淺談滾塑工藝在鋼襯塑儲罐方面的技術與應用

徐國慶

(江蘇圣泰防腐設備有限公司，江蘇 東臺 224200)

近年來借助于滾塑成型工藝在我國的成熟發展，鋼襯塑儲罐等化工防腐設備的生產技術、生產能力也得到同步發展。鋼襯塑儲罐等化工防腐設備由于結構和材質的特殊性，從而達到儲存、運輸腐蝕介質的目的，廣泛應用于化工、石油、環保、電力、食品、釀造、制藥、水處理等行業。我國現有數百家這類產品的生產企業，但總的來看，目前我國的鋼襯塑儲罐建設，無論是襯塑儲罐的容積、生產能力、數量還是國產化水平，大部分都處于發展階段，為此對鋼襯塑儲罐產品技術的研究與應用，具有強力的市場需求。從圖1產品實物可以看出，國內一些大的生產企業，在多年的技術研究發展中，已從單一襯塑儲罐產品演變成現在的鋼襯塑汽運罐，船運罐、火車運輸罐、攪拌罐、真空罐、壓力罐、反應釜、電解槽、離子交換柱、化工塔、管道、管件以及全塑儲罐等200多種系列產品，在這一過程中由于不斷改造、創新和發展，所有產品無論在外觀、性能、質量還是造價等方面都得到一定的改善，且能夠更大限度滿足廣大用戶的需求。

圖1 產品實物圖

1 鋼襯塑儲罐工藝結構

鋼襯塑儲罐亦稱龜甲襯里儲罐（鋼、網、塑合為一體）（如圖2所示）是鋼襯塑系列產品的關鍵，它是將鋼網（龜甲）均布點焊于鋼罐體內表面，以高分子聚乙烯粉末（線性低密度聚乙烯LLDPE、高密度聚乙烯HDPE）為主要原料，采用滾塑成型工藝將鋼罐體左右搖擺并同時360°旋轉加熱，在一定溫度條件下，聚乙烯粉末逐步均勻包熔與鋼板、鋼網之間，最終使聚乙烯牢固黏合在鋼罐體內表面，使產品既具有鋼的強度、又具有塑料的耐腐蝕性能，如圖3所示。

圖2 鋼、網、塑結構示意

圖3 250 m3儲罐襯塑一次成型生產現場

2 襯塑儲罐鋼特點

（1）采用滾塑成型工藝生產的鋼襯塑儲罐系列產品，不受形狀和尺寸限制，可使產品做到運輸路況允許的最大極限尺寸。

（2）產品整體一次成型無焊接縫，不滲漏、抗老化、抗沖擊、耐腐蝕、無毒性，符合GB 9687—1988食品包裝用聚乙烯成型衛生標準，彌補了全塑儲罐剛性強度差，不耐壓、耐溫差的缺陷。

（3）產品內襯表面平整光滑，壁厚均勻，與傳統鋼襯塑板、鋼襯玻璃鋼、鋼襯橡膠儲罐相比，具有更良好的耐腐蝕、耐磨損、不脫落、不滲漏，同時可耐一定壓力和較高溫度（-65～90 ℃），使用壽面更長等優點。

（4）其價格低于同規格傳統工藝儲罐，是儲存腐蝕液體的理想容器，是一種即為優異的耐腐蝕儲罐。

（5）鋼襯塑儲罐符合有關危險品儲運管理條例，是安全高效的耐腐蝕儲運設備。

3 鋼襯塑樹脂原料

3.1 樹脂品種

鋼襯塑儲罐樹脂原料主要有聚乙烯、聚丙烯、尼龍等，其中用量最大的是聚乙烯。聚乙烯之所以能作為鋼襯塑化工設備的主要原料，是應為它價格低廉、熱穩定性高、流動性好。但無論是低密度聚乙烯LDPE、中密度聚乙烯（MDPE）和高密度聚乙烯（HDPE）都難以成型綜合性能優良的滾塑產品。唯有線性低密度聚乙烯（LLDPE）為滾塑成型提供了較為理想的原料。我們從聚乙烯分子鏈結構圖（圖4）可以看出。

