CN104986458B - 一种储罐及其成型工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种储罐的成型工艺，包括以下步骤：A)将罐体与罐体内部支撑筋采用纤维增强复合材料进行缠绕，所述罐体与罐体内部支撑筋均为纤维增强复合材料；B)在罐池的池底设置马鞍座，所述罐池的材料为纤维增强复合材料；C)将所述罐体设置于所述马鞍座内并紧固；在所述罐体与所述罐池之间架设高强型材支撑梁，所述高强型材支撑梁为纤维增强复合材料；D)在所述罐池中加入发泡材料，得到储罐。按照上述方法制备的储罐具有防水、防腐、保温阻燃、抗压、抗冲击等优点，有效提高了储罐的综合性能。

Description

一种储罐及其成型工艺

技术领域

本发明涉及储罐技术领域，尤其涉及一种储罐的成型工艺。

背景技术

储罐在石油、化工、粮油、食品、消防、交通、冶金与国防等行业是必不可少的。目前，国内外各行业储罐产品，绝大部分还在沿用不同材料的老式方法，手糊粗放模式制作单壁罐、金属罐等，而大部分罐体均未设置保护措施。地上罐体，抗紫外线、氧化、冲击能力差；地埋罐若埋设于汽车通行路段下，则承压力不够，经常发生罐体破损，地下水腐蚀等，即便部分罐体内部设置加强筋支撑的，通常采用金属或复合材料加强筋大挎度支撑而难以具有较好的支撑效果。由此可见，储罐因储存介质的腐蚀性，或受紫外线、空气氧化，整体承压及不可遇见的外力冲撞、飞石击穿，极易对罐体破坏，侵入锈蚀及内部支撑筋脱落失去支撑力量，造成罐体渗漏、倒、塌。

国内石油、燃气、化工特种等行业也积极学习国外经验，制作中空双层碳钢、不锈钢、与FRP(玻璃钢)结合等不同工艺双层结合储罐，但是加强支撑筋是后期添加进罐体的，若罐体内部遭遇高低温，极易造成支撑筋脱落，挤烂罐体，储罐亦有倒塌危险，发生重特大事故。

现在国内外储罐都是圆柱形或长方形，安装或回填施工多年来一直沿用国外施工标准采用细砂、土等来填埋，特殊行业储罐需按国标要求施工，均要求设置钢混结构池，池内部还要人工做多层油、布等各项防腐、防渗工序，经济成本高，施工时间长，如回填基坑遇高、中化岩石硬底或没找平，极易把罐体底部刺穿，基坑又或遇软土、回填土，罐体又因沉降不均，撕裂罐体。

罐体施工掩埋回填砂如不认真筛选，混入的石块、尖体等破坏罐壁及罐体外的防腐层，极易造成渗漏。金属储罐材质密度较低，含磷、碱等腐蚀性高的冷凝水凝聚与罐壁，侵蚀罐壁，脱落成渣，对周边土壤及地下水污染、生态环境造成破坏，地下锯齿内生物动物对罐体啃咬等，令工程界也头痛不已。据有关权威部门调查，各城市土壤重金属超标，地下水磷、氮、氨、菌落指数超标数千倍，及其它不知名主体污染源达数种，触目惊心。而地埋储罐的渗漏是造成地下污染的因素之一。

综上所述，目前储罐存在以下弊端：老式单壁罐薄，易锈蚀，渗漏、而后期添加支撑加强筋结构，易脱落，罐体耐压较弱，易倒塌，抗震性弱；罐体施工回填，预埋砂中的石块对罐体及罐壁防腐层造成破坏，对环境造成破坏。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种储罐及其成型工艺，按照本发明提供的成型工艺得到的储罐综合性能较好。

