CN103386764A - 特大型玻璃钢贮罐的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种特大型玻璃钢贮罐的制作方法。主要解决现有工艺技术的限制，不能制作特大型玻璃钢贮罐的问题。本发明特征是制作与罐壁弧度一致的N块阳模，组成完整的模具，进行卧式环向螺旋缠绕，将制成品沿角进行切割，制得玻璃钢弧状立板，在储罐底边立起，组装，形成罐壁；在罐体底中心、罐体底周边分别立中空的支柱，吊装已预制好的各块封头；罐体各连接部分采用手糊法处理；围绕罐体外缘铺设轨道，在轨道上架设绕缠机械进行立体环向“绕缠”。本发明具有显著的优点：采用弧板拼接的形式，既解决了现有技术缠绕吊装运输等一系列问题，又对罐体内衬和结构层进行合理的处理，从根本上保证了罐壁的结构和质量；立体环向“绕缠”进一步增加了罐壁的强度。本发明最突出的进步是不受储罐直径大小、现有工艺技术的限制，可以制作任意直径的特大型玻璃钢贮罐。

Description

特大型玻璃钢贮罐的制作方法

技术领域

本发明公开了一种特大型玻璃钢贮罐的制作方法。

背景技术

玻璃钢是一种复合材料。FRP(Fiber Reinforced Plastics)即纤维强化塑料，一般指用玻璃纤维增强不饱和聚脂、环氧树脂与酚醛树脂基体，俗称玻璃钢。玻璃钢制品具有优良的物理性能，比钢、铸铁和塑料的强度都高，热传导系数只有钢的0.5，是一种很好的热和电的绝缘体。玻璃钢制品设计灵活性大，壁结构性能优异，产品工作温度在-50～200℃之间，耐压一般在6.4MPa以下，具有耐压 、耐腐蚀、抗老化、使用寿命长等优点，还具有重量轻、强度高、防渗、隔热、绝缘、无毒和表面光滑等特点。80年代前, 工业上使用的大直径储罐传统上主要是金属储罐,如由钢板卷弯后焊接而成的大直径储罐,也有少量选用PVC等塑料材质的，与PVC等塑料储罐相比,大直径玻璃钢储罐具有如下突出特点。(1)可在更高温度条件下使用，PVC等塑料储罐为热塑性材料,在低温下性脆,在高温下又易发生软化变形,其使用温度最高一般不能超过70℃。而玻璃钢储罐所用的原材料中,玻璃纤维本身耐高温,适用于生产玻璃钢储罐的乙烯基等树脂的最高使用温度也可以达120℃左右,其他酚醛树脂的耐温特点则更优良,所以由这些树脂与玻璃纤维复合成的大直径玻璃钢储罐可以比PVC等塑料储罐在更高的温度条件下使用。(2)强度高并分布合理，PVC等塑料储罐强度低,运输、安装过程中易被破坏。而大直径玻璃钢储罐由于采用了玻璃纤维增强,强度高,且具有一定的韧性,所以相对不容易破坏。另外,大直径玻璃钢储罐还可根据具体的产品特点，通过调整玻璃纤维在纵、环方向上的分布,从而使产品的力学强度呈现出各向异性,最大程度地满足用户的具体要求。(3)不易开裂，PVC等塑料储罐性脆,低温易开裂,运输、安装等过程中的碰撞或用力过猛等也易使其出现裂纹,而且由于此类储罐为均质材料,其开裂往往从外到内“一裂到底”,因此极易发生渗漏。