圖4 聚乙烯分子鏈結構圖

用高壓法生產的低密度聚乙烯（LDPE）從圖4(a)可以看出：分子鏈中含有較多的長短支鏈，所以結晶度較低（55%～65%）密度較小（0.910～0.925），質輕、柔性。用低密度聚乙烯成型滾塑制品的缺點是硬度低并且對洗滌劑、溶劑等的抗腐蝕性差，使得在化學工業中的應用及有較高性能要求的場合下是不理想的。用低壓法生產的高密度（HDPE）從圖4(b)可以看出：分子支鏈少，結晶度高（85%～95%）、密度高（0.941～0.965），具有較高的使用溫度，硬度、力學強度和耐化學藥品性較好。但用高密度聚乙烯作原料時，由于在冷卻過程中會產生較高的結晶度，制品易發生翹曲變形且產品的抗沖擊性能差。線性低密度聚乙烯（LLDPE）是近年來迅速發展的一種新類型聚乙烯，它是乙烯和丁烯、已烯的共聚物，其分子結構呈直鏈狀，從圖4(c)可以看出：主鏈為直鏈并帶有短支鏈，且支鏈數目較多，與LDPE相比，卻沒有LDPE所特有的長支鏈。LLDPE其分子結構規整性介于LDPE和HDPE之間，密度和結晶度也介于LDPE和HDPE之間，而更接近于LDPE。因此，線性低密度聚乙烯與傳統的低密度和高密度聚乙烯相比綜合性能凸顯在以下方面：

（1）流動性好。聚乙烯是一種易流動的樹脂，其熔體流動指數（MFI）可以超過100 g/10 min,但是滾塑成型用聚乙烯的MFI通常根據產品結構、性能的不同要求在2～10 g/10 min之間。線性低密度聚乙烯的MFI不同于傳統的聚乙烯，對剪切力的可依賴性較小，即使在低剪切力的條件下，它仍然具有較高的流動性，在滾塑過程中不僅容易填充到罐腔或模具的狹小結構中，而且有利于使熔體中夾帶的氣體迅速排出，這不但縮短了成型周期也提高了產品質量。

（2）熱穩定性好。LLDPE具有較高的熱穩定性，成型溫度范圍較寬，在205～371 ℃ 范圍內滾塑成型。所以在成型壁厚制品如：大型鋼襯塑及全塑儲罐時，不易出現外層過熱而內壁熔融不充分的弊病。即縮短生產周期，又提高了生產效率。

（3）耐環境應力開裂性好。由于LLDPE的分子鏈是具有短支鏈結構，分子結構比較規整，其耐環境應力開裂性能不僅優于傳統聚乙烯，而且能超過橡膠改性聚乙烯。這使得LLDPE滾塑制品在化工容器領域得到廣泛的應用。

（4）抗沖擊性能好。LLDPE的耐沖擊性能，特別是低溫沖擊性能，遠優于傳統聚乙烯，即使采用高溶體流動指數（MFI）的LLDPE，同樣可以制得具有高沖擊性能的滾塑產品。

（5）剛性好。LLDPE與傳統聚乙烯相比，在密度相同情況下，具有更大的彈性模量。這樣就顯得LLDPE滾塑制品具有較大的剛性。

正因為LLDPE有如此優越的綜合性能，所以在滾塑領域中得到廣泛應用。目前我國滾塑原料中LLDPE已占到95%左右。

3.2 樹脂形狀與大小

在滾塑過程中，要取得良好熱傳導效果，原料顆粒之間必須有盡可能大的接觸面積，因此這對原料顆粒的形狀與大小就有一定的要求。我們從理論與實踐中得知：原料顆粒中球型顆粒越多，傳熱面積越小，所需加熱時間越長。雖然球型顆粒傳熱效果不好，但其流動性很好，適合在罐腔、模具內翻滾和流動。因此，帶圓角的立方體顆粒是最理想的滾塑原料顆粒形狀，如圖5所示。