有鉴于此，本申请提供了一种储罐的成型工艺，包括以下步骤：

A)，将罐体与罐体内部支撑筋采用纤维增强复合材料进行缠绕，所述罐体与罐体内部支撑筋均为纤维增强复合材料；

B)，在罐池的池底设置马鞍座，所述罐池的材料为纤维增强复合材料；

C)，将所述罐体设置于所述马鞍座内并紧固；在所述罐体与所述罐池之间架设高强型材支撑梁，所述高强型材支撑梁为纤维增强复合材料；

D)，在所述罐池中加入发泡材料，得到储罐；

步骤A)与步骤B)没有顺序限制。

优选的，步骤C)中在架设高强型材支撑梁之前还包括：

在所述罐体表面与所述罐池内壁表面喷涂自愈合聚合物介质。

优选的，步骤A)中所述纤维增强复合材料的基体为高分子树脂。

优选的，步骤C)中所述紧固的方式为：

采用宽边固带围绕罐体一周紧固于马鞍座上。

优选的，步骤A)中所述罐体通过3D打印技术获得，步骤B)中所述罐池通过3D打印技术获得。

优选的，步骤B)中所述罐池的成型工艺具体为：

采用高强型材建造承重四方框，采用3D紧固件、纤维增强紧固件与胶水将高强板材与所述四方框进行无缝拼接，所述高强型材与高强板材均为纤维增强复合材料。

优选的，所述发泡材料中包括基体材料与增强材料；所述增强材料选自聚氨酯、酚醛树脂、聚苯乙烯与聚氨酯改性酚醛中的一种或多种，所述发泡材料选自纤维、石英粉、铁粉、水泥、金刚砂、氧化铝、石棉粉、硅胶粉、铜粉、石墨粉、滑石粉与瓷粉中的一种或多种。

本申请还提供了上述方案所制备的储罐。

上述方案所述储罐在加油站油罐、天然气罐、商用运输储罐与国防储罐上的应用。

本申请提供了一种储罐的成型工艺，包括以下步骤：首先将罐体与罐体内部支撑筋分别缠绕纤维增强复合材料备用，在罐池的池底设置马鞍座；然后将所述罐体设置于所述马鞍座内并紧固，且在所述罐体与罐池之间架设高强型材支撑梁，最后在罐池中加入发泡材料，得到储罐。本申请的罐体、罐体内部支撑筋与罐池均采用纤维增强复合材料，从而使罐池具有轻质高强、耐腐蚀性能好，而在罐体与内部支撑筋表面缠绕纤维增强复合材料进一步增强了罐体与内部支撑筋的强度，同时本申请将罐体放置于罐池底部的马鞍座内且在罐体与罐池之间架设的高强型材支撑梁，能够有效防止罐体在运输过程中移动，避免了罐体由于碰撞而导致的泄露等问题。另外，本申请的发泡材料层中还包括增强材料，其可进一步增强储罐的综合性能。

附图说明

图1为现有技术集装箱的结构示意图。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

本发明实施例公开了一种储罐的成型工艺，包括以下步骤：

A)，将罐体与罐体内部支撑筋采用纤维增强复合材料进行缠绕，所述罐体与罐体内部支撑筋均为纤维增强复合材料；

B)，在罐池的池底设置马鞍座，所述罐池的材料为纤维增强复合材料；

C)，将所述罐体设置于所述马鞍座内并紧固；在所述罐体与所述罐池之间架设高强型材支撑梁，所述高强型材支撑梁为纤维增强复合材料；

D)，在所述罐池中加入发泡材料，得到储罐；

步骤A)与步骤B)没有顺序限制。

本申请提供了一种储罐的成型工艺，其可按下述步骤进行：缠绕罐体与内部支撑筋-建造罐池-固定罐体-发泡材料填充罐池。按照上述方法制备的储罐具有轻质低弹、隔热保温、耐火减震、整体性及耐久、抗压性高、防水、防腐耐紫外线、防渗防漏性、阻燃性、安全系数高等优点。

在制备储罐的过程中，本申请首先将罐体与罐体内部支撑筋采用纤维增强复合材料进行缠绕，使罐体与罐体内部支撑筋形成一体，同时由于采用纤维增强复合材料缠绕罐体与罐体内部支撑筋，其能够增强罐体与罐体内部支撑筋的强度，且使内部支撑筋对罐体外部与内部压力的支撑作用增强。本申请所述罐体与内部支撑筋均为纤维增强复合材料。所述纤维增强复合材料是由增强纤维材料与基体材料经过成型工艺形成的复合材料。本申请所述增强材料可以为玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、氧化铝纤维、氧化硅纤维与耐高温纤维等新型纤维，所述基体为各种新型树脂。按照本发明，可根据罐体应用的环境不同，而选择不同的增强材料，但是基体优选以热固性树脂为基体材料。

