SO2吸收塔橡膠內(nèi)襯層的改造(論文)

1、SO2吸收塔橡膠內(nèi)襯層的改造 摘要 分析SO2吸收塔橡膠內(nèi)襯層破損原因，采用丁基橡膠對襯層破損處進(jìn)行修復(fù)，再利用玻璃纖維布與環(huán)氧樹脂涂覆在橡膠表面以保護(hù)橡膠襯層，解決內(nèi)襯塔內(nèi)襯層容易破損的問題。關(guān)鍵詞 SO2吸收塔 橡膠 內(nèi)襯層一、概述SO2吸收塔為填料塔，是錦綸廠己內(nèi)酰胺車間羥胺崗位利用亞硝酸銨與亞硫酸氫銨混合液吸收二氧化硫生成羥胺二磺酸鹽（以下簡稱二鹽）的裝置。如圖1所示，它由三段填料層及塔釜組成。每段填料層主要包括填料支撐層、填料層、分布器層三部分。塔壁襯有兩層3mm厚的丁基橡膠，以防止介質(zhì)腐蝕塔壁。主要技術(shù)參數(shù)見表1。經(jīng)發(fā)現(xiàn)最低段填料層塔壁穿孔泄漏，進(jìn)入塔內(nèi)檢查，發(fā)現(xiàn)塔內(nèi)填料層橡膠襯層

2、存在大量月牙形割縫近500處，分布器及填料支撐板處大部分橡膠層也已被壓擠破裂，而且有些割痕內(nèi)有鐵銹滲出。由上述現(xiàn)象可以確定橡膠襯層已完全被損壞，塔壁已被腐蝕。表1 SO2吸收塔主要技術(shù)參數(shù)： 工作壓力常壓工作溫度-55 介 質(zhì)亞銨液、亞硫酸氫銨、SO2、二鹽液全容積304m3腐蝕余量2mm填料全高13m塔壁材料Q235-B填 料鮑爾環(huán)（材質(zhì)：0Cr18Ni12Mo2Ti）襯里材料預(yù)硫化軟質(zhì)丁基橡膠圖1 SO2吸收塔示意圖二、原因分析經(jīng)過初步分析認(rèn)為塔內(nèi)溫度、填料外形及堆放方式、襯里材料、介質(zhì)都直接影響了橡膠襯層的使用壽命。根據(jù)塔內(nèi)填料層襯膠層大量的月牙形割縫（圖2所示）、分布器及填料支撐板處大

3、部分橡膠層被壓擠破裂（圖3）以及有些割痕內(nèi)有鐵銹滲出塔壁的現(xiàn)象，我們分析得出橡膠襯層被損壞的幾點(diǎn)原因如下： 圖2 襯膠層上的月牙形割縫 圖3 襯膠層被擠壓1、襯層材料因素塔內(nèi)襯里層材料為預(yù)硫化軟質(zhì)丁基橡膠，此橡膠存有在低溫環(huán)境下硫化速度慢，且質(zhì)地較軟的缺點(diǎn)。由于在二氧化硫吸收反應(yīng)中，工作溫度為-55。此類橡膠在工作溫度低的塔內(nèi)，硫化不完全，起不到保護(hù)塔壁的作用。2、填料因素塔內(nèi)三段填料層的填料材料為0Cr18Ni12Mo2Ti，由于是亂堆放，在相互的壓擠下容易產(chǎn)生變形，出現(xiàn)如尖銳的棱角等不規(guī)則形狀（圖4）。而且塔內(nèi)40多噸的填料靜壓力全部聚集在填料支撐板及塔壁上，對未硫化完全且軟的襯膠層產(chǎn)生相

4、當(dāng)大的壓力，使得襯膠層被壓擠出大量的月牙形割縫和填料支撐板下面的襯 圖4 被擠壓后的填料膠被壓擠破裂。三、改造方案的制定SO2吸收塔內(nèi)襯改造方案的制定中有二個(gè)值得考慮的問題：一是橡膠襯層大面積破損的修補(bǔ)方案；二是橡膠襯層修補(bǔ)后使用中的保護(hù)措施。1、橡膠襯層缺陷處修復(fù)方案制定由于塔內(nèi)橡膠襯層為大面積破損，所以最為直接的修補(bǔ)方式為將原襯膠層全部予以割除，然后再重新對塔壁進(jìn)行襯膠。但此方案卻存在兩個(gè)問題：（1）由于橡膠襯層與碳鋼塔壁的粘合相當(dāng)緊密，所以要將原橡膠襯層整體剝離塔壁相當(dāng)困難，會(huì)大大拖延施工進(jìn)度。（2）剝離損壞襯層的同時(shí)也會(huì)破壞原本未受損的襯層，再之全部重新襯補(bǔ)的費(fèi)用會(huì)遠(yuǎn)高于局部襯補(bǔ)，因此