圖5 帶圓角的立方體顆粒

原料粉末顆粒中要盡量避免出現纖絲狀、蝌蚪狀等粉末。（如圖6）這些粉末無論對流動、熱傳導還是制品性能都有不良影響，將阻礙粉末的自由流動，導致在制品中出現“架橋”的缺陷。纏繞的絲尾阻擋其他粒子滾動，使它們難以流入罐腔或模具里的狹窄凹陷處，尾絲熔化并與其他不能通過的粒子黏在一起形成了“架橋”。因而，導致制品的抗沖擊性能、拉伸強度和其他物理性能下降。

理想的滾塑原料是具有一定粒徑分布的粉末原料，通常要求在30～80目之間，大型鋼襯塑和全塑化工容器30～35目為最佳。

圖6 帶有纖絲、蝌蚪狀粉末

3.3 鋼襯塑樹脂材

鋼襯塑樹脂材料性能指標應符合表1要求。

表1 性能指標

4 鋼襯塑成型設備

4.1 明火搖擺機

國內大型鋼襯塑及全塑儲罐制品生產企業所用設備，大多數是采用明火搖擺設備，是鋼襯塑成型操作的一種經濟方式，尤其適用于大體積、重噸位、形狀簡單的制品。其結構如圖7所示。

圖7 明火搖擺機結構

在主軸做左右45°搖擺的同時，副軸做360°旋轉帶動儲罐（模具）一起旋轉（滾動）并加熱，以便樹脂粉末在罐腔（模具）中滾動并均勻受熱逐步熔融后形成所需要的形狀貼附在罐腔表面。操作時可根據制品形狀、尺寸的不同，調整主軸與副軸間的速比，以便獲得最佳襯塑效果，正常情況下主軸搖擺速度比副軸旋轉速度慢。

4.2 加熱室搖擺機

加熱室搖擺機，如圖8所示（圖片來至互聯網）其原理與明火搖擺機相同，模具繞副360°旋轉并同時繞主軸左右45°搖擺。加熱室搖擺機的復雜性在于它使用循環熱空氣系統以減少熱能損失并增加空氣對模具的熱傳遞。適用于生產全塑儲罐、劃艇、燈柱以及其他工業制品。

明火搖擺機與加熱室搖擺機相比：具有設備造價低，能經濟地生產大型制品的優點，不利因素在于系統自動化程度不高，生產效率低、勞動強度大，在這方面與國外設備相比可有一定差距。

圖8 國外 加熱室搖擺滾塑設備

5 襯塑方案

（1）按照《立式圓筒形鋼制焊接油罐設計規范》GB50341、《石油化工立式圓筒形鋼制焊接油罐設計規范》SH3046、《立式圓筒形鋼制焊接油罐施工及驗收規范》GBJ128，及圖紙設計的相關技術要求制作鋼制焊接儲罐。

（2）在襯塑前鋼罐體內進行表面處理，清除雜物后鋪焊鋼網，鋼網規格一般用100×50×3.2菱形鋼板網，采用氣保焊牢固點焊于鋼罐內表面，焊點每平方米不少于196個點，每個焊點必須牢固，不得有漏焊和虛焊。

（3）鋼網鋪焊后需清除局部焊渣及雜質，并通過敲擊震動罐體使點焊飛濺點及雜物、灰塵脫落后，用吸塵器吸清。

（4）根據鋼罐體的重心位置分別安裝滾圈，確保兩滾圈間尺寸一致并相互平行。

（5）按圖紙設計要求計算出罐體內表面積、投料重量，如圖9所示。

式中：S=罐體內表面積；

πR2=底面積；

πDh=罐筒面積；

πL(R+r)=錐頂面積。

投料重量：（M=S×m×T）稱量粉料重量，S=罐體內表面積，m=粉料比重一般取0.925～0.93 g/cm3,T=襯塑厚度所需聚乙烯粉料重量并進行投料。公式中M=投料重量。