对于储罐而言，工业上需要将罐体置于罐池中，以保证储罐在运输与储存过程中的安全性。本申请在罐池的底部设置马鞍座，所述马鞍座用以固定罐体，以保证储罐在运输的过程中不会发生位移，防止罐体受到外力冲击而引起的泄露。本申请所述马鞍座的形状为本领域技术人员熟知的，本申请不进行特别限制。本申请所述马鞍座的材料优选为纤维增强复合材料，以保证马鞍座能够承受罐体的重量。本申请所述罐池的成型工艺具体为：

首先采用高强型材建造罐池的承重四方框，然后采用3D紧固件、纤维增强紧固件与胶水将高强板材与所述四方框进行无缝拼接，所述高强型材与所述高强板材均为玻璃纤维增强复合材料。

本申请所述罐池的材料为纤维增强复合材料。根据罐体中的材料以及储罐存在的环境，可具体选择罐体的材料。

3D打印技术是利用光固化和纸层叠等方式实现快速成型的技术，其是在打印机中装有粉末状金属或塑料等可粘合材料，与电脑连接后，通过一层又一层的多层打印方式，最终把计算机上的蓝图变成实物的过程。本申请所述罐体、罐池、内部支撑筋以及马鞍座均可以通过3D打印机获得。

本申请然后将所述罐体设置于所述马鞍座内并紧固，使罐体在罐池内部不发生任何位移。按照本发明，所述紧固的方式具体为：采用宽边固带围绕罐体一周紧固于马鞍座上。

按照本发明，所述罐体在马鞍座上固定之后，则在所述罐体与罐池之间架设高强型材支撑梁，所述高强型材支撑梁用于进一步支撑罐体与罐池，同时亦增加储罐的整体刚度。本申请所述高强型材支撑梁可以选自玻璃圆管、玻璃钢方管、玻璃钢矩形管、玻璃钢圆棒、玻璃钢工字钢、玻璃钢槽钢和玻璃钢角钢中的一种或多种。

本申请所述罐体、罐池、罐体内部支撑筋、高强型材支撑梁以及纤维增强紧固件均为纤维增强复合材料，其基本成分为树脂和玻璃纤维，以纤维(包括玻璃纤维、碳纤维、有机纤维和其它金属、非金属纤维)为增强材料，以树脂(主要是环氧树脂、聚酯树脂、酚醛树脂)为胶联剂，辅之添加脱模剂、固化剂、催化剂、封模剂、UV光稳定剂、洁模水与胶衣中的一种或多种，使本申请的上述部件具有耐高温、抗腐蚀、强度高、比重小、吸湿低、延伸小及绝缘好等优异特性。为了进一步提高上述材料的性能，本申请优选在其中添加了另一类增强材料，优选包括纤维、石英粉、瓷粉、铁粉、水泥、金刚砂、氧化铝、石棉粉、硅胶粉、石粉、铜粉、石墨粉、滑石粉、云母粉；上述增强材料中石棉纤维与玻璃纤维可以显著提高材料的韧性、耐冲击性；所述石英粉、瓷粉、铁粉、水泥与金刚砂可以提高材料的硬度，所述氧化铝与此分可以提高材料的粘结力，增加机械强度，所述石棉粉、石英粉与石粉可以降低材料的收缩率，所述铝粉、铜粉、铁粉等金属粉末可增加材料的导热、导电率，所述石墨粉、滑石粉与石英粉可以提高材料的抗磨性能和润滑性能，所述金刚砂与其他磨料可以提高材料的抗磨性能，所述云母粉、瓷粉与石英粉可以增加材料的绝缘性能；另外，材料中还可以加入各种颜料与石墨，使发泡材料具有色彩。本申请可以根据储罐的应用场所与需要的性能，在材料中增加上述增强材料。