而大直径玻璃钢储罐具有一定韧性,且结构呈各向异性,储罐不易产生裂纹,即使发生裂纹,也不会从外到内裂个透彻,只要裂缝不发生在内衬上,短期内也不会出现渗漏,若发现及时,还可在不停止使用的情况下采取相应措施对其进行修复。与金属容器相比,大直径玻璃钢储罐具有如下特点。(1)耐腐蚀性能好。金属储罐贮存介质时,由于金属的活泼性,极易与所贮存的介质发生化学、电化学反应而产生腐蚀。而玻璃钢储罐内衬为高分子材料,通过对内衬树脂的选择,可使大直径玻璃钢储罐适用于众多酸、碱、盐、溶剂等不同的腐蚀介质,耐腐蚀性优于金属储罐。(2)重量轻，大直径玻璃钢储罐一般为立式储罐,设计时已充分考虑震载及风载可能对其产生的倾覆外,其筒身壁厚主要取决于储罐内压的大小及所贮存液面的高低。当大直径玻璃钢储罐贮存液体或用作低压设备时,其筒身壁厚仅受贮液高度影响。采用上薄下厚的设计,即可使储罐的壁厚满足使用性能。另外,由于玻璃钢密度一般在1.6～1.9g/cm3范围内,仅为铁的1/4～1/5,所以,一台大直径玻璃钢储罐总重量一般不到同规格铁制储罐的一半,既有利于储罐的安装,降低安装费用,又可降低对基座的承载要求,从而降低基座的造价。(3)保温效果好，大直径玻璃钢储罐导热系数为0.127W/cm℃,钢制储罐的导热系数约为62.8W/cm℃。再加上大直径玻璃钢储罐壁厚也较铁制储罐厚,所以,贮存介质时,在储罐内外温差相同的情况下,热量损失仅为铁制储罐的1/100,储罐的自身保温效果十分明显,可较大幅度降低保温费用。(4)不生锈，金属储罐因铁等金属元素在与空气中的氧接触时,尤其在潮湿的环境中,容易锈蚀,所以,此类储罐的使用一般需进行除锈、防锈处理,费钱费力。而大直径玻璃钢储罐由非金属材料树脂及玻璃纤维复合而成,无需进行防锈、除锈处理。(5)内表面光滑，相对而言,金属储罐内壁粗糙,使用过程中易结垢,清洗困难,而大直径玻璃钢储罐内壁光滑,其绝对粗糙度为百分之一毫米级别,使用中不易结垢。所以,被当作设备使用时,内部水阻小,使用完毕无需或稍加进行除垢处理即可交付下一次继续使用。(6)可设计性强，大直径玻璃钢储罐具有良好的可设计性。既可对其阻燃、耐腐蚀、抗静电等性能进行设计,也可对其外观、形状及连接方式进行设计。除此之外,还可对其壁厚纵向、环向力学强度分配等进行结构设计,因此,满足不同用户对不同产品的具体要求。(7)电绝缘性能好，大直径玻璃钢储罐表面电阻约1011Ωcm,体积电阻约1014Ω,具有良好的绝缘特点。另外,其击穿电压为12～16kv/mm,抗雷电击穿,可用于多雷区。(8)可修复性强，大直径玻璃钢储罐不生锈,耐腐蚀性能好,一般情况下无需维护。即使需要维护,由于其重量轻,且可维修性强,维修起来十分方便。80年代以来,我国经济持续快速增长,为大直径玻璃钢储罐在市场上的应用带来良好的机遇。具有上述特点的玻璃钢储罐在我国石油、化工、冶金、酿造、环保、医药等领域均已获得较大范围的应用。