圖9 罐體尺寸圖

（6）在加熱點火前，先檢查煤氣及管道是否完好、有無泄漏，確保儲罐在滾塑設備上試運轉正常。

（7）點火加熱，使溫度控制在設定值范圍（±不超過5 ℃），使用紅外線測溫儀檢測溫度，及時控制襯里制品的表面溫度，直至鋼罐內襯塑成型后停止加熱。

（8）停止加熱并同時停止設備搖擺后，繼續旋轉進行風冷及自然冷卻至室溫溫度后即襯塑最終成型。

（9）去除滾圈，按要求修整人孔、開接管法蘭口。

（10）罐體外表打磨，清理干凈后進入下道工序油漆。

6 常見問題及解決辦法

鋼襯塑儲罐等化工防腐設備質量的好壞，與設備的結構設計、原料和工藝條件等因素密切相關。

6.1 襯塑面出現氣泡、孔眼

（1）原料粉末濕度大，促使氣泡增多可適當提高加熱溫度或延長加熱時間。

（2）溶樹脂體黏度大，內部氣泡不易排出：采用MFI較高或密度較低的原料。

（3）熔化不充分，樹脂沒有足夠動力和時間排除其中的氣泡：對原料粉末、罐腔內壁進行干燥、向罐腔內通入氣體增加儲罐內壓。

（4）通氣不暢，內部氣體無法逸出：保持儲罐通氣口暢通，在通氣管口適當增加玻璃纖維絲。

6.2 襯塑內壁粗糙不光滑

（1）樹脂受熱不充分，未充分熔化和流平：提高加熱溫度或延長加熱時間。

（2）樹脂溶體黏度大，流動困難：采用MFI較高或密度較低的原料。

（3）原料顆粒粗大或形狀不規則，夾雜了長絲尾狀、蝌蚪狀、卷曲狀粒料：提高原料研磨質量，并減小粉末粒徑。

6.3 襯塑表面發黃褐色

加熱溫度過高、或加熱時間過長引起樹脂表面氧化降解：降低加熱溫度或 減少加熱時間、原料粉末中添加抗氧劑、向罐腔內通入惰性氣體。

6.4 管口法蘭翻邊、凹陷處未填滿

（1）管口法蘭襯塑翻邊厚度尺寸設計不當，管口進料處不暢：適當調整管口法蘭襯塑翻邊厚度尺寸，最佳尺寸=襯塑壁厚的1.5倍、管口與罐壁焊接處增大圓弧角并避免尖角，確保料流通暢。

（2）樹脂受熱不充分，未充分熔化：選用MFI較高的或密度較低粒料。

（3）樹脂熔體黏度大，流動性差：提高加熱溫度或延長加熱時間。

（4）原料中夾帶了長尾絲狀、卷曲狀粉末顆粒形成孔洞、“架橋”阻礙物料流動：原料中避免出現長尾絲、適當提高加熱溫度或增加加熱時間。

6.5 襯塑壁厚不均勻

罐體本身壁厚不均勻，各部分間導熱性能不一：調整儲罐轉速、增加臨時火之或在受熱、較快部位安裝當熱板。

6.6 襯塑層剛性差

原料樹脂本身剛性差：適當增加襯塑壁厚、采用密度高模量大的物料。

7 結語

鋼襯塑儲罐工程是石油、化工、冶金、稀土、電力、電鍍、電子、糧油、食品、釀造、農藥、染料、染印、制藥、環保、儲運、國防等行業必不可少的重要的基礎設施，鋼襯塑儲罐在國民經濟發展中所起的重要作用是無可替代的。鋼襯塑儲罐是儲存各種液（或氣體）原料及成品的專用設備，對許多企業來講沒有鋼襯塑儲罐就無法正常生產，特別是國家戰略物資儲備均離不開各種容量和類型的儲罐。所以對大型和超大型的鋼襯塑儲罐等化工防腐設備具有強烈的市場需求。