5、會(huì)導(dǎo)致不必要的浪費(fèi)。分析現(xiàn)場襯層的破損情況、施工質(zhì)量保證及施工工期的要求，我們決定采用局部襯補(bǔ)與整體襯補(bǔ)相結(jié)合的方式進(jìn)行施工。即先使用小塊的丁基膠片對損壞較嚴(yán)重處進(jìn)行局部點(diǎn)對點(diǎn)的襯補(bǔ)，然后再使用大塊的膠板對塔壁進(jìn)行一次全面襯補(bǔ)。這樣不僅可以有效地加快施工進(jìn)度而且可以大幅度的減少丁基橡膠板的用量（可節(jié)約丁基橡膠用量40%），且改造后的橡膠襯層亦能保證具有優(yōu)良的質(zhì)量。2、橡膠襯層保護(hù)方案制定介于45米高的填料層所產(chǎn)生的巨大的靜壓力，將會(huì)使底層填料的銳邊對塔壁質(zhì)地較軟的襯膠層產(chǎn)生巨大的割裂破壞作用，所以非常有必要采取措施對襯膠層進(jìn)行保護(hù)。我們認(rèn)為最理想的方案是選擇一種適合塔內(nèi)手工作業(yè)，且具有較好抗腐

6、蝕性、固化后具有較高硬度且價(jià)格較低的涂料覆于襯層表面，以此來防止填料對襯層的破壞。最終我們選定了環(huán)氧樹脂配合玻璃纖維布所組成的玻璃鋼襯層來作為塔內(nèi)襯膠層的保護(hù)層。該方案具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）耐腐蝕性優(yōu)良 二鹽介質(zhì)對其不腐蝕。（2）機(jī)械強(qiáng)度高 高硬度的環(huán)氧樹脂配合具有優(yōu)良韌性的玻璃纖維布，組成了硬度很高但又具有優(yōu)良韌性的玻璃鋼材質(zhì)。（3）施工方便 只需將環(huán)氧樹脂涂刷與襯膠層表面然后再貼上玻璃布，待環(huán)氧樹脂完全固化后，即可形成堅(jiān)硬的保護(hù)層。（4）成本低廉 每層只需使用約20升環(huán)氧樹脂，整塔環(huán)氧樹脂保護(hù)層的制作費(fèi)用可控制在4000元以內(nèi)。3、材料的選擇（一）丁基橡膠根據(jù)塔內(nèi)襯層改造實(shí)際情況，需要一種質(zhì)

7、地稍軟，便于對打磨后形成的凹凸不平的表面進(jìn)行襯布處理，且對呈強(qiáng)酸的二鹽介質(zhì)有良好的耐酸性。最終我們經(jīng)過對比選擇了室溫自硫化丁基橡(產(chǎn)品牌號(hào)為90)。其原因在于該襯里技術(shù)在施工應(yīng)用中，克服了以往襯膠技術(shù)(襯硬質(zhì)天然膠、氯丁膠)的許多缺點(diǎn),是一種優(yōu)異的防腐橡膠。它具有以下優(yōu)良性能：（1）卓越的耐腐蝕性能 其耐化學(xué)腐蝕性遠(yuǎn)優(yōu)于預(yù)硫化丁基膠和氯丁橡膠，能耐稀硝酸、鉻酸，對非氧化性酸、堿、鹽均具有良好的抗蝕能力。（2）施工性能優(yōu)越 室溫自硫化丁基橡膠襯里在襯膠施工時(shí)，膠板還未完全硫化，很軟，且具有適宜的襯膠強(qiáng)度和可塑性，能適應(yīng)各種形狀和結(jié)構(gòu)的設(shè)備襯膠施工，初粘性能好，保證了襯膠施工質(zhì)量，這是其它膠板無法

