耐腐蚀FRP树脂提升石化厂耐久性

复合材料以其在高腐蚀环境中的耐久性著称，但为实现最佳性能，必须为每个应用选择合适的树脂。SABIC（沙特阿拉伯利雅得）子公司Petrokemya在沙特阿拉伯朱拜勒的石化综合体生产乙烯、苯乙烯、氯气、粗工业乙醇等多种原料化学品。生产过程中，该综合体需要一个燃烧装置，包含多个大型组件和管道，必须耐受盐酸而不腐蚀。

燃烧装置淬火罐、洗涤器、排气罐及相关容器和管道的设计制造任务交由一个团队，包括耐腐蚀设备制造商Ollearis（西班牙马托雷列斯）、承包商中国天辰工程公司（TCC，中国天津）和工程公司John Zink Hamworthy Combustion（美国俄克拉荷马州塔尔萨）。这些组件需耐受盐酸接触、满足多项设计挑战并具成本效益。

选择玻璃纤维增强复合材料作为能耐受高腐蚀化学品、且比特种金属合金更具成本效益的材料。所有主要组件均采用纤维增强塑料（FRP）制造，仅少数次要例外如吊耳和固定耳（不锈钢）、喷嘴（热塑性或金属）和洗涤器填料。

为提供最经济方案同时满足性能要求，Ollearis采用AOC（美国田纳西州科利维尔）三款Atlac树脂。“我们利用AOC耐化学性指南及AOC技术服务团队专业知识选择树脂类型，考虑客户详述的介质和设计温度。必须确保所提树脂在[要求]条件下表现良好，”Ollearis技术经理Adriano Ureña解释。

Ollearis为淬火罐（气体清洁首道工序）选用Atlac 590环氧酚醛树脂。罐高11.8米，内径3米。挑战在于运行时，燃烧装置废气以约300°C进入淬火罐，随后被靠近气体入口喷嘴喷水迅速冷却。选择Atlac 590可提供对盐酸溶液的抵抗力及在所需高温下的强度保持。

为高14.10米洗涤器、高39.7米排气筒（清洁气体释放处）及连接洗涤器和淬火罐的长1.45米管道，选用Atlac 430双酚A环氧乙烯基酯树脂。这款多功能标准产品匹配这些组件相对不苛刻的温度条件——洗涤器和排气筒设计温度达85°C。洗涤器暴露于来自淬火罐的盐酸溶液及洗涤水中用于中和酸的氢氧化钠溶液。排气筒也暴露于含少量盐酸和湿氯气的空气中。

为洗涤器和淬火罐周围的管道系统，选用Atlac 383不饱和双酚A聚酯，因其对酸碱流体的耐化学性，且成本低于标准乙烯基酯树脂。

淬火罐、洗涤器和筒体圆柱段采用混合制造工艺，结合湿法缠绕成型与同步施加的外层双向编织织物。此组合产生环向（来自缠绕）和轴向（来自织物，与零件轴线平行）更好的力学性能。编织织物的加入也将每个零件的玻璃纤维重量百分比从全缠绕件的70%降至55%，增加了每个零件的耐腐蚀树脂含量。其他组件采用手糊成型。

解决设计挑战

Ollearis设计该项目设备时面临多项挑战。一是淬火罐内表面需包含树脂丰富的耐腐蚀屏障层，运行中因热冲击存在开裂风险。团队通过碳纤维表面毡增强耐腐蚀层，提高了组件抗热冲击性。

二是需找到支撑洗涤器内填料重量的方法——填料是去除通过洗涤器空气中气体的材料。解决方案是Ollearis在填料下方安装复合格栅，由复合搁板和两根复合梁支撑。搁板和梁为中空矩形截面，搁板填充聚氨酯泡沫。搁板作为一体件直接制造在缠绕成型的圆柱形洗涤器中；制造后粘接会因填料重量载荷存在脱粘风险。梁由专门设计的复合喷嘴支撑，粘接在洗涤器壳体上。

第三挑战来自淬火罐和洗涤器在真空下运行但底部平坦——平面复合板抗压和抗真空能力差，通常需很厚才能承受此类载荷，制造成本高。为达项目目标，Ollearis开发低成本方案，采用三明治结构：核心为树脂浸渍3D玻璃纤维织物，面层为复合材料蒙皮，降低实心复合零件的成本和重量。

该项目复合组件于2016年设计交付，2017年完成最终安装。