SO2吸收塔橡胶内衬层的改造(论文)

1、SO2吸收塔橡胶内衬层的改造 摘要 分析SO2吸收塔橡胶内衬层破损原因，采用丁基橡胶对衬层破损处进行修复，再利用玻璃纤维布与环氧树脂涂覆在橡胶表面以保护橡胶衬层，解决内衬塔内衬层容易破损的问题。关键词 SO2吸收塔 橡胶 内衬层一、概述SO2吸收塔为填料塔，是锦纶厂己内酰胺车间羟胺岗位利用亚硝酸铵与亚硫酸氢铵混合液吸收二氧化硫生成羟胺二磺酸盐（以下简称二盐）的装置。如图1所示，它由三段填料层及塔釜组成。每段填料层主要包括填料支撑层、填料层、分布器层三部分。塔壁衬有两层3mm厚的丁基橡胶，以防止介质腐蚀塔壁。主要技术参数见表1。经发现最低段填料层塔壁穿孔泄漏，进入塔内检查，发现塔内填料层橡胶衬层

2、存在大量月牙形割缝近500处，分布器及填料支撑板处大部分橡胶层也已被压挤破裂，而且有些割痕内有铁锈渗出。由上述现象可以确定橡胶衬层已完全被损坏，塔壁已被腐蚀。表1 SO2吸收塔主要技术参数： 工作压力常压工作温度-55 介 质亚铵液、亚硫酸氢铵、SO2、二盐液全容积304m3腐蚀余量2mm填料全高13m塔壁材料Q235-B填 料鲍尔环（材质：0Cr18Ni12Mo2Ti）衬里材料预硫化软质丁基橡胶图1 SO2吸收塔示意图二、原因分析经过初步分析认为塔内温度、填料外形及堆放方式、衬里材料、介质都直接影响了橡胶衬层的使用寿命。根据塔内填料层衬胶层大量的月牙形割缝（图2所示）、分布器及填料支撑板处大

3、部分橡胶层被压挤破裂（图3）以及有些割痕内有铁锈渗出塔壁的现象，我们分析得出橡胶衬层被损坏的几点原因如下： 图2 衬胶层上的月牙形割缝 图3 衬胶层被挤压1、衬层材料因素塔内衬里层材料为预硫化软质丁基橡胶，此橡胶存有在低温环境下硫化速度慢，且质地较软的缺点。由于在二氧化硫吸收反应中，工作温度为-55。此类橡胶在工作温度低的塔内，硫化不完全，起不到保护塔壁的作用。2、填料因素塔内三段填料层的填料材料为0Cr18Ni12Mo2Ti，由于是乱堆放，在相互的压挤下容易产生变形，出现如尖锐的棱角等不规则形状（图4）。而且塔内40多吨的填料静压力全部聚集在填料支撑板及塔壁上，对未硫化完全且软的衬胶层产生相

4、当大的压力，使得衬胶层被压挤出大量的月牙形割缝和填料支撑板下面的衬 图4 被挤压后的填料胶被压挤破裂。三、改造方案的制定SO2吸收塔内衬改造方案的制定中有二个值得考虑的问题：一是橡胶衬层大面积破损的修补方案；二是橡胶衬层修补后使用中的保护措施。1、橡胶衬层缺陷处修复方案制定由于塔内橡胶衬层为大面积破损，所以最为直接的修补方式为将原衬胶层全部予以割除，然后再重新对塔壁进行衬胶。但此方案却存在两个问题：（1）由于橡胶衬层与碳钢塔壁的粘合相当紧密，所以要将原橡胶衬层整体剥离塔壁相当困难，会大大拖延施工进度。（2）剥离损坏衬层的同时也会破坏原本未受损的衬层，再之全部重新衬补的费用会远高于局部衬补，因此

5、会导致不必要的浪费。分析现场衬层的破损情况、施工质量保证及施工工期的要求，我们决定采用局部衬补与整体衬补相结合的方式进行施工。即先使用小块的丁基胶片对损坏较严重处进行局部点对点的衬补，然后再使用大块的胶板对塔壁进行一次全面衬补。这样不仅可以有效地加快施工进度而且可以大幅度的减少丁基橡胶板的用量（可节约丁基橡胶用量40%），且改造后的橡胶衬层亦能保证具有优良的质量。2、橡胶衬层保护方案制定介于45米高的填料层所产生的巨大的静压力，将会使底层填料的锐边对塔壁质地较软的衬胶层产生巨大的割裂破坏作用，所以非常有必要采取措施对衬胶层进行保护。我们认为最理想的方案是选择一种适合塔内手工作业，且具有较好抗腐

