100000m3原料油罐玻璃钢内浮顶施工新工艺Word格式文档下载.docx
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内浮顶结构示意图如图1所示。
图1:
内浮顶结构示意图
2内浮顶材料性能
2.1说明
内浮顶由中间层蜂巢板和加强型玻璃钢上下面层组成,整体密度只有190kg/m3,不必另外增加浮舱式结构就能漂浮在液面上,同时也能满足内浮顶设计基本载荷要求。
内浮顶与罐壁之间靠特氟龙(Teflon)密封胶带和双层不锈钢片组成件达到弹性密封。
内浮顶共127个支柱均匀分布在原料油罐内,每两个相邻支柱之间的距离不超过7m。
内浮顶漂浮在支柱以上时,紧紧贴合在液面之上;
而当内浮顶停留于支柱位置时,内浮顶与液面分离,通过通气孔平衡内浮顶上下的油气压力,进油时通气孔排放下面的空气和油气,出油时保证不因液面下降而在内浮顶下面形成真空。
内浮顶通气孔一般沿内浮顶四周均匀布置,其数量和规格根据进出原料油罐介质的速度决定。
2.2材料性能
1)内部核心材料——蜂巢板
蜂巢板夹芯层为蜂巢状六角型中空结构,主要作用是用来抵抗剪切变形并增加内浮顶的厚度和惯性模量。
为了蜂巢板出入原料油罐方便,蜂巢板制作成规格为2300×
600×
60mm的长条状,性能见表1。
蜂巢板机械性能表1
名称
数值
单位
密度
80
kg/m3
抗压强度
1.5
N/mm2
剪切强度
0.5
弹性剪切模量
8
2)表层材料——加强型玻璃钢
主要作用是提高内浮顶的机械强度,降低固化时的收缩率,增加和调整内浮顶的厚度。
性能见表2。
玻璃钢机械性能表2
1500
弯曲强度
120
弹性弯曲模量
8000
顶层是两层450g/m2玻璃毡和一层防火树脂;
底层是两层600g/m2玻璃毡、一层60g/m2玻璃纤维表面毡(以下简称玻璃纤维)和一层石墨树脂抗静电层。
玻璃毡要求是短切性好,毛丝少,抗静电性能优良,在切割时短切丝不会粘附在刀片上。
对玻璃毡的质量要求如下:
①沿宽度方向面积质量均匀;
②短切丝在毡面中分布均匀,无大孔眼形成;
③具有适中的干毡强度;
④优良的树脂浸润及浸透性。
玻璃纤维采用中碱玻璃制成,因为毡薄、玻纤直径较细,可吸收较多树脂形成富树脂层,遮住了玻璃毡的纹路,起到表面修饰作用。
3)粘结材料——树脂
树脂是溶于苯乙烯溶液的环氧双酚A乙烯基树脂,淡黄色透明液体,无机械杂质,属于中等活性,对酸、碱、盐有显著的耐化学腐蚀性,可承受100℃以下的高温,极限承受温度为120℃[1]。
适用于制作复合材料部件,可用于既需要有突出的耐化学腐蚀性、又需要有良好的机械性能的石油化工领域。
2.3荷载
根据英国标准BS-2654内浮顶可以承受2760N的动载。
根据美国API650的标准,内浮顶在任何位置时可以承受两个人在内浮顶上走动的重量(相当于2200N动载)[2],不会使内浮顶受损或液体溢流到内浮顶上。
在受到局部载荷的条件下,内浮顶允许最大下垂度是3%(210mm)。
经过实际测量,五台100000m3原料油罐内浮顶挠度大多集中在40~50mm之间,最大挠度为53mm。
考虑到支柱支撑点(Φ700mm)的影响,测量数据远小于允许最大下垂度。
内浮顶有足够强度来满足使用要求,内浮顶在变形很大的情况下才会导致损坏,安全系数比较高。
3施工准备
所有需要的工具、设备和各类原材料应全部到场,按照平面布置图摆放到位。