在架设高强型材支撑梁之前，作为优选方案，本申请在罐池内壁表面与罐体表面喷涂了自愈合聚合物介质。所述自愈合聚合物介质是一种穿插锌或镧离子的较短的分子结构，在固态下，其分子构成有粘性的“金属坐标”联结物，其长链结构可有效地与金属离子相连。当在塑料上照射紫外光时，紫外光被金属离子吸收后转化为热量，而热量足以融化局部区域并修复断裂。本申请在罐池内壁与罐体表面喷涂了自愈合聚合物介质，若罐池内壁与罐体表面出现划痕或刮痕，则其能自动修复划痕，由此可实现对罐池与罐体的保护。

本申请最后将发泡材料浇注于所述罐池中，使泡沫材料均匀填充于罐池内，使罐池、内部支撑筋、马鞍座、罐体外壁与高强型材支撑梁，在发泡材料填充无缝粘合下形成一个整体。本申请所述发泡材料优选为高分子聚合物介质发泡材料，更优选为聚氨酯、酚醛树脂、聚苯乙烯与聚氨酯改性酚醛中的一种或多种，根据储罐的不同要求，可将发泡材料制成软质、半硬质和硬质聚氨酯泡沫塑料，也可根据添加的多元醇品种将其分为聚酯型聚氨酯泡沫塑料、聚醚型聚氨酯泡沫塑料和蓖麻油型聚氨酯泡沫塑料。为了提高罐体的综合性能，本申请优选在发泡材料中增加了增强材料，所述增强材料优选为纤维、石英粉、瓷粉、铁粉、水泥、金刚砂、氧化铝、石棉粉、硅胶粉、石粉、铜粉、石墨粉、滑石粉、云母粉；上述增强材料中石棉纤维与玻璃纤维可以显著提高发泡材料的韧性、耐冲击性；所述石英粉、瓷粉、铁粉、水泥与金刚砂可以提高发泡材料的硬度，所述氧化铝与此分可以提高发泡材料的粘结力，增加机械强度，所述石棉粉、石英粉与石粉可以降低材料的收缩率，所述铝粉、铜粉、铁粉等金属粉末可增加发泡材料的导热、导电率，所述石墨粉、滑石粉与石英粉可以提高发发泡材料的抗磨性能和润滑性能，所述金刚砂与其他磨料可以提高发泡材料的抗磨性能，所述云母粉、瓷粉与石英粉可以增加发泡材料的绝缘性能；另外，发泡材料中还可以加入各种颜料与石墨，使发泡材料具有色彩。本申请可以根据储罐的应用场所与需要的性能，在发泡材料中增加增强材料，例如：短切纤维丝、玻璃纤维丝、碳短切丝、芳纶短切丝、聚合物冶金粉末以及铝粉。

图1为现有技术集装箱的结构示意图，本申请与现有技术储罐的区别在于：除所选用的材料不同之外，本申请罐池的侧面均为高强板材，罐体的底部设置有马鞍座，罐池与罐体之间架设有高强型材支撑梁，罐池与罐体之间填充有发泡材料，罐体内部设置有内部支撑筋，且罐体与内部支撑筋均采用纤维增强复合材料缠绕。