8、實(shí)現(xiàn)的。該膠板不需加熱硫化，可在自然條件下自行硫化,施工工藝簡單、方便，不受場地限制。（二）環(huán)氧樹脂經(jīng)過對各型環(huán)氧樹脂理化特性的對比，我們最終選擇通用型E-44環(huán)氧樹脂。E-44環(huán)氧樹脂，產(chǎn)品牌號(hào)為6101。特別適合制備環(huán)氧玻璃鋼絕緣板及增強(qiáng)材料。該環(huán)氧樹脂防腐能力較強(qiáng)，施工時(shí)對環(huán)境污染小。由于其粘度適中，作為手糊法玻璃鋼防腐襯里材料尤為合適，是大型水泥槽、鐵貯缸、槽車等的首選防腐材料。用E-44配以常溫固化劑及活性稀釋劑，就能以簡便的手工操作使玻璃布牢固地粘貼在被襯材質(zhì)的表面，形成環(huán)氧玻璃鋼防腐層。特別適合本次的塔內(nèi)操作，可有效降低施工難度，節(jié)約改造費(fèi)用。且由于E-44環(huán)氧樹脂中環(huán)氧值適中（

9、平均環(huán)氧值為44/100），所以在高低溫下它都具有良好的機(jī)械強(qiáng)度。另一方面由于環(huán)氧樹脂中所使用的固化劑、改性劑、稀釋劑等添加物也會(huì)對環(huán)氧樹脂固化后的物化特性產(chǎn)生很大的影響，所以也應(yīng)根據(jù)實(shí)際工況經(jīng)行認(rèn)真考慮。根據(jù)塔內(nèi)的特殊環(huán)境以及環(huán)氧樹脂所需起到的抗破壞作用。我們在E-44內(nèi)加入50%的聚硫橡膠（提高沖擊強(qiáng)度和抗剝性能）和10%的糠醛樹脂（改進(jìn)靜彎曲性能，提高耐酸性能）作為改良劑。另外還加入了15%丙酮和5%的乙二胺分別作為稀釋劑和固化劑。（三）玻璃纖維布：因?yàn)榈蜏丨h(huán)境下環(huán)氧樹脂的硬度高、脆性大，在不銹鋼填料的長期擠壓下易產(chǎn)生微裂紋，隨著裂紋的擴(kuò)散，可能會(huì)導(dǎo)致局部剝落。所以我們決定在環(huán)氧樹脂內(nèi)加

10、入玻璃纖維布作為填料。其好處在于它可以增加環(huán)氧樹脂層的抗拉伸強(qiáng)度，張力下的抗脫離強(qiáng)度以及抗彎強(qiáng)度；可減少所需環(huán)氧樹脂涂層的厚度，以節(jié)約成本。玻璃布的選型：考慮到二鹽介質(zhì)的呈強(qiáng)酸性，所以選擇了具有較強(qiáng)耐酸堿腐蝕能力的中堿玻璃纖維布作為環(huán)氧樹脂填料。另一方面由于玻璃布的物理特性如重量、厚度和斷裂強(qiáng)度等是由經(jīng)緯線密度加上玻璃纖維結(jié)構(gòu)決定的。所以玻璃布選型時(shí)需對其加以考慮。經(jīng)計(jì)算可知高度為5m的亂堆不銹鋼鮑爾環(huán)填料層，會(huì)在填料層底部鮑爾環(huán)銳邊對橡膠襯層產(chǎn)生約0.827MP的切割壓力。假設(shè)我們使用的是直徑為20m、單纖維抗拉強(qiáng)度為500Mpa的玻璃纖維。經(jīng)計(jì)算可知我們使用的玻璃布每英寸長度上玻璃纖維數(shù)量

11、應(yīng)不少于8根。最終我們選定纖維直徑為20m、網(wǎng)孔密度為10目、織紋為平紋(類似方格布)的中堿玻璃纖維不作為環(huán)氧樹脂的加強(qiáng)填料。四、具體實(shí)施方案1、表面打磨處理：（1）對穿孔及腐蝕深度大于2mm(該塔設(shè)計(jì)腐蝕余量為2mm)處塔壁進(jìn)行堆焊處理，焊縫不得有氣孔、焊瘤、咬邊等缺陷存在，堆焊后對其表面進(jìn)行打磨處理，使其成為平整的易于襯膠的光滑表面。對腐蝕深度小于2mm處的塔壁，進(jìn)行打磨除銹處理，除銹等級(jí)須達(dá)到1/2級(jí)。并要求打磨后陰角弧度大于12mm、陽角弧度大于20mm。（2）對受損但未深及塔壁的襯層處，進(jìn)行有限打磨。打磨深度應(yīng)與襯層損壞深度保持一致（即打磨至未損傷的襯層為止）。打磨時(shí)應(yīng)保證圓弧過渡，