压缩机为树脂泵和喷枪提供动力源来传送树脂,因此要安排专人看守、维护压缩机,确保压缩机正常工作。
原料油罐内焊接工作全部完成,照明和通风设备安装到位,保证原料油罐内照明充足和空气畅通。
各类防护用具、设备按照施工人数和使用消耗量准备充足,保证每个人进入原料油罐内时都能正常佩带。
4模板安装
模板表面应均匀平整,无明显气泡、无裂纹、无纤维裸露和分层等缺陷。
模板用临时支柱支撑,支撑高度比内浮顶支柱高100mm。
内浮顶的施工制作全部在模板上进行。
临时支柱安装就位后使用水平仪进行找正找平,确保安装桁条和模板后整台罐的模板平整度偏差在±
5mm之内。
模板与罐壁的预留距离要尽量小,确保边缘板的安装稳定,并且内浮顶边缘板与罐壁的距离偏差一定要控制在±
15mm之内。
内浮顶人孔和其它开孔根据图纸在安装模板时直接预留。
5内浮顶制作工艺
5.1内浮顶制作
模板安装完毕找正找平后,开始进行内浮顶的制作。
内浮顶的制作按照先边缘板后从两侧向中间的方法,依照底层(600g/m2玻璃毡)、中间层(蜂巢板)、顶层(450g/m2玻璃毡)的施工顺序交叉进行。
施工步骤如下:
①将模板清理干净,所有模板对接缝和损坏处用胶带粘贴隔离保护,防止树脂渗漏,损坏模板。
②把掺有石墨和稀释剂的树脂均匀涂覆在模板上,厚度为0.02mm,每次施工宽度为1500mm。
石墨的作用是改善内浮顶底层抗静电性能,稀释剂是用来改善树脂的加工性能,提高流动性及脱模性。
约45min左右树脂层干结后,即可以进行玻璃纤维的施工。
③将玻璃纤维(60g/m2)平整铺设在干结的树脂层上,均匀喷涂一层树脂,用毛刷辊轮多次磙压压平,不应有皱折和破损。
④然后立即(时间不长于20min)分层铺设两层玻璃毡(600g/m2)。
喷涂树脂时要均匀,并迅速用毛刷辊轮磙平,使树脂充分浸润玻璃毡,防止树脂聚结起皱,用钢齿轮辊轮均匀、充分挤压玻璃毡之间的空气,防止起泡、分层,影响内浮顶的强度。
⑤底层施工一定面积后,开始粘结蜂巢板。
在底层玻璃钢上均匀喷涂一层树脂后,立即把蜂巢板粘贴到底层玻璃钢上,并用重物压紧,直到树脂凝固而且蜂巢板与底层玻璃钢贴合紧密。
⑥蜂巢板与底层玻璃钢粘贴养护至少24少时以上后,在蜂巢板上均匀喷涂一层树脂,立即(时间不长于20min)分层铺设两层玻璃毡(450g/m2)。
喷涂树脂时要均匀,并迅速用毛刷辊轮磙平,使树脂充分浸润玻璃毡,防止树脂聚结起皱,然后用钢齿轮辊轮均匀、充分挤压玻璃毡之间的空气,防止起泡、分层,影响内浮顶的强度。
⑦在内浮顶密封件和其它附件全部施工完毕后,在顶层玻璃钢上喷涂一层防火树脂。
内浮顶的制作结构图如图4所示。
图4:
内浮顶的制作结构图
内浮顶的所有开孔部位、边缘板位置和主要承重位置要根据需要增加玻璃毡的层数,一般增加3层450g/m2玻璃毡,确保内浮顶的承重和受强力时不被破坏。
促进剂与固化剂分别加入树脂中,要充分搅拌均匀,绝不允许与树脂未搅拌均匀的促进剂与固化剂互相接触,否则会因化学反应而产生危险。
在用树脂喷涂罐壁边缘的内浮顶时,应采用橡胶纸来保护罐壁,避免树脂飞溅到罐壁上。
每一层树脂和玻璃毡磙压完毕,应立即用丙酮清洗辊轮和其它工具,防止树脂硬化后粘结。
玻璃钢内浮顶粘结一定时间后,用丙酮擦拭检验,以擦拭无明显痕迹、无化学反应为合格。
固化完全的内浮顶涂层用丙酮擦洗时不会发粘。
树脂是由碳氢化合物构成的有机聚合物,具有可燃性,因此内浮顶表层制作过程中,需要添加阻燃剂,使内浮顶表层达到一定的阻燃要求。
