泡沫玻璃在硫磺池保溫隔熱結構中的應用

李 剛，吳劍軍

中國石油工程建設有限公司，北京100010

1 工程概述

阿爾及利亞煉油廠改擴建項目是阿爾及利亞國家石油公司（Sonatrach）的一項煉油改造升級項目[1]，包含生產規模為7 t/d 的硫磺回收裝置一套，采用的是法國的AXNES 專利，中國石油工程建設有限公司總承包，施工單位為中國石油吉林化建工程有限公司。

硫磺池是硫磺回收裝置中液硫脫氣設施，分為脫氣區和存儲區。其主要作用是通過往硫磺池中鼓入空氣不斷地翻動液硫的方法來脫除H2S 氣體，以維持氣相中的H2S 濃度在爆炸極限以下，避免H2S釋放到空氣或帶入硫磺包裝單元污染環境大氣，并防止硫磺固化處理中有爆炸危險產生[2]。液硫自硫磺池脫氣區溢流至存儲區，存儲區的液硫經硫磺池泵升壓后進入硫磺冷卻器，冷卻后再循環回脫氣區[3]。脫氣后的液硫通過液硫輸轉泵送至硫磺成型單元以生產粒狀固體硫磺；通過泵出口流量控制，定量輸送液硫到造粒機機頭部位進行固態化處理；然后輸送至產品包裝單元，實現產品包裝和外運。

2 硫磺池的設計要點及材料

2.1 硫磺池設計要點

本硫磺池平面尺寸為9.3 m×3.3 m，整體為地下結構，共分3 個區，即2 個脫氣區、1 個存儲區。硫磺池主體為C35 現澆混凝土結構，池壁和池底混凝土厚度為350 mm，脫氣區和儲存區的隔墻厚度為250 mm，頂蓋板為250 mm 厚的預制混凝土蓋板。脫氣區的最小深度約為2.97 m，儲存區的最大深度約為3.61 m。為滿足硫磺池的使用要求，硫磺池池底均有一定的坡度。硫磺池的平面及剖面示意見圖1。

2.2 硫磺池材料應用

圖1 硫磺池的平面和剖面

硫磺池所收納的液體為液硫，其最高溫度達170 ℃，且具有極強的酸性。故硫磺池的池內壁需設置一層保溫隔熱內襯，防止液硫對鋼筋混凝土池壁產生侵害。該硫磺池采用的保溫及抗酸技術不同于國內硫磺池的常規做法，在硫磺池池底和池壁采用50 mm 厚的泡沫玻璃作為保溫層，保溫層表面澆筑50 mm 厚的抗酸混凝土（內含一層φ2 mm 的不銹鋼絲網片） 作為抗酸涂層，泡沫玻璃之間以及開孔的周圍采用PC62 KOMP 膠泥填充；頂板為預制混凝土蓋板，下表面涂刷3 mm 厚的Nukote抗酸涂料；蓋板之間的填縫采用抗酸膠泥（Nafufill GTS-HS） 填充，池底部結構找坡2%。除Nukote為美國進口外，其他材料來自德國奧鎂公司（RHI Magnesita）。硫磺池內部構造見圖2，主要材料技術參數見表1 ～4。

3 材料特性及應用范圍

泡沫玻璃是由碎玻璃、發泡劑、改性添加劑和發泡促進劑等經過細粉碎和均勻混合后，再經過高溫熔化、發泡、退火而制成的無機非金屬玻璃材料，屬于高級保溫隔熱材料，它既是保冷材料又是保溫材料，具有能適應深冷到較高溫度范圍的特點。同時其重要價值不僅在于長年使用不會變質，而且本身又起到防潮、防火、防腐、防震作用。在絕熱、低溫深冷、地下工程、易燃易爆、潮濕以及化學侵蝕苛刻環境下使用時，不但安全可靠，而且經久耐用，被譽為“不須更換的永久性隔熱材料”。