12、陽角R10mm，陰角R5mm（陰角、陽角如圖7所示） 圖7 打磨圓弧角度2、表面清理：在打磨完畢后,用高壓空氣吹凈打磨所產(chǎn)生的碎屑。如存在高壓空氣無法有效吹凈處（如打磨形成的橡膠微粒對打磨后粗糙的橡膠表面的附著能力較強(qiáng)，用高壓空氣難以吹凈）可使用略濕的布將其擦凈。表面清理完畢后再將落于填料支撐板上的橡膠、金屬打磨碎屑以及掉落的焊渣清理干凈。3、各處清理完畢并檢查無誤后進(jìn)行襯膠，其步驟如下：第一步：涂上首層膠粘劑（成分為甲苯，有毒性，我們將軸流風(fēng)機(jī)固定在人孔上，以便保持塔內(nèi)外空氣的有效對流，保證施工人員生命安全）。首層膠粘劑應(yīng)刷得越薄越好,不能出現(xiàn)流淌痕跡、亦不能漏刷,注意在涂刷中不允許碰上水或

13、水蒸汽,以防膠漿水解失效。第二步：首層粘結(jié)劑干股后在襯膠層已穿孔或打磨后膠層已不足1mm處涂刷膠粘劑，用100mm×100mm×3 mm丁基膠片覆蓋。 第三步：再次涂一遍膠粘劑，將準(zhǔn)備好的大塊膠，貼于打磨后的原橡膠襯層表面。并要求其與打磨后的原橡膠襯層表面完全貼合，不得存在夾氣、脫膠等缺陷。4、襯膠層檢查完畢后進(jìn)行環(huán)氧樹脂層的制作。其步驟如下：第一步： 在通用型E-44環(huán)氧樹脂內(nèi)加入50%的聚硫橡膠、10%的糠醛樹脂、15%丙酮和5%的乙二胺，均勻攪拌。第二步：將制作好的環(huán)氧樹脂均勻涂刷于橡膠襯層表面（應(yīng)保證涂層厚度不少于1mm ）第三步：待環(huán)氧樹脂稍干后將玻璃布（共三層）

14、貼于其上。并要求玻璃布與環(huán)氧涂層完全貼合，玻璃布不得折皺、虛貼等缺陷，詳見以下要求。對玻璃布的要求如下：織物均勻，布邊平直，布面平整呈席狀，無污漬、起毛、折痕、皺紋等；經(jīng)、緯密，面積重量，布幅及卷長均符合標(biāo)準(zhǔn)；卷繞在牢固的紙芯上，卷繞整齊；迅速、良好的樹脂透性；織物制成的層合材料的干、濕態(tài)機(jī)械強(qiáng)度均應(yīng)達(dá)到要求。第四步：待第一層環(huán)氧樹脂完全固化后，再在玻璃布上涂刷上第二層環(huán)氧樹脂。五、預(yù)防措施1、襯層改造完成后不應(yīng)立即向塔內(nèi)裝入填料，應(yīng)該等環(huán)氧樹脂層完全干固硬化后（環(huán)氧樹脂夏季完全固化約需3天，冬季則需約8天），再向塔內(nèi)裝入填料。以防未完全硫化的環(huán)氧樹脂層遭填料破壞而失去保護(hù)橡膠襯層的作用。2、二鹽塔改造完畢后，開車運(yùn)行時(shí)塔內(nèi)溫度的降低速度應(yīng)盡可能放慢，以免剛固化的環(huán)氧樹脂保護(hù)層因劇烈的溫度變化而導(dǎo)致出現(xiàn)裂紋。六、改造后的效果改造前后SO2吸收塔主要參數(shù)比較見表2，可以看出采取以上措施后，SO2吸收塔完全滿足平穩(wěn)、高