大直径玻璃钢储罐的生产方法主要分手糊和缠绕两大类。手糊法，这是最传统的生产方法,它和其他玻璃钢制品手糊工艺基本一致,在使用现场,按用户要求制作模具,然后手糊玻璃钢产品。它主要为一些小型企业或用户现场空间较小的情况下所采用。比如,铜陵有色金属公司采用的直径6390mm空塔沉降槽、直径6890mm填料塔沉降槽,因现场场地限制无法缠绕成型而采用手糊成型。和上述现场手糊不同的是,目前一些玻璃钢企业采用类似玻璃钢冷却塔的生产方法,将玻璃钢储罐分解成若干节,在厂内预制好,然后运至现场进行拼装,从而大大节省了在现场所花的时间,既节约现场开支,同时产品质量也更容易控制。这种方法生产时既可采用阳模,也可采用阴模,甚至可采用对模,生产的产品外观质量更易为用户所接受。缠绕法，此法中,玻璃钢储罐的封头一般为手糊(或加喷射)成型,罐身利用机器缠绕成型。缠绕法按照工作方式不同可分为卧式缠绕和立式缠绕，卧式缠绕，一种是环向缠绕玻璃纤维织物铺层，此法中,模具水平放置,即其轴线与地面平行,与传统的小直径玻璃钢储罐卧式生产时所用的模具放置方法相似。缠绕时,仅进行环向缠绕,但在每环向层间夹杂一层或数层短切毡等玻璃纤维织物。此法最大特点是生产过程中产品中的气泡问题容易得到控制。此法在国外开发较早,意大利Saplast公司即拥有此技术。国内的玻璃钢储罐企业在80年代末、90年代初便引进了此项技术的设备与工艺,他们利用此技术成功地进行过10m直径的玻璃钢储罐的制作。另一种是环向螺旋缠绕，与上述“环向缠绕玻璃纤维织物铺层”方法不同之处主要在于除进行环向缠绕外,还进行螺旋缠绕,无需在两缠绕层间夹杂玻璃纤维织物。立式缠绕，在该法中,模具放置在托架上保持模具表面与地平面垂直,通过几个可伸缩的悬臂将托架固定在模具中央一个大的轴承上,此轴承由液压驱动,通过管线与模具旁不远处的一个液压泵相连。缠绕小车轨道垂直立于模具旁,整个装置自动控制,缠绕时,模具水平旋转,小车在轨道上上下运动,利用二者之间的相对运动完成缠绕。通过计算机控制程序输入不同的缠绕角,即可控制模具旋转与小车运动之间的相对速度,从而实现环向和螺旋缠绕。此法最大特点是:由于可伸缩悬臂的长度具有可调性,所以,和其他任何方法相比,它可生产出更大直径范围的玻璃钢储罐。国内玻璃钢制造企业利用此法缠绕出直径为25.12m的玻璃钢储罐。该法的特点是结构简单,投资少,且玻璃钢产品的质量又能得到充分保证。缠绕法按照工作场合不同可分为厂内缠绕和现场缠绕，厂内缠绕，这是一种在玻璃钢厂内预先缠绕成型,然后再运至用户现场进行安装的方法。对直径略大于4m的储罐,一般无需或稍加处理即可运到现场；而对于直径比4m大得多的储罐,则需进行适当处理后,方能运输。美国一家公司采用了“椭圆变形法”实现了此操作。其做法是:将大直径玻璃钢储罐筒身设计成若干段,每段高约2米(便于运输,也可视具体情况定)采用立式缠绕方法在厂内分别缠绕好,然后将每段筒身压缩成短轴约为2m的椭圆形,用钢索沿长轴方向1/3、2/3处分别加以固定,这样,筒身便由圆柱体转变成短轴约2m的椭圆柱体,运输时不会超宽。至现场后,松开钢索,筒身再由椭圆柱形恢复成圆柱形,拼装封口即可。该公司曾用此法生产出直径达17m的产品。厂内缠绕的最大优点是无需在现场花费大量时间,既可大量节省现场开支,而且产品质量也更易控制。现场缠绕，所谓现场缠绕,即将玻璃钢储罐的生产设备拆成若干部分,连同原材料运至现场,再将设备拼装起来,进行生产。此法优点是可克服交通条件给大直径玻璃钢储罐运输带来的制约。对于大型玻璃钢罐的制作，均采用现场手糊法制作罐底、内衬后进行立式缠绕，完成罐壁的结构层、加强层制作。但对于直径大于25米的特大型玻璃钢储罐，采用上述介绍的现有技术，悬臂将托架固定在模具中央一个大的轴承上，模具放置在托架上水平旋转,整个过程中，由于模具托架都过于庞大，难以保证各个部分的平衡，小车上下运动，螺旋缠绕异常困难；更为关键的是，储罐直径与罐体面积成正比，由于罐壁面积的庞大，在实际工艺中进行环向螺旋缠绕时，所用的树脂受施工现场的温度等环境因素影响，胶凝时间，或称树脂胶的固化时间难以控制，具体讲，在第一层环向缠绕结束，第二层螺旋缠绕时，面临的是固化程度不一，即软硬不同的底层，所以各层间易产生气泡，两层结合紧密度差，造成玻璃钢储罐罐壁的密致度和强度难以保证，即便实现罐壁的缠绕，吊装对接也非常困难。