5.2树脂配合比的选用
树脂的使用量必须严格控制,过多过少都会严重影响内浮顶的质量。
使用量过少会使内浮顶粘结不牢固,达不到要求的机械强度;
使用量过多会使内浮顶脆性增大。
树脂的使用量应根据具体的施工情况严格控制,表3是一台100000m3原料油罐各层内浮顶施工树脂配比使用量,偏差量不应超过2%。
树脂使用量一览表表3
单位用量
总数量
石墨底层
1.2kg/m2
6638kg
玻璃纤维
0.25kg/m2
1450kg
玻璃毡(600g/m2)
2.6kg/m2
15080kg
玻璃纤(450g/m2)
1.9kg/m2
11020kg
蜂巢板底层
1.5kg/m2
8146kg
蜂巢板顶层
6517kg
防火树脂
0.9kg/m2
5000kg
6模板拆除
内浮顶蜂巢板全部施工完毕并养护24h后,可以开始从内浮顶人孔附近的中线1.5m处拆除支撑和模板,也可以在内浮顶全部施工完毕后拆除。
模板的拆除按照内浮顶支撑的安装顺序,沿圆周方向从四周环饶向中间循序进行,使用液压千斤顶将整个内浮顶降低并放到支撑垫板上。
7内浮顶高温固化
7.1高温固化方案
树脂固化是经过缩合、闭环、加成或催化等化学反应,使树脂发生不可逆的变化过程,常温固化是通过添加固化剂来完成的。
内浮顶制作时会产生高放热导致常温固化期间的过热现象,并因为热应力和应变作用产生翘曲现象。
室温下固化一个月的内浮顶苯乙烯的含量在3%左右,内浮顶高温固化后,苯乙烯的含量可以减少至0.2%左右。
内浮顶高温固化是为了使树脂获得良好的耐热性和耐腐蚀性,并确保内浮顶充分硫化和应力消除[3]。
固化温度为80~100℃,固化时间不少于12h。
固化时一定要控制固化温度不要超过120℃,过高的固化温度会导致内浮顶脆裂。
内浮顶高温固化前后要进行巴氏硬度试验,具体硬度数据见表4。
内浮顶巴氏硬度表4
固化时间
巴氏硬度
室温固化24h后
15~25
7天之后
30~35
高温固化后
>35
内浮顶高温固化有两种操作方案:
一种方案是向原料油罐内冲水至一定高度,可以减少蒸汽加热的区域,节省蒸汽用量;
另一种方案是不向原料油罐内冲水,用蒸汽加热整个内浮顶底面至罐底的区域。
考虑到现场实际情况,我们在水压试验后进行固化处理,采用第二种方案,可以节省冲水和排水的时间。
固化示意图如图5所示。
图5:
高温固化示意图
利用罐体开孔在临时法兰盖上焊接一个DN50的法兰,用加强型橡胶软管作为蒸汽管道,原料油罐内均匀分布四个蒸汽出口,通过一个主管与蒸汽发生器连接。
选用生产量为8000kg/h的蒸汽锅炉,原料油罐内气体可以加热到80℃~100℃并能保证在24h之内必须的固化温度和罐体周围环境影响而允许下降的温度补偿。
7.3内浮顶高温固化
内浮顶高温固化注意保证蒸汽管道末端的畅通,这样才不至于产生超压现象,也不会产生过热现象。
蒸汽出口周围环境的最高温度是100℃。
即使排放的蒸汽在双倍的压力和双倍的温度条件下也不会产生过热。
蒸汽进入原料油罐就迅速膨胀,温度不会超过100℃。
采用橡胶软管传送蒸汽的时候,软管的外表层温度将达到约150℃,用保温材料对橡胶软管进行保温,以防操作人员被烫伤。
在原料油罐内均布安装8个金属温度探测器,通过导线连接到罐外,温度由专人每一小时测试并记录一次。
内浮顶高温固化不需要设定的升温或降温速率,只要保证内浮顶加热至80℃~100℃不少于12h就可以了。
