玻璃鋼材料在氣相法二氧化硅項(xiàng)目上的工程應(yīng)用

單純

（天津渤化工程有限公司，天津 300193）

在氣相法生產(chǎn)二氧化硅的過程中副產(chǎn)大量氯化氫氣[1]，副產(chǎn)的氯化氫尾氣被輸送至鹽酸裝置進(jìn)行吸收和解析，經(jīng)洗滌塔用20%左右的鹽酸和水淋洗，形成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%左右的鹽酸，進(jìn)入儲(chǔ)罐暫存。而后30%的鹽酸在解析塔中加熱至其沸點(diǎn)從而獲得HCl 氣體，濕HCl 氣體通過循環(huán)水和乙二醇溶液冷卻后，被輸送進(jìn)入硫酸干燥組合塔進(jìn)行脫濕干燥，組合塔內(nèi)的干燥介質(zhì)為98%的濃硫酸，干燥后的廢硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為94%[2]。流程中20%和30%的鹽酸、94%的硫酸、以及濕氯化氫氣體對(duì)金屬存在強(qiáng)烈的腐蝕，儲(chǔ)存和運(yùn)輸上述介質(zhì)的設(shè)備和管道的材質(zhì)適宜選擇玻璃鋼材料，其使用的設(shè)備名稱及規(guī)格見表1。

1 玻璃鋼材料的特點(diǎn)

1.1 玻璃鋼質(zhì)量相對(duì)輕，利于設(shè)備運(yùn)輸及起吊安裝

玻璃鋼材質(zhì)的密度小，強(qiáng)度高。玻璃鋼儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)時(shí)壁厚會(huì)較鋼制容器的厚，但由于玻璃鋼密度小，所以總質(zhì)量較輕。這樣不但減少了運(yùn)輸成本，也減少了玻璃鋼設(shè)備的起吊安裝成本；同時(shí)由于設(shè)備載荷變小，設(shè)備基礎(chǔ)的造價(jià)也變低。在氣相二氧化硅項(xiàng)目里有數(shù)量不少的玻璃鋼設(shè)備，這能在很大程度上減少項(xiàng)目的建造成本。

表1 氣相法二氧化硅項(xiàng)目中應(yīng)用的主要玻璃鋼設(shè)備

1.2 玻璃鋼的高強(qiáng)比較高，韌性比較好

玻璃鋼設(shè)備通常采用玻璃纖維來增強(qiáng)強(qiáng)度。玻璃鋼設(shè)備能有效的抵抗外界撞擊、基礎(chǔ)沉降以及地震等自然災(zāi)害造成破壞。

1.3 耐腐蝕性好

玻璃鋼是以樹脂及玻璃纖維為復(fù)合而成的耐腐材料，對(duì)大氣、水和一定濃度的酸、堿有較強(qiáng)的抵抗能力。玻璃鋼設(shè)備由三層結(jié)構(gòu)復(fù)合而成：第一層是由富樹脂層構(gòu)成的防腐蝕內(nèi)層；第二層是由玻璃纖維構(gòu)成的承受載荷的增強(qiáng)層；第三層是由玻璃纖維表面氈構(gòu)成的外表面防腐層。對(duì)于氣相二氧化硅項(xiàng)目中的鹽酸和硫酸溶液玻璃鋼能達(dá)到很好的防腐蝕效果。

1.4 導(dǎo)熱系數(shù)小，絕熱效果好

玻璃鋼材料的導(dǎo)熱系數(shù)為0.4～1.6W/(m·K)，鋼制材料的導(dǎo)熱系數(shù)70～100W/（m·K）。玻璃鋼材質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)低于鋼制材料的導(dǎo)熱系數(shù)，所以在相同條件下玻璃鋼設(shè)備損失的熱量遠(yuǎn)小于鋼制設(shè)備，這在整體上減少了裝置的運(yùn)行費(fèi)用。

1.5 電絕緣性能好

玻璃鋼設(shè)備基本為電的絕緣體，其能抵抗雷擊、電擊破壞。

1.6 可設(shè)計(jì)性強(qiáng)