本申请还提供了一种由上述工艺制成的储罐，其可应用于地上储罐、地下储罐、立式储罐、卧式储罐、加油站油罐、天然气罐、商用储罐、运输储罐与国防储罐等各种储存罐。

本申请提供了一种储罐的成型工艺，其是在罐体与罐体内部支撑筋表面采用纤维增强复合材料进行缠绕，同时在罐池的池底设置马鞍座，再将罐体设置于马鞍座内并紧固，然后在罐体与罐池之间架设高强型材支撑筋，最后在罐池内浇注发泡材料，得到储罐。本发明采用发泡材料作为填充粘合体，直接将结构增强型材、板材，浇注充实于罐体及罐池的填充工艺制成品；且发泡材料填充将罐体与罐池一次成型，具有轻质低弹、隔热保温、耐火减震、整体性及耐久、抗压性高、防水、防腐耐紫外线自愈修复等效果好等特点，而且造价低廉，达到环保经济的效果；本发明通过采用填充工艺，能在保证原施工现场结构地形强度不变的前提下，提高防渗防漏性能和阻燃性能，大幅度提高罐体地埋的安全系数；产品施工过程无需任何额外附加的施工需求，只需直接安装碰头即可使用，大大降低劳动强度、人工用量少、节省人工费，而且其施工方便，工期短；基于高分子聚合物介质材料填充完成后，后期保养方便，而且施工质量好、可靠性高、有效控制了黄砂填埋出现的可能裂缝，以及对无保护原罐体侵蚀伤害；本发明只需运输至现场直接预埋，无需后期施工，节约资源，减少了其它费用和与以前的种种风险，节省了大量人工费。

本申请储罐可以为立式玻璃钢储罐，圆底立式玻璃钢储罐，锥底立式玻璃钢储罐及卧式玻璃钢储罐，圆形、椭圆形或方形玻璃钢运输储罐，立式、卧式玻璃钢复合储罐，其材料可以为FRP/PVC，FRP/PVDF或FRP/PP)，玻璃钢复合运输储罐等玻璃钢化工容器类产品，适用各种废水、纯水、超纯水、盐酸、硫酸、硝酸、氢氟酸、磷酸、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氨水、双氧水、次氯酸钠、盐水、氯化钠、氯化亚铁溶液、氯化铁溶液、酸性、碱性、盐类、有机酸碱盐等化学介质及酱油、食醋等食品行业介质。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的储罐及其制备方法进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。

实施例1

采用1500kg的191树脂、480kg的玻璃纤维丝玻纤布、12m²的石棉纤维布以及100kg的金刚砂组成的混合液机械缠绕双层罐(容积为30吨)与双层罐内部的支撑筋，使双层罐与双层罐内部支撑筋连接为一体，双层罐中需要开孔连接管路的部位已经进行了预留；双层罐与双层罐内部支撑筋是由191不饱和聚酯树脂、玻璃纤维丝玻纤布、石棉纤维布与金刚砂按照上述比例制备得到的；

采用高强型材建造罐池承重四方框，用3D紧固件、纤维增强紧固件及专用胶水将高强板材与四方框池整体无缝拼接，得到罐池，高强型材与高强板材均为191树脂、玻璃纤维丝玻纤布、石棉纤维布与金刚砂按照上述比例得到的；在罐池底部安置固定罐体马鞍座，吊装双层储罐落入罐池马鞍座上，以马鞍座为基础，围绕罐体一周加装宽边紧固带，稳固扎实罐体；

在双层罐表面与罐池内壁喷涂自愈合聚合物介质，然后以3D紧固件为连接扣，在双层罐与罐池之间架设固定88米L型材作内部支撑，L型材以增强产品整体刚度，高强型材为191不饱和聚酯树脂、玻璃纤维丝玻纤布与金刚砂按照上述比例制备得到；采用1080kg聚氨酯硬料发泡材料与480kg短切纤维丝增强材料浇注于罐池内，使罐池、双层罐、支撑筋、支撑梁与罐体形成一整体。

本申请制备的储罐可承受压力70吨以上，耐腐蚀、防渗漏、耐候性好；玻璃纤维缠绕成型，降低了纤维的微裂纹存在率，实现等强度，该成型方法能使纤维含量高达80％，比强度高于钢材、铸铁和塑料等，热膨胀系数与钢大体相当，热传导系数只有钢的0.5％；实验结果显示，本实施例制备的储罐的拉伸、弯曲与压缩强度均能达到400MPa以上。

实施例2

采用1500kg的196树脂、240kg的碳纤维与芳纶纤维混编丝(碳纤维与芳纶纤维的质量比为1:1)、240kg的碳纤维与芳纶纤维混编布(碳纤维与芳纶纤维的质量比为1:1)、300kg氧化铝以及150kg的金刚砂组成的混合液机械缠绕双层罐(容积为30吨)与双层罐内部的支撑筋，使双层罐与双层罐内部支撑筋连接为一体，双层罐中需要开孔连接管路的部位已经进行了预留；双层罐与双层罐内部支撑筋是由196不饱和聚酯树脂、碳纤维与芳纶纤维混编丝、碳纤维与芳纶纤维混编布、氧化铝与金刚砂按照上述比例制备得到的；