内浮顶高温固化温度曲线见图6。
图6:
高温固化温度曲线
8内浮顶使用注意事项
内浮顶使用前必须进行升降试验。
为防止内浮顶的密封装置受到破坏,内浮顶的升降速度不超过1.5m/h,实际监测的内浮顶升降速度应控制不超过2cm/min。
原料油是一种高导电性液体,在正常进出油操作时应避免电量的堆积。
为了将原料油罐内的电量减少到最小,在液面超过500mm内浮顶漂浮之前进出油管入口处的流量应控制在1m/s以内。
在内浮顶即将漂浮之前,要注意观察、监测内浮顶开始漂浮时的情况,避免内浮顶无法漂浮造成损坏或者原料油溢出。
在原料油罐内液面低于3m时,进出油速度不应太快,以防止对内浮顶的密封装置造成损坏。
因检修需要提高内浮顶高度时,应根据内浮顶支柱的布局,从原料油罐中心开始沿圆周方向逐步向外提高,每次提高的高度不大于100mm。
当需要提升的高度超过100mm时,应重复以上操作,将内浮顶逐渐提高到所需要的高度。
下放内浮顶的操作顺序正好与提高内浮顶的操作顺序相反,从外周开始向内逐步降低内浮顶的高度,每次降低的高度不大于100mm,直至降低到罐底。
临时支撑上下要用橡胶垫片保护罐底和内浮顶,以防止对罐底和内浮顶造成损坏。
结束语目前国内使用最多的为钢制或铝制内浮顶,玻璃钢内浮顶还是国内第一次采用该项技术。
通过五台100000m3原料油罐内浮顶的施工和运行,与钢制或铝制内浮顶相比,玻璃钢内浮顶具有无比的优越性和先进性,值得在国内广泛推广使用。
1)玻璃钢内浮顶重量轻,每台重约80t,而一台钢制内浮顶重量300t以上,由于玻璃钢内浮顶不需要设置密封舱,使储罐的有效容积增大。
2)玻璃钢内浮顶现场加工制作简单,不需要特殊的设备,技术也简单易学。
3)玻璃钢内浮顶导电性能好,与多种化工溶液相容,介电性能优越,抗化学腐蚀性好[4],易维修且操作方便,维修也不受时间、空间和原料油罐内有无介质等其它条件的限制。
4)随着玻璃钢制品工业的发展,内浮顶防火性能、耐热性能及其使用寿命都得到了提高,应用领域也越来越广。
5)玻璃钢内浮顶与罐壁采用双层不锈钢片和特氟龙(Teflon)胶带达到了弹性密封,使密封性能增强,具有隔离油气,避免油气挥发,进一步减小火灾的危害性。
6)玻璃钢内浮顶使用周期长,一般不少于二十年,且免于维修。
DM公司技术指导施工的内浮顶可以保证使用寿命不少于三十年。
7)玻璃钢内浮顶制作完成后,整体平整度良好,无大的凹凸和变形。
而钢制内浮顶由于顶板薄、焊缝多,焊接成型差,局部凹凸和变形非常大。
8)内浮顶施工设备全部采用使用风动设备,无电火花产生,发生火灾的风险小。
但是玻璃钢内浮顶由于施工周期相对集中,无法与其它工序交叉进行,增大了单台罐的绝对工期。
且施工条件差,作业空间相对封闭,对防火通风的要求较高,树脂和固化剂都是易燃、易爆危险品,并对人体的呼吸道、皮肤、眼睛等有刺激作用,在生产、贮存及使用过程中应严格遵守安全规则,必须绝对保证安全措施到位,严禁烟火、杜绝火灾事故的发生。
参考文献:
[1][日]乙烯基树脂,化学工业日报社1993
[2]API650《钢制焊接储罐》附录H1998.11
[3]周菊兴不饱和聚酯树脂——生产及应用化工工业出版社2000年
[4]史倬轮内浮顶罐技术及发展《石化技术》1996.3
(1):
P16~20
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