玻璃鋼材質(zhì)可以根據(jù)工藝和客戶需要設(shè)計(jì)出滿足多種使用要求的各種功能的產(chǎn)品。

2 玻璃鋼設(shè)備的基礎(chǔ)要求

玻璃鋼設(shè)備的地上基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量直接影響到設(shè)備乃至整個(gè)生產(chǎn)裝置能否安全運(yùn)行。由于基礎(chǔ)問題造成玻璃鋼設(shè)備滲漏事故的大致可歸納為以下兩點(diǎn)：第一，設(shè)備底墊層不均勻引起應(yīng)力集中，從而導(dǎo)致設(shè)備的脆性破裂；第二，設(shè)備基礎(chǔ)沉陷引起設(shè)備剪切破壞。氣相法二氧化硅項(xiàng)目中玻璃鋼設(shè)備內(nèi)運(yùn)行的主要是鹽酸和硫酸溶液，這些溶液腐蝕性強(qiáng)，設(shè)備出現(xiàn)安全泄露問題，危害性極大。為了保證玻璃鋼設(shè)備的運(yùn)行安全，對(duì)玻璃鋼設(shè)備基礎(chǔ)提出以下要求：1）玻璃鋼設(shè)備基礎(chǔ)應(yīng)能承受設(shè)備運(yùn)行重量、施壓試驗(yàn)時(shí)設(shè)備的充水重量以及項(xiàng)目所在地區(qū)的地震荷載；2） 設(shè)備基礎(chǔ)的總沉降量和不均勻沉降量需要滿足相關(guān)規(guī)范的規(guī)定；3） 根據(jù)儲(chǔ)罐的規(guī)范要求，玻璃鋼設(shè)備基礎(chǔ)的選擇要與地質(zhì)條件、設(shè)備結(jié)構(gòu)形式匹配。（4）平底玻璃鋼設(shè)備底部結(jié)構(gòu)與設(shè)備基礎(chǔ)要鋪一層細(xì)沙來填充空隙，預(yù)防由于設(shè)備底部與基礎(chǔ)之間有空隙而導(dǎo)致的設(shè)備底部局部應(yīng)力過大，出現(xiàn)裂紋。圖1 為介紹氣相二氧化硅法中硫酸儲(chǔ)罐的基礎(chǔ)形式。

圖1 硫酸儲(chǔ)罐基礎(chǔ)圖

3 玻璃鋼管道的安裝要求

地上管道的安裝方法通常有法蘭連接或承插密封連接。玻璃鋼管道支撐常用支架形式有固定支架和滑動(dòng)支架，一些情況也會(huì)使用吊架和彈簧支架等。支架間距為：管徑小于50mm，支架間距為 5m；管徑為 50～500mm 時(shí)，管架間距為 4m：管徑大于600mm，支架間距為6m[3]。影響玻璃鋼管道支吊架形式的因素主要有以下幾點(diǎn)：管道的強(qiáng)度和剛度、管道的操作溫度和壓力、管道的安裝情況、管道熱補(bǔ)償情況以及管道運(yùn)行狀況，同時(shí)還應(yīng)該考慮制作和安裝成本。支架和管道之間不能硬接觸，支架與管道間要墊4mm 左右厚度的聚四氟乙烯墊片。管道與閥門連接時(shí)，如果閥門比較重，則需要單獨(dú)設(shè)支架，最好在閥門兩端裝柔性接頭。在與機(jī)泵、風(fēng)機(jī)等震動(dòng)設(shè)備連接時(shí)，應(yīng)在設(shè)備與管道間增加柔性接管，以免玻璃鋼管道震裂；在與大型儲(chǔ)罐等中載荷設(shè)備連接時(shí)也需加裝柔性按管，以免設(shè)備基礎(chǔ)沉降導(dǎo)致的管道斷裂。