采用高强型材建造罐池承重四方框，用3D紧固件、玻璃纤维紧固件及专用胶水将高强板材与四方框池整体无缝拼接，得到罐池，高强型材与高强板材均为196树脂、碳纤维与芳纶纤维混编丝、碳纤维与芳纶纤维混编布、氧化铝与金刚砂按照上述比例得到的；在罐池底部安置固定罐体马鞍座，吊装双层储罐落入罐池马鞍座上，以马鞍座为基础，围绕罐体一周加装宽边紧固带，稳固扎实罐体；

在双层罐表面与罐池内壁喷涂自愈合聚合物介质，然后以3D紧固件为连接扣，在双层罐与罐池之间架设固定88米L型材作内部支撑，L型材以增强产品整体刚度，3D紧固件与L型材为196树脂、碳纤维与芳纶纤维混编丝、碳纤维与芳纶纤维混编布、氧化铝与金刚砂按照上述比例制备得到；采用1080kg聚氨酯硬料发泡材料与480kg短切纤维丝增强材料浇注于罐池内，使罐池、双层罐、支撑筋、支撑梁与罐体形成一整体。

本申请制备的储罐可承受压力100吨以上，耐腐蚀、防渗漏、耐候性好；玻璃纤维缠绕成型，降低了纤维的微裂纹存在率，实现等强度，该成型方法能使纤维含量高达80％，比强度高于钢材、铸铁和塑料等，热膨胀系数与钢大体相当，热传导系数只有钢的0.5％；实验结果显示，本实施例制备的储罐的拉伸、弯曲与压缩强度均能达到400MPa以上。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种储罐的成型工艺，包括以下步骤：

A)，将罐体与罐体内部支撑筋采用纤维增强复合材料进行缠绕，所述罐体与罐体内部支撑筋均为纤维增强复合材料；

B)，在罐池的池底设置马鞍座，所述罐池的材料为纤维增强复合材料；

C)，将所述罐体设置于所述马鞍座内并紧固；在所述罐体与所述罐池之间架设高强型材支撑梁，所述高强型材支撑梁为纤维增强复合材料；

D)，在所述罐池中加入发泡材料，得到储罐；所述发泡材料中包括基体材料与增强材料；所述基体材料选自聚氨酯、酚醛树脂、聚苯乙烯与聚氨酯改性酚醛中的一种或多种，所述增强材料选自纤维、石英粉、铁粉、水泥、金刚砂、氧化铝、石棉粉、硅胶粉、铜粉、石墨粉、滑石粉与瓷粉中的一种或多种；

步骤A)与步骤B)没有顺序限制。

2.根据权利要求1所述的成型工艺，其特征在于，步骤C)中在架设高强型材支撑梁之前还包括：

在所述罐体表面与所述罐池内壁表面喷涂自愈合聚合物介质。

3.根据权利要求1所述的成型工艺，其特征在于，步骤A)中所述纤维增强复合材料的基体为高分子树脂。

4.根据权利要求1所述的成型工艺，其特征在于，步骤C)中所述紧固的方式为：

采用宽边固带围绕罐体一周紧固于马鞍座上。

5.根据权利要求1所述的成型工艺，其特征在于，步骤A)中所述罐体通过3D打印技术获得，步骤B)中所述罐池通过3D打印技术获得。

6.根据权利要求1所述的成型工艺，其特征在于，步骤B)中所述罐池的成型工艺具体为：

采用高强型材建造承重四方框，采用3D紧固件、纤维增强紧固件与胶水将高强板材与所述四方框进行无缝拼接，所述高强型材与高强板材均为纤维增强复合材料。

7.权利要求1～6任一项成型工艺所制备的储罐。

8.权利要求7所述储罐在加油站油罐和商用运输储罐上的应用。