玻璃鋼是一種良好的絕緣體，要在易燃、易爆的油、氣環境下安全使用，如何防止油、氣流動中產生的靜電集聚和靜電的導出，就成為研製成功與否的關鍵問題。
基本信息,結構設計,
基本信息
另外,玻璃鋼用於製造油氣處理的大型壓力容器尚無先例,針對三相分離器的工況,對玻璃鋼的配比研究及容器的結構設計,特別是封頭與筒體的連線問題是玻璃鋼三相分離器研製的另一關鍵問題。
玻璃鋼三相分離器的研製內容
結構設計
為了使容器的強度、剛度及穩定性有足夠的保證,在設計時採用有限元法對整個設備進行受力分析,根據不同部位的受力情況採用不同的鋪層設計。容器採用了三支座以增強三相分離器的整體穩定性。容器殼體機器自動纏繞,內件手糊連線,接管局部加強補筋。玻璃鋼的力學性能如下:
軸向拉伸強度160～165 MPa軸向壓縮強度180MPa
環向拉伸強度160～250MPa
軸向剪下強度40～45MPa
三相分離器罐壁採用了內襯層-靜電道出層-結構層-外保護層4層結構。
內襯層:分別由含膠量95%的內表面氈層和含膠量75%的短切氈層組成。內表面氈層起防腐、防滲作用。短切氈層既可起到防腐、防滲作用,又可起到加強表面層作用。同時在樹脂中加入適量的導電劑,改善其導電性能。
靜電導出層:靜電導出層為金屬網狀結構,均勻的附著於內襯層與結構層之間,由連線金屬網的導線穿過結構層將靜電導入大地,以保證三相分離器的使用安全。
結構層:結構層是三相分離器的承壓層,具有較高的強度和斷裂延伸率。設計時採用有限元法對整個設備進行受力分析,根據不同部位的受力情況採用不同的鋪層設計。
外保護層:外保護層表面加入適量的防紫外線吸收劑,起抗老化的作用。
改性玻璃鋼的配比
玻璃鋼是複合性材料,不同纖維樹脂的組合對玻璃鋼性能有很大影響。在玻璃鋼三相分離器研製過程中,選用了各種不同的耐腐蝕性能優秀的樹脂配以不同的增強纖維進行試驗、最佳化、篩選。按玻璃鋼三相分離器不同的部位配以不同的樹脂與增強纖維組合。為證實改性玻璃鋼的耐腐蝕性能分別在油、氣和含鹽污水中進行了浸泡實驗。
防靜電措施
三相分離器的操作介質為易燃易爆的油、氣,為了了保證設備運行的安全,三相分離器必須具備防靜
電性能。玻璃鋼設備之所以在油氣處理領域一直沒有得到套用,其主要原因就是防靜電問題沒有解決所以玻璃鋼三相分離器研製的難點在於防靜電技術的研究。按照GB13348-92“液體石油產品靜電安全規程”的要求,對盛裝易燃易爆油品的容器內壁應使用防靜電防腐塗料,塗料的體電阻率應低於108Ω.m,面電阻率應低於109Ω,而玻璃鋼作為一種良好的電絕緣體其面電阻率一般大於1014Ω。因此玻璃鋼三相分離器防靜電措施需解決以下三個方面的問題:
(1)防止進、出液管內的靜電進入罐體內三相分離器所處理的油井產出液中的鹽水是一種良好的導靜電介質,只要在進、出液管上的適當位置接地就可把管線內的靜電導出。所以分別在三相分離器進出液管的法蘭連蘭處適當地設定金屬接地環就可防止進、出液管內的靜電進入罐體。
(2)罐體的防靜電措施一般可採用在玻璃鋼中加入導電劑的方法來改善其導電性能,但其前提是不能影響其力學、防腐性能。研究中根據實際製作的工藝條件分別採用在罐體內襯層及內部構件外表面層加入石墨或碳黑的方法進行篩選、實驗,最終選擇了加入炭黑的最最佳化方案。炭黑是一種化學性能穩定的物質,其粒徑極小,大約在25～38nm,與樹脂及增強纖維結合緊密,因而不會影響到內襯層的防腐、防滲作用。經權威部門的實測產品的體電阻率不大於6.9×104Ω.m,其面電阻率不大於8.2×106Ω,滿足了規範的要求。
(3)罐體內靜電的導出產出液中的高含鹽水本身就有利於靜電的導出,為充分保證將罐體內積聚的靜電導出,在罐體內襯層中均勻分布Φ1mm的銅絲成網狀,將銅絲集結穿過結構層導出罐體並接地。考慮在筒體及封頭開口接管時會將導線割斷,對開孔處的導線要連線起來以保證導線的連續性。
(4)設備製造工藝研究玻璃鋼的力學性能除了與樹脂、增強纖維有關外,其加工製造工藝也是重要因素。增強纖維的纏繞方式和纏繞角度不同,其縱、橫兩個方向的力學性能差別很大。在玻璃鋼三相分離器的研製開發中,對其操作工況、受力情況進行了細緻的分析。三相分離器作為內壓臥式容器,它既不同於管道也不同於常壓儲罐,要求罐體既能承受內壓造成的環向應力和軸向應力,又要滿足容器的支承及安裝、吊裝而必需的鋼度。因此三相分離器製造工藝的研究、制定是致關重要的。由於臥式容器罐壁的環向應力是軸向應力的兩倍,所以要求罐壁的環向抗拉強度要大於軸向抗拉強度。綜合考慮容器的內壓強度及剛度因素確定玻璃鋼的力學性能指標為:
環向抗拉強度:250MPa
軸向抗拉強度:165MPa
為了使玻璃鋼達到所要求的力學性能,對纏繞角度進行了多次調整及試驗,確定了適合製造三相分離器的最佳纏繞工藝。經嚴密的檢驗以及玻璃鋼三相分離器的試壓、運輸、安裝、及運行,證明了各項指標完全達到了設計要求。
璃鋼三相分離器的特點
保持了鋼製三相分離器的結構及分離效果的前提下,對整體材料進行了革命,使三相分離器具有優秀的耐腐蝕性能,其壽命由3～5年提高到15年以上。
採用了與筒體同材質的波紋板填料,基本做到使填料與筒體同壽命。因而杜絕了每年檢修、更換填料的麻煩,減少了工人的勞動強度和對環境的污染,降低了運行成本。
有效地解決了防靜電的問題,從而使玻璃鋼三相分器易燃、易爆的環境下能安全運行。
玻璃鋼除了具有優良的防腐性能外,它還是良好的絕熱材料。其傳熱係數僅為鋼的5/1000,因此具有良好的保溫性能,與鋼製三相分離器相比,可省掉保溫層。