泡沫玻璃作為一種新型的材料，在國外已普遍應用于化工保溫隔熱、船舶、制冷業、冷庫、地鐵、恒溫恒濕工程和一般工業與民用建筑的保溫和隔熱工程上。泡沫玻璃在國內應用很少，過去只用于化工深冷設備、船舶、冷庫的保溫隔熱工程，近年來才開始在建筑工程上使用。

3.1 泡沫玻璃的特性

（1） 絕熱性能。泡沫玻璃的基質為玻璃，不吸水；內部有封閉的氣泡，不存在毛細現象，也不會滲透，是最理想的保冷絕熱材料。

圖2 硫磺池細部構造示意

表1 泡沫玻璃技術參數

表2 膠泥（PC62 KOMP） 技術參數

表3 抗酸水泥技術參數

表4 抗酸涂料 （Nukote ） 技術參數

（2） 強度高。機械強度較高，具有優良的抗壓性能，較其他材料更能經受住外部環境的侵蝕和負荷；同時又有良好的防潮性能，是地下工程理想保溫材料。

（3） 隔熱性能。泡沫玻璃具有很好的絕熱透濕性，熱導率長期穩定，不因環境影響發生變化，絕熱性能良好。

（4） 防火性能。泡沫玻璃不會自燃也不會被燒毀，是一種優良的防火材料，其工作溫度范圍為-265 ～430 ℃，膨脹系數較小而且可逆，材料性能長期不變，不易脆化，穩定性好。

（5） 隔聲性能。泡沫玻璃隔聲性能好，對聲波有強烈的吸收作用，60 ～400 Hz 聲波的平均穿透損失28.3 dB。

（6） 綠色環保。由于泡沫玻璃性能優越，雖然其他新型保溫材料層出不窮，但泡沫玻璃由于其永久性、安全性和高可靠性，在低溫、防潮、吸聲等領域占有越來越重要的地位。而且其生產是對廢舊固體材料的回收利用，不會對環境造成污染，實現可持續生產，循環利廢、無毒無害、安全環保。被用戶稱之為綠色環保型絕熱材料。

（7） 性能優越。泡沫玻璃具有不霉變、不受鼠噬、防蟲害及微生物、易切割、易加工、施工方便、無機制品的耐腐蝕、不老化、性能不衰退等優越性。

3.2 泡沫玻璃的應用范圍

泡沫玻璃具有防潮、防火、防腐和可長期使用的優點，適用于各種復雜和化學侵蝕等惡劣環境，被廣泛應用于以下各領域：低溫管道、設備和儲槽（儲罐）；烴加工中低溫系統；冷庫及冷藏建筑；制藥中低溫絕熱系統；鋼鐵液氧、液氮儲槽及管道；工業與民用建筑的外墻保溫、外墻內保溫、屋面、地下室等。

4 泡沫玻璃用于硫磺池的施工注意事項

4.1 施工工序

施工工序如圖3 所示。

圖3 施工工序

4.2 施工主要控制點

（1） 基層處理。基層池壁及池底必須清理干凈，保證無油、灰塵、污垢、泥土等污染物，并應剔鑿池壁的凸出物，使之清潔平整；清除基層中松動或風化的部分，用水泥砂漿填充找平；基層表面不平整時，可采用1∶3 水泥砂漿找平。

（2） 錨固螺栓安裝。在池壁及池底彈畫出縱向、橫向控制網格線，間距為250 mm × 250 mm；鉆孔并清理螺栓孔，保證孔內無灰塵；安裝錨固螺栓和鋼絲網片固定卡。