发明内容

本发明的目的是提供一种特大型玻璃钢贮罐的制作方法，以解决现有工艺、技术的限制，不能制作直径大于25米以上特大型玻璃钢贮罐的问题。

本发明的技术方案：所述的特大型玻璃钢贮罐的制作方法，包括根据用户需要，选择材料和进行结构设计；现场手糊法制作完整储罐底；罐体固化后注水检验；整体完成后进行验收，其特征在于：根据储罐罐壁弧度，制作与罐壁弧度一致的N块阳模，组成完整的模具，进行卧式环向螺旋缠绕，达到要求的厚度后脱模，将制成品沿角进行切割，制得一定长度的玻璃钢弧状立板；

将弧状立板在储罐底边立起，组装，形成罐壁，在罐体底中心、罐体底周边分别立中空的支柱，吊装已预制好的各块封头；

采用手糊法对拼接完成的罐体各连接部分进行处理；

围绕罐体外缘铺设轨道，在轨道上架设绕缠机械，进行立式环向“绕缠”，即罐体静止，绕缠机械沿轨道平行圆周运动，绕缠小车同时上下垂直运动，进行环向“绕缠”,每两环向层间夹杂数层经浸胶处理的毡、布、纱等玻璃纤维织物。

下面是对本发明技术方案进一步的改进。

本发明需要进一步说明的是N块阳模，是指组成完整弧模的阳模块数，可根据具体的情况进行选择，不受具体块数的限制。

本发明需要进一步说明的是卧式环向螺旋缠绕前用手糊加喷射法处理上内衬层。

本发明需要进一步说明的是绕缠时,对罐底和弧状立板的连接部分增加绕缠圈数。

本发明需要进一步说明的是在罐底下铺设软体材料的垫层。

本发明需要进一步说明的是N块阳模可以是3块，组成轴向横切面为三角形的三角弧模具，即三面带弧度。

本发明需要进一步说明的是N块阳模，可以是4块，组成轴向横切面为四角形的四角弧模具，即四面带弧度。

本发明需要进一步说明的是N块阳模，可以是6块，组成轴向横切面为六角形的六角弧模具，即六面带弧度。

本发明需要进一步说明的是N块阳模，可以是8块，组成轴向横切面为八角形的八角弧模具，即八面带弧度。

本发明具有显著的优点：发明方案进行了大胆的突破，设计科学巧妙，采用弧板拼接的形式，既解决了现有技术缠绕吊装运输等一系列问题，又对罐体内衬和结构层进行合理的处理，从根本上保证了罐壁的结构和质量；立体环向“绕缠”进一步增加了罐壁的强度。本发明最突出的进步是不受储罐直径大小、现有工艺技术的限制，可以制作任意直径的特大型玻璃钢贮罐。

具体实施方式

以下是对本发明的具体实施方式和实施例加以说明。所描述的具体实施例仅用解释本发明，并非用于限定本发明的具体实施方式。

实例1：

下面对直径32米、高10.2米，容积8000立方米玻璃钢储罐的制作进行描述。

本实施例制作的玻璃钢罐是用以盛装４０％ＮａＯＨ溶液。

1、材料选择和结构设计。（１）材料选择玻璃钢储罐的内衬层对耐化学药品性起决定性作用，内衬层使用的树脂是关键材料，其次是增强层树脂。我们分别选用了四种树脂，即双酚Ａ环氧树脂（Ｉ）、乙烯基酯树脂（Ⅱ）、耐热乙烯基酯树脂（Ⅲ）、环氧树脂与呋喃树脂混合树脂（ＩＶ）为树脂基体，采用手糊法制得玻璃钢（Ｆ船）试样，并对其进行了耐化学药品性试验，确定了四种ＦＲＰ耐浓ＮａＯＨ由强到弱顺序为Ⅳ≥Ⅱ≥Ｉ≥Ⅲ，其中Ⅳ号为我们自制的树脂。可见Ⅳ号耐化学药品性最佳，Ⅱ号次之…，故选用它们为基体树脂。（２）结构设计，储罐为立式储罐，显然在罐体的不同高度受静压不同，所以不同高度的罐壁可具有不同的厚度。为了节省材料，降低成本，罐体壁厚采用上薄下厚，并综合各种不同的影响因素，其中重点考虑了风压及震载的影响，编制计算机程序进行运算。

2、为克服交通运输条件限制，我们将生产设备拆散成若干部件，运至用户现场，再组装成一个整体，同时，将各种原辅材料也运至现场，在现场直接进行生产制作。（1）在平台上手糊法制作完整具有物理正常变化的储罐底，罐底直径32000毫米、高400毫米，罐底下铺设细沙的垫层。（2）封头制作，根据图纸要求，在预先制得的水泥模具上手糊成型封头，待固化后，脱模，修整，备用；（3）制作立板，先做一台完整的阳模，弧宽83770毫米，高10500毫米，4块组成一个弧方模，采用手糊加喷射法处理上内衬后，进行环向螺旋缠绕，达到要求的厚度。将制成品四角切割制得玻璃钢弧状板，修整、备用。（4）组装，把12块弧状板立到罐底边，组合成一个圆圈，在过程中罐底中间立上一根玻璃钢空心支柱，在罐底内周边均匀立上24根玻璃钢空心支柱，吊装已加工完成的24块封头，罐体各连接部分用手糊法平接。固化后，分4次注水，注水完毕，静置72小时，不渗不漏，再把水放掉。

