上述介质的设备和管道的材质适宜选择玻璃钢材料，其使用的设备名称及规格见表1。

1 玻璃钢材料的特点

1.1 玻璃钢质量相对轻，利于设备运输及起吊安装

玻璃钢材质的密度小，强度高。玻璃钢储罐设计时壁厚会较钢制容器的厚，但由于玻璃钢密度小，所以总质量较轻。这样不但减少了运输成本，也减少了玻璃钢设备的起吊安装成本；同时由于设备载荷变小，设备基础的造价也变低。在气相二氧化硅项目里有数量不少的玻璃钢设备，这能在很大程度上减少项目的建造成本。

表1 气相法二氧化硅项目中应用的主要玻璃钢设备

1.2 玻璃钢的高强比较高，韧性比较好

玻璃钢设备通常采用玻璃纤维来增强强度。玻璃钢设备能有效的抵抗外界撞击、基础沉降以及地震等自然灾害造成破坏。

1.3 耐腐蚀性好

玻璃钢是以树脂及玻璃纤维为复合而成的耐腐材料，对大气、水和一定浓度的酸、碱有较强的抵抗能力。玻璃钢设备由三层结构复合而成：第一层是由富树脂层构成的防腐蚀内层；第二层是由玻璃纤维构成的承受载荷的增强层；第三层是由玻璃纤维表面毡构成的外表面防腐层。对于气相二氧化硅项目中的盐酸和硫酸溶液玻璃钢能达到很好的防腐蚀效果。

1.4 导热系数小，绝热效果好

玻璃钢材料的导热系数为0.4～1.6W/(m·K)，钢制材料的导热系数70～100W/（m·K）。玻璃钢材质的导热系数远低于钢制材料的导热系数，所以在相同条件下玻璃钢设备损失的热量远小于钢制设备，这在整体上减少了装置的运行费用。

1.5 电绝缘性能好

玻璃钢设备基本为电的绝缘体，其能抵抗雷击、电击破坏。

1.6 可设计性强

玻璃钢材质可以根据工艺和客户需要设计出满足多种使用要求的各种功能的产品。

2 玻璃钢设备的基础要求

玻璃钢设备的地上基础设计和施工质量直接影响到设备乃至整个生产装置能否安全运行。由于基础问题造成玻璃钢设备渗漏事故的大致可归纳为以下两点：第一，设备底垫层不均匀引起应力集中，从而导致设备的脆性破裂；第二，设备基础沉陷引起设备剪切破坏。气相法二氧化硅项目中玻璃钢设备内运行的主要是盐酸和硫酸溶液，这些溶液腐蚀性强，设备出现安全泄露问题，危害性极大。为了保证玻璃钢设备的运行安全，对玻璃钢设备基础提出以下要求：1）玻璃钢设备基础应能承受设备运行重量、施压试验时设备的充水重量以及项目所在地区的地震荷载；2） 设备基础的总沉降量和不均匀沉降量需要满足相关规范的规定；3） 根据储罐的规范要求，玻璃钢设备基础的选择要与地质条件、设备结构形式匹配。（4）平底玻璃钢设备底部结构与设备基础要铺一层细沙来填充空隙，预防由于设备底部与基础之间有空隙而导致的设备底部局部应力过大，出现裂纹。图1 为介绍气相二氧化硅法中硫酸储罐的基础形式。

图1 硫酸储罐基础图

3 玻璃钢管道的安装要求

地上管道的安装方法通常有法兰连接或承插密封连接。玻璃钢管道支撑常用支架形式有固定支架和滑动支架，一些情况也会使用吊架和弹簧支架等。支架间距为：管径小于50mm，支架间距为 5m；管径为 50～500mm 时，管架间距为 4m：管径大于600mm，支架间距为6m[3]。影响玻璃钢管道支吊架形式的因素主要有以下几点：管道的强度和刚度、管道的操作温度和压力、管道的安装情况、管道热补偿情况以及管道运行状况，同时还应该考虑制作和安装成本。支架和管道之间不能硬接触，支架与管道间要垫4mm 左右厚度的聚四氟乙烯垫片。管道与阀门连接时，如果阀门比较重，则需要单独设支架，最好在阀门两端装柔性接头。在与机泵、风机等震动设备连接时，应在设备与管道间增加柔性接管，以免玻璃钢管道震裂；在与大型储罐等中载荷设备连接时也需加装柔性按管，以免设备基础沉降导致的管道断裂。

管道安装完成后，在架空的玻璃钢管道外面缠绕一层玻璃丝布可以有效的延缓玻璃钢管道老化。对于已安装的玻璃钢管道的开孔等施工，需要在完全干燥的条件下进行，而且施工时还需7～8h固化进行固化。现场施工与修补一般很难达到此要求，可采用防风保温棚来满足施工条件。

4 玻璃钢管道试压

玻璃钢管道安装完成后应进行试压试验，以保证运行安全。试压时以洁净水作为试压介质。在给系统注水时要保证系统内的空气全部排净，试验时观测的参考压力为系统管道最高点压力。整体上管线系统遵循高点排气，低点排液的原则，但不允许私自在管道上开口，要在管道上原有的盲板、法兰等接点上寻找合适排放点。试压结束后要及时排净系统内的水，并进行吹扫。玻璃钢管道试压最高压力为操作压力的1.25 倍，且试压过程应是压力阶段性缓慢增加过程。每次升压压力原则上不超过0.5MPa，且需稳定10min，在这稳压过程中观察系统有无异常，以压力不降，无渗漏、无宏观变形为合格，合格后再进行下一阶段升压[4]。试验过程中如果出现有泄漏问题，必须先卸压再处理，等处理结束后重新试验。试压完毕后管道就不能随意更改了，如若修改需对修改部分的管道重新试压。

5 玻璃钢设备及管道维护保养

玻璃钢设备维修保养有以下几种方法：1）对于气泡、裂纹等局部小问题可用工具将该部位铲除，注意处理范围比问题处略大，并用刷子将表面处理干净，之后用同类树脂浸涂，处理部位浸涂至饱满，使表面平整或略高，固化后即可投用。2）对裂缝、孔洞和膨胀变形等问题，可用等强修补的原则进行修复：首先铲除损坏部位，接着处理干净表面，再用丙酮液涂刷几遍，等干燥后，即可开始修补打磨修整坡口呈X 形进行双斜补强。这种方法适宜于修补厚度在12～15mm 以上的设备，修补强度大，安全可靠性高但施工稍复杂。3）对外层脱落和纤维外露问题的处理：首先铲除掉已脱落、分裂部分，然后用丙酮液浸刷几遍，等干燥后涂刷树脂液，达到厚度要求，恢复其完整。

玻璃钢管道的维护保养有以下几种方法[5]：1）玻璃钢管道被尖锐物体扎破且破损处较小，则可采用在破损处粘接玻璃钢卡的方法进行维修。2）玻璃钢管道若受机械损伤且破坏面较大，应在现场制作螺纹并将损坏管段切掉，管道损坏部分切除后的两个端面各做一个外螺纹，将两个钢塑转换接头分别连接在这两个外螺纹上。

6 总结

玻璃钢材料在气相法二氧化硅项目盐酸及干燥工序的应用非常成功，与其它材质相比，既延长了使用寿命，又降低了设备造价，有明显的综合效益。