原料油罐玻璃钢内浮顶施工新工艺doc.docx

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原料油罐玻璃钢内浮顶施工新工艺doc

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DMTankSystems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。

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

N/mm2

弹性剪切模量

8

N/mm2

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

名称

数值

单位

密度

1500

kg/m3

弯曲强度

120

N/mm2

弹性弯曲模量

8000

N/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：

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。

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

名称

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

1.2kg/m2

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