（3） 泡沫玻璃安裝。泡沫玻璃板安裝前應配置好廠家提供的PC62 KOMP 填充膠泥；安裝要從底往上逐層鋪設，豎縫應逐層錯縫；池底層待池壁鋪設后再鋪設，水平的縱向和橫向接縫要錯縫；切割時應注意邊口切割整齊、切口應與泡沫玻璃板面垂直；安裝時要按壓均勻，粘貼牢固不得有松動或空鼓，并及時清理板縫之間溢出的填充膠泥；在池壁夾角或池壁和地板夾角處，泡沫玻璃板應交錯互鎖；在有接管等需要開口的地方，應采用整塊泡沫玻璃板切割成型，并盡量控制開孔尺寸不宜過大；安裝后對局部不平整處用砂紙打磨平整并及時清理干凈，安裝及打磨時，操作工人應戴上防護工具。

（4） 鋼絲網片安裝。泡沫玻璃板安裝報驗合格后，安裝不銹鋼絲網片，鋼絲網片要固定在卡槽里并綁扎牢固；鋼絲網片的搭接不小于100 mm，并多點綁扎牢固；在池壁夾角處，鋼絲網片應交叉并綁扎牢固可靠。

（5） 抗酸混凝土澆筑。抗酸混凝土必須按照廠家提供材料和配比進行拌制，拌制好的混凝土及時進行澆筑；抗酸混凝土由于稠度較大，池壁必須分層澆筑，每層澆筑500 mm；分層時采用臺階式接茬，澆筑后必須保證接縫處光滑、平整；澆筑過程中必須控制好施工質量，防止出現漏振、氣泡、空鼓等現象；澆筑好的抗酸混凝土應及時做好養護和防護，防止損壞和出現裂紋等。

（6） 池內設備安裝?？顾峄炷琉B護并報驗合格后進行設備安裝；設備安裝時必須對臨時支架進行支墊，尖銳部位用軟布防護，防止對抗酸混凝土表面造成損壞；需要搭設腳手架時，立桿必須用方木支墊、橫桿端部要用軟布包裹。

（7） 池頂蓋板安裝。池內設備安裝并驗收合格后安裝池頂蓋板；蓋板安裝前在預制場對蓋板底部的涂料進行涂刷并經驗收合格；蓋板安裝時，采用坐漿法，保證蓋板和池壁之間的密封，坐漿采用與池內同規格的抗酸混凝土；蓋板安裝后的板縫之間和蓋板四周的現場后澆帶，用抗酸膠泥（Nafufill GTS-HS） 進行填充密實。

（8） 硫磺池頂部蓋板安裝后，開始上部的設備和管道安裝。

硫磺池抗酸保溫施工步驟如圖4 所示。

4.3 質量管理

（1） 責任主體。本工程的業主為阿爾及利亞國家石油公司（Sonatrach），法國德西尼布（Technip）公司承擔PMC，工程監理為印度工程有限公司（EIL），工程EPC 總承包為中國石油工程建設有限公司（CPECC），施工單位為中國石油吉林化建工程有限公司（JCC）。

圖4 現場施工

（2） 質量標準。本工程材料采購執行的有美國ASTM 標準、歐盟的EN 標準及ISO 標準，施工過程執行的是歐洲標準、阿國當地標準以及設計的相關文件施工統一標準（STC） 和設計統一規定（STD） 等。所有標準的使用事先應取得業主和監理的批準。

（3） 材料控制。材料采購前，必須獲得業主或監理批準的MART 等技術文件；到場材料必須有合格證、質量證明文件以及材料數據表等技術文件，并報業主的采購部門確認；到場后的材料按照屬性要求進行分類和儲存，對有環境要求的的材料必須采取防護措施（如泡沫玻璃粘接劑需要儲存在集裝箱內并保證溫度為常溫20 ℃左右）；材料在庫房報驗合格后方可發放到施工單位，施工單位持各方簽字的領料單進行領料。

