Повышение долговечности нефтехимических заводов с коррозионностойкими смолами FRP

Композитные материалы известны своей долговечностью в высококоррозионных средах, но для оптимальной производительности необходимо выбрать правильную смолу для каждого применения. Нефтехимический комплекс дочерней компании SABIC (Эр-Рияд, Саудовская Аравия) Petrokemya в Джубайле, Саудовская Аравия, производит различные исходные химикаты, такие как этилен, стирол, хлор, сырой промышленный спирт и др. Для производственного процесса комплекс требовал установку сгорания с несколькими крупными компонентами и трубами, которые должны выдерживать соляную кислоту без коррозии.

Проектирование и изготовление камеры гашения, скруббера, выпускного бака и сопутствующих сосудов и трубопроводов было поручено команде, включающей производителя коррозионностойкого оборудования Ollearis (Марторельс, Испания), подрядчика China Tianchen Engineering Corp. (TCC, Тяньцзинь, Китай) и инженерную фирму John Zink Hamworthy Combustion (Тулса, штат Оклахома, США). Эти компоненты должны были выдерживать контакт с соляной кислотой, соответствовать нескольким конструкционным вызовам и быть экономически эффективным решением.

Стекловолокнистые композиты были выбраны как материал, способный выдерживать высококоррозионные химикаты, предлагая более экономичное решение, чем специализированные металлические сплавы. Все основные компоненты были изготовлены из стекловолокнистого пластика (FRP), с небольшими исключениями, включая подъемные и удерживающие уши (нержавеющая сталь), форсунки для распыления (термопластик или металл) и насадки скруббера.

Для обеспечения наиболее экономичного решения при соблюдении требований к производительности Ollearis обратилась к трем смолам AOC (Коллиервилл, штат Теннесси, США) серии Atlac. «Мы выбрали типы смол, используя Руководство по химической стойкости AOC, а также экспертизу технической команды AOC, учитывая обрабатываемые жидкости и проектные температуры, детализированные клиентом. Необходимо было убедиться, что предложенные смолы будут хорошо работать в [требуемых] условиях», — объясняет Адриано Уренья, технический менеджер в Ollearis.

Ollearis выбрала эпоксидную новолаковую смолу Atlac 590 для камеры гашения, которая является первой фазой процесса очистки газа. Башня имеет высоту 11,8 метров с внутренним диаметром (ID) 3 метра. Вызов в том, что при эксплуатации выхлопной газ от установки сгорания входит в камеру гашения при температуре около 300 °C, а затем очень быстро охлаждается водой, распыляемой из форсунок возле входа газа. Atlac 590 была выбрана для обеспечения стойкости к раствору соляной кислоты и сохранения прочности при необходимых повышенных температурах.

Для скруббера высотой 14,10 метров, выпускной трубы высотой 39,7 метров, из которой выходит очищенный газ, и воздуховода длиной 1,45 метра, соединяющего скруббер и камеру гашения, была выбрана смола Atlac 430 бисфенол-А эпоксидный винилэфир. Говорят, что это универсальный стандартный продукт, соответствующий сравнительно менее сложным температурным условиям для этих компонентов — проектные температуры скруббера и выпускной трубы достигают 85 °C. Скруббер подвергается воздействию раствора соляной кислоты, поступающего из камеры гашения, а также раствора гидроксида натрия, присутствующего в воде для скруббирования, используемой для нейтрализации кислоты. Выпускная труба также подвергается воздействию воздуха, содержащего небольшое количество соляной кислоты и мокрого хлора.

Для трубопроводной системы, установленной вокруг скруббера и камеры гашения, была выбрана насыщенная бисфенол-А полиэфирная смола Atlac 383 за ее химическую стойкость к кислотным и щелочным жидкостям при меньшей стоимости, чем стандартные винилэфирные смолы.

Камера гашения, скруббер и цилиндрические части трубы изготавливались гибридным производственным процессом, сочетающим влажную нитевиту намотку с внешним слоем двунаправленных тканых тканей, наносимых одновременно. Это сочетание дало детали с лучшими механическими свойствами как в обвинном направлении (от нитевитой намотки), так и в осевом направлении (от тканей, выровненных по оси детали). Добавление тканой ткани также снизило процентное содержание стекловолокна на деталь, с 70% для полностью намотанной нитевитой детали до 55%. Это увеличивает количество коррозионностойкой смолы на деталь. Другие компоненты изготавливались методом ручной укладки.

Решение конструкционных вызовов

Ollearis столкнулась с несколькими вызовами при проектировании оборудования для этого проекта. Один вызов исходил от необходимости включить смоло-зависимый коррозионный барьерный слой на внутренней поверхности камеры гашения, что создавало риски трещин — или кракелирования — из-за термического шока во время эксплуатации. Команда улучшила сопротивление компонента термическому шоку, усилив коррозионный барьер углеродным волокнистым вуальным материалом.

Второй вызов заключался в том, что Ollearis должна была найти способ поддержать вес насадки внутри скруббера — насадка — это материал, который удаляет газы из воздуха, проходящего через скруббер. Для решения Ollearis установила композитную решетку под насадкой, поддерживаемую композитным бортиком и двумя композитными балками. Бортик и балки имеют полый прямоугольный сечение, а бортик заполнен полиуретановой пеной. Бортик