6、蚀性、固化后具有较高硬度且价格较低的涂料覆于衬层表面，以此来防止填料对衬层的破坏。最终我们选定了环氧树脂配合玻璃纤维布所组成的玻璃钢衬层来作为塔内衬胶层的保护层。该方案具有以下优点：（1）耐腐蚀性优良 二盐介质对其不腐蚀。（2）机械强度高 高硬度的环氧树脂配合具有优良韧性的玻璃纤维布，组成了硬度很高但又具有优良韧性的玻璃钢材质。（3）施工方便 只需将环氧树脂涂刷与衬胶层表面然后再贴上玻璃布，待环氧树脂完全固化后，即可形成坚硬的保护层。（4）成本低廉 每层只需使用约20升环氧树脂，整塔环氧树脂保护层的制作费用可控制在4000元以内。3、材料的选择（一）丁基橡胶根据塔内衬层改造实际情况，需要一种质

7、地稍软，便于对打磨后形成的凹凸不平的表面进行衬布处理，且对呈强酸的二盐介质有良好的耐酸性。最终我们经过对比选择了室温自硫化丁基橡(产品牌号为90)。其原因在于该衬里技术在施工应用中，克服了以往衬胶技术(衬硬质天然胶、氯丁胶)的许多缺点,是一种优异的防腐橡胶。它具有以下优良性能：（1）卓越的耐腐蚀性能 其耐化学腐蚀性远优于预硫化丁基胶和氯丁橡胶，能耐稀硝酸、铬酸，对非氧化性酸、碱、盐均具有良好的抗蚀能力。（2）施工性能优越 室温自硫化丁基橡胶衬里在衬胶施工时，胶板还未完全硫化，很软，且具有适宜的衬胶强度和可塑性，能适应各种形状和结构的设备衬胶施工，初粘性能好，保证了衬胶施工质量，这是其它胶板无法

8、实现的。该胶板不需加热硫化，可在自然条件下自行硫化,施工工艺简单、方便，不受场地限制。（二）环氧树脂经过对各型环氧树脂理化特性的对比，我们最终选择通用型E-44环氧树脂。E-44环氧树脂，产品牌号为6101。特别适合制备环氧玻璃钢绝缘板及增强材料。该环氧树脂防腐能力较强，施工时对环境污染小。由于其粘度适中，作为手糊法玻璃钢防腐衬里材料尤为合适，是大型水泥槽、铁贮缸、槽车等的首选防腐材料。用E-44配以常温固化剂及活性稀释剂，就能以简便的手工操作使玻璃布牢固地粘贴在被衬材质的表面，形成环氧玻璃钢防腐层。特别适合本次的塔内操作，可有效降低施工难度，节约改造费用。且由于E-44环氧树脂中环氧值适中（

9、平均环氧值为44/100），所以在高低温下它都具有良好的机械强度。另一方面由于环氧树脂中所使用的固化剂、改性剂、稀释剂等添加物也会对环氧树脂固化后的物化特性产生很大的影响，所以也应根据实际工况经行认真考虑。根据塔内的特殊环境以及环氧树脂所需起到的抗破坏作用。我们在E-44内加入50%的聚硫橡胶（提高冲击强度和抗剥性能）和10%的糠醛树脂（改进静弯曲性能，提高耐酸性能）作为改良剂。另外还加入了15%丙酮和5%的乙二胺分别作为稀释剂和固化剂。（三）玻璃纤维布：因为低温环境下环氧树脂的硬度高、脆性大，在不锈钢填料的长期挤压下易产生微裂纹，随着裂纹的扩散，可能会导致局部剥落。所以我们决定在环氧树脂内加

10、入玻璃纤维布作为填料。其好处在于它可以增加环氧树脂层的抗拉伸强度，张力下的抗脱离强度以及抗弯强度；可减少所需环氧树脂涂层的厚度，以节约成本。玻璃布的选型：考虑到二盐介质的呈强酸性，所以选择了具有较强耐酸碱腐蚀能力的中碱玻璃纤维布作为环氧树脂填料。另一方面由于玻璃布的物理特性如重量、厚度和断裂强度等是由经纬线密度加上玻璃纤维结构决定的。所以玻璃布选型时需对其加以考虑。经计算可知高度为5m的乱堆不锈钢鲍尔环填料层，会在填料层底部鲍尔环锐边对橡胶衬层产生约0.827MP的切割压力。假设我们使用的是直径为20m、单纤维抗拉强度为500Mpa的玻璃纤维。经计算可知我们使用的玻璃布每英寸长度上玻璃纤维数量