（4） 過程控制。材料到現場安裝前還需報驗一次，主要是施工和質量部門的專業工程師對材料的最后把關，此次報驗為施工過程的報驗，防止材料的錯用、誤用；施工過程中的材料拌和、材料使用和安全防護，必須按照廠家的MSDS（Material Safety Data Sheet） 執行；所有工序報驗必須提交RFI（Request For Inspection），并由相關方簽字合格后方可進行下道工序；施工過程中的每道工序需根據停、必檢點的分類，由現場的施工、質量和監理、PMC（或業主） 的專業工程師簽字確認；現場施工問題以及需要修改的部分，均以升版圖紙、TQ（Technical Query Sheet） 或SDM（Site Design Modification Request） 的形式由設計、監理、PMC（或業主） 確認后實施；涉及專利商的專利技術、設備等與現場不符需要修改的，相應的修改文件由設計與專利商溝通確認后再執行。

5 硫磺池的烘襯

5.1 硫磺池的烘襯要求

根據工藝包商要求在本硫磺池（590-TK-001）完成施工后，需要對其內部的襯里（抗酸混凝土）實施烘干，烘干過程按照工藝包商提供的升溫曲線。設計從工藝可行、施工簡易、操作可控等方面綜合考慮，并經過工藝計算后，確定采用低壓過熱蒸汽烘襯方案。硫磺池的升溫曲線見圖5。

圖5 硫磺池烘襯升溫曲線

5.2 硫磺池烘襯過程

（1） 操作參數。中壓蒸汽：操作壓力1.5 MPa，操作溫度240 ～260 ℃；烘襯用低壓蒸汽：操作壓力0.38 MPa，操作溫度240 ～260 ℃。

（2） 操作方法。關閉本單元與烘襯無關的所有中、低壓蒸汽系統的閥門；逐步打開中壓蒸汽至蒸汽盤管之間的閥門；關閉硫磺池底部蒸汽盤管出口疏水器前后閘閥，打開疏水器旁路截止閥；拆除低壓冷凝線末端盲法蘭，使烘襯用的低壓蒸汽排入大氣；適當打開硫磺池頂部開孔，以便烘干過程蒸發的高溫水汽以分子熱運動的方式擴散至大氣。

（3） 升溫曲線的控制手段。調整蒸汽盤管的投用數量；調節蒸汽盤管旁路截止閥的開度，控制蒸汽流量；開、閉硫磺池頂部的開孔；調整管網來中壓蒸汽的溫度。

（4） 注意事項。升溫速率不大于工藝包商的要求；各階段時間不小于工藝包商的要求；烘襯完成后，封閉所有底部開孔，以防大氣中的水份進入池內，導致襯里再次吸水，影響烘襯效果。

6 實施效果

通過嚴格的管理和過程控制，本硫磺池的隔熱和防腐蝕工程中采用泡沫玻璃進行保溫隔熱和抗酸混凝土進行襯里施工不僅用時少、方便快捷，而且保溫隔熱效果明顯，抗酸混凝土的烘襯對內部凝結水進行了進一步的去除，保證了抗酸混凝土襯里的質量和抗酸效果，為泡沫玻璃和抗酸混凝土在硫磺池隔熱保溫防腐蝕結構中的應用及推廣提供了較好的經驗。

7 結束語

目前，國內石油化工裝置的硫磺池內壁絕大部分仍采用耐高溫防腐結構膠泥（主要成分為氟樹脂） 及無蠟玻璃纖維布進行粘貼，以實現耐高溫防腐蝕的目的；或采用隔熱耐酸輕質磚（輕質隔熱澆注料） 和耐酸陶瓷磚[4]，以耐酸膠泥進行砌筑，以達到隔熱和抗酸的目的[5]。在施工過程中，這些傳統的做法由于工序復雜，質量控制點多，難度大，不利于現場施工和質量控制，還會由于工序復雜而造成施工工期長、費用高等，增加工程成本。因此，泡沫玻璃由于其具有的隔熱保溫防腐蝕的優越性能以及施工方便快捷的特點，必將成為傳統做法的理想替代產品，也將會越來越廣泛地應用到石油化工裝置的隔熱保溫施工中。