原料油罐玻璃钢内浮顶施工新工艺doc.docx

100000m3原料油罐玻璃钢内浮顶施工新工艺摘要：中海壳牌南海石化项目五台100000m3原料油罐设计采用玻璃钢内浮顶（以下简称内浮顶），内浮顶技术是荷兰DM Tank Systems公司的专利技术，已在世界上许多国家得到广泛的应用，此次为国内第一次引进该项技术。本文从内浮顶的主要材料性能出发，详细介绍了用来制作内浮顶的主要原材料.内浮顶上下两层加强玻璃纤维板由玻璃毡和树脂粘结而成，中间层是蜂巢板，整体密度只有190kg/m3，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。然后从内浮顶的施工工艺出发，介绍了内浮顶各工序的注意事项，并着重介绍了内浮顶的制作工艺和高温固化工艺。内浮顶的制作工艺详细介绍了内浮顶的主要施工工艺和注意事项，按照内浮顶从模板铺设、玻璃纤维和玻璃毡的磙压、蜂巢板的铺设、表玻璃纤维与玻璃毡的磙压和喷涂防火树脂的施工顺序对内浮顶的施工工艺进行了详细介绍，并说明了树脂在内浮顶各层施工的配合比使用量，又着重强调了喷涂树脂和辊轮磙压方法，具有很强的可操作性和实际应用性。内浮顶固化工艺是经过缩合、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局部热应力消除，在本文中详细介绍了内浮顶高温固化工艺和实际操作过程。主题词：原料油罐、玻璃钢内浮顶、树脂、应力、挠度、施工、固化1 概述中海壳牌南海石化项目五台100000m3原料油罐设计采用玻璃钢内浮顶，是国内第一次引进该项技术进行施工，具有很大的难度和挑战性。内浮顶结构示意图如图1所示。罐壁边缘板内浮顶密封装置液面图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，蜂巢板规格为230060060mm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80kg/m3抗压强度1.5N/mm2剪切强度0.5N/mm2弹性剪切模量8N/mm22）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名 称数 值单 位密 度1500kg/m3弯曲强度120N/mm2弹性弯曲模量8000N/mm2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：沿宽度方向面积质量均匀；短切丝在毡面中分布均匀，无大孔眼形成；具有适中的干毡强度；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1201。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4050mm之间，最大挠度为53mm。考虑到支柱支撑点（700mm）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： 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。 把掺有石墨和的树脂均匀涂覆在模板上，厚度为0.02mm，每次施工宽度为1500mm。石墨的作用是内浮顶约45min左右树脂层干结后，即可以进行玻璃纤维的施工。 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。 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。 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。 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。 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。玻璃毡（600g/m2）玻璃毡（450g/m2）蜂巢板玻璃毡（600g/m2）玻璃毡（450g/m2）顶层：防火树脂（上表面）底层：石墨+树脂（下表面）玻璃纤维（60g/m2）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名 称单位用量总数量石墨底层1.2kg/m26638kg玻璃纤维0.25kg/m21450kg玻璃毡（600g/m2）2.6kg/m215080kg玻璃纤（450g/m2）1.9kg/m211020kg蜂巢板底层1.5kg/m28146kg蜂巢板顶层1.2kg/m26517kg防火树脂0.9kg/m25000kg6 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80100，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15257天之后3035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。罐底蒸汽出口蒸汽发生器蒸汽软管罐壁开孔罐壁排气孔人孔内浮顶DN50法兰截断阀减压阀阀图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80100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80100不少于12h就可以了。内浮顶高温固化温度曲线见图6。0204060801002610141822时间(h)温度（）T罐内温度()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 19932 API650钢制焊接储罐附录H 1998.113 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):P1620