3、现场“绕缠”成型。（1）围绕罐体外缘铺设轨道，在轨道上架设绕缠机械。（2）立体环向“绕缠”。罐体静止，绕缠机械在工作平台上沿轨道平行圆周运动，绕缠小车同时上下垂直运动,整个装置由电控箱控制；用间苯型不饱和聚酯树脂及缠绕纱“绕缠”聚酯玻璃钢加强层。绕缠时,进行环向绕缠,每两环向层间夹杂浸胶的毡、布、纱等玻璃纤维织物。

4、验收。根据JC/T587?纤维缠绕增强塑料储罐?相关的标准规定，进行检验。

实例2：

下面对直径40米、高10.2米，容积12000立方米玻璃钢储罐的制作进行描述。

工艺过程同实例1。

用一个带直径40×10.2米的1／6弧，6块制作一个弧模，卧式缠绕机做好；选用36块弧状板，在罐底立起，做成罐壁；在罐体底中心立支柱、罐体底周边分别立36支中空的支柱，吊装已预制好的36块封头。

实例3：

下面对直径50米、高10.6米，容积20000立方米玻璃钢储罐的制作进行描述。

工艺过程同实例1。

用一个带直径50×10.6米的1／8弧，8块制作一个弧模，卧式缠绕机做好；选用40块弧状板，在罐底立起，做成罐壁；在罐体底中心立支柱、罐体底周边分别立40支中空的支柱，吊装已预制好的40块封头。

应当理解的是，以上所述仅为本发明的实施例而已，并非限定本发明的技术方案。对本领域普通技术人员而言，在本发明的精神和原则之内，可以依据上述说明加以增减、替换、变换或改进，而所有这些增减、替换、变换或改进后的技术方案，都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种特大型玻璃钢贮罐的制作方法，包括根据用户需要，选择材料和进行结构设计；现场手糊法制作完整储罐底；罐体固化后注水检验；整体完成后进行验收，其特征在于：根据储罐罐壁弧度，制作与罐壁弧度一致的N块阳模，组成完整的模具，进行卧式环向螺旋缠绕，达到要求的厚度后脱模，将制成品沿角进行切割，制得一定长度的玻璃钢弧状立板；

将弧状立板在储罐底边立起，组装，形成罐壁，在罐体底中心、罐体底周边分别立中空的支柱，吊装已预制好的各块封头；

采用手糊法对拼接完成的罐体各连接部分进行处理；

围绕罐体外缘铺设轨道，在轨道上架设绕缠机械，进行立式环向“绕缠”，即罐体静止，绕缠机械沿轨道平行圆周运动，绕缠小车同时上下垂直运动，进行环向“绕缠”,每两环向层间夹杂数层经浸胶处理的毡、布、纱等玻璃纤维织物。

2.根据权利要求1所述的特大型玻璃钢贮罐的制作方法，其特征在于：所述的N块阳模，是指组成完整弧模的阳模块数，可根据具体的情况进行选择，不受具体块数的限制。

3.根据权利要求1所述的特大型玻璃钢贮罐的制作方法，其特征在于：卧式环向螺旋缠绕前用手糊加喷射法处理上内衬层。

4.根据权利要求1所述的特大型玻璃钢贮罐的制作方法，其特征在于：绕缠时对罐底和弧状立板的连接部分增加绕缠圈数。

5.根据权利要求1所述的特大型玻璃钢贮罐的制作方法，其特征在于：在罐底下铺设软体材料的垫层。

6.根据权利要求1或2所述的特大型玻璃钢贮罐的制作方法，其特征在于:使用的阳模可以是3块，组成轴向横切面为三角形的三角弧模具，即三面带弧度。

7.根据权利要求1或2所述的特大型玻璃钢贮罐的制作方法，其特征在于:使用的阳模可以是4块，组成轴向横切面为四角形的四角弧模具，即四面带弧度。

8.根据权利要求1或2所述的特大型玻璃钢贮罐的制作方法，其特征在于:使用的阳模可以是6块，组成轴向横切面为六角形的六角弧模具，即六面带弧度。

9.根据权利要求1或2所述的特大型玻璃钢贮罐的制作方法，其特征在于:使用的阳模可以是8块，组成轴向横切面为八角形的八角弧模具，即八面带弧度。