管道安裝完成后，在架空的玻璃鋼管道外面纏繞一層玻璃絲布可以有效的延緩玻璃鋼管道老化。對(duì)于已安裝的玻璃鋼管道的開孔等施工，需要在完全干燥的條件下進(jìn)行，而且施工時(shí)還需7～8h固化進(jìn)行固化。現(xiàn)場(chǎng)施工與修補(bǔ)一般很難達(dá)到此要求，可采用防風(fēng)保溫棚來滿足施工條件。

4 玻璃鋼管道試壓

玻璃鋼管道安裝完成后應(yīng)進(jìn)行試壓試驗(yàn)，以保證運(yùn)行安全。試壓時(shí)以潔凈水作為試壓介質(zhì)。在給系統(tǒng)注水時(shí)要保證系統(tǒng)內(nèi)的空氣全部排凈，試驗(yàn)時(shí)觀測(cè)的參考?jí)毫橄到y(tǒng)管道最高點(diǎn)壓力。整體上管線系統(tǒng)遵循高點(diǎn)排氣，低點(diǎn)排液的原則，但不允許私自在管道上開口，要在管道上原有的盲板、法蘭等接點(diǎn)上尋找合適排放點(diǎn)。試壓結(jié)束后要及時(shí)排凈系統(tǒng)內(nèi)的水，并進(jìn)行吹掃。玻璃鋼管道試壓最高壓力為操作壓力的1.25 倍，且試壓過程應(yīng)是壓力階段性緩慢增加過程。每次升壓壓力原則上不超過0.5MPa，且需穩(wěn)定10min，在這穩(wěn)壓過程中觀察系統(tǒng)有無異常，以壓力不降，無滲漏、無宏觀變形為合格，合格后再進(jìn)行下一階段升壓[4]。試驗(yàn)過程中如果出現(xiàn)有泄漏問題，必須先卸壓再處理，等處理結(jié)束后重新試驗(yàn)。試壓完畢后管道就不能隨意更改了，如若修改需對(duì)修改部分的管道重新試壓。

5 玻璃鋼設(shè)備及管道維護(hù)保養(yǎng)

玻璃鋼設(shè)備維修保養(yǎng)有以下幾種方法：1）對(duì)于氣泡、裂紋等局部小問題可用工具將該部位鏟除，注意處理范圍比問題處略大，并用刷子將表面處理干凈，之后用同類樹脂浸涂，處理部位浸涂至飽滿，使表面平整或略高，固化后即可投用。2）對(duì)裂縫、孔洞和膨脹變形等問題，可用等強(qiáng)修補(bǔ)的原則進(jìn)行修復(fù)：首先鏟除損壞部位，接著處理干凈表面，再用丙酮液涂刷幾遍，等干燥后，即可開始修補(bǔ)打磨修整坡口呈X 形進(jìn)行雙斜補(bǔ)強(qiáng)。這種方法適宜于修補(bǔ)厚度在12～15mm 以上的設(shè)備，修補(bǔ)強(qiáng)度大，安全可靠性高但施工稍復(fù)雜。3）對(duì)外層脫落和纖維外露問題的處理：首先鏟除掉已脫落、分裂部分，然后用丙酮液浸刷幾遍，等干燥后涂刷樹脂液，達(dá)到厚度要求，恢復(fù)其完整。

玻璃鋼管道的維護(hù)保養(yǎng)有以下幾種方法[5]：1）玻璃鋼管道被尖銳物體扎破且破損處較小，則可采用在破損處粘接玻璃鋼卡的方法進(jìn)行維修。2）玻璃鋼管道若受機(jī)械損傷且破壞面較大，應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)制作螺紋并將損壞管段切掉，管道損壞部分切除后的兩個(gè)端面各做一個(gè)外螺紋，將兩個(gè)鋼塑轉(zhuǎn)換接頭分別連接在這兩個(gè)外螺紋上。

6 總結(jié)

玻璃鋼材料在氣相法二氧化硅項(xiàng)目鹽酸及干燥工序的應(yīng)用非常成功，與其它材質(zhì)相比，既延長(zhǎng)了使用壽命，又降低了設(shè)備造價(jià)，有明顯的綜合效益。