11、应不少于8根。最终我们选定纤维直径为20m、网孔密度为10目、织纹为平纹(类似方格布)的中碱玻璃纤维不作为环氧树脂的加强填料。四、具体实施方案1、表面打磨处理：（1）对穿孔及腐蚀深度大于2mm(该塔设计腐蚀余量为2mm)处塔壁进行堆焊处理，焊缝不得有气孔、焊瘤、咬边等缺陷存在，堆焊后对其表面进行打磨处理，使其成为平整的易于衬胶的光滑表面。对腐蚀深度小于2mm处的塔壁，进行打磨除锈处理，除锈等级须达到1/2级。并要求打磨后阴角弧度大于12mm、阳角弧度大于20mm。（2）对受损但未深及塔壁的衬层处，进行有限打磨。打磨深度应与衬层损坏深度保持一致（即打磨至未损伤的衬层为止）。打磨时应保证圆弧过渡，

12、阳角R10mm，阴角R5mm（阴角、阳角如图7所示） 图7 打磨圆弧角度2、表面清理：在打磨完毕后,用高压空气吹净打磨所产生的碎屑。如存在高压空气无法有效吹净处（如打磨形成的橡胶微粒对打磨后粗糙的橡胶表面的附着能力较强，用高压空气难以吹净）可使用略湿的布将其擦净。表面清理完毕后再将落于填料支撑板上的橡胶、金属打磨碎屑以及掉落的焊渣清理干净。3、各处清理完毕并检查无误后进行衬胶，其步骤如下：第一步：涂上首层胶粘剂（成分为甲苯，有毒性，我们将轴流风机固定在人孔上，以便保持塔内外空气的有效对流，保证施工人员生命安全）。首层胶粘剂应刷得越薄越好,不能出现流淌痕迹、亦不能漏刷,注意在涂刷中不允许碰上水或

13、水蒸汽,以防胶浆水解失效。第二步：首层粘结剂干股后在衬胶层已穿孔或打磨后胶层已不足1mm处涂刷胶粘剂，用100mm×100mm×3 mm丁基胶片覆盖。 第三步：再次涂一遍胶粘剂，将准备好的大块胶，贴于打磨后的原橡胶衬层表面。并要求其与打磨后的原橡胶衬层表面完全贴合，不得存在夹气、脱胶等缺陷。4、衬胶层检查完毕后进行环氧树脂层的制作。其步骤如下：第一步： 在通用型E-44环氧树脂内加入50%的聚硫橡胶、10%的糠醛树脂、15%丙酮和5%的乙二胺，均匀搅拌。第二步：将制作好的环氧树脂均匀涂刷于橡胶衬层表面（应保证涂层厚度不少于1mm ）第三步：待环氧树脂稍干后将玻璃布（共三层）

14、贴于其上。并要求玻璃布与环氧涂层完全贴合，玻璃布不得折皱、虚贴等缺陷，详见以下要求。对玻璃布的要求如下：织物均匀，布边平直，布面平整呈席状，无污渍、起毛、折痕、皱纹等；经、纬密，面积重量，布幅及卷长均符合标准；卷绕在牢固的纸芯上，卷绕整齐；迅速、良好的树脂透性；织物制成的层合材料的干、湿态机械强度均应达到要求。第四步：待第一层环氧树脂完全固化后，再在玻璃布上涂刷上第二层环氧树脂。五、预防措施1、衬层改造完成后不应立即向塔内装入填料，应该等环氧树脂层完全干固硬化后（环氧树脂夏季完全固化约需3天，冬季则需约8天），再向塔内装入填料。以防未完全硫化的环氧树脂层遭填料破坏而失去保护橡胶衬层的作用。2、二盐塔改造完毕后，开车运行时塔内温度的降低速度应尽可能放慢，以免刚固化的环氧树脂保护层因剧烈的温度变化而导致出现裂纹。六、改造后的效果改造前后SO2吸收塔主要参数比较见表2，可以看出采取以上措施后，SO2吸收塔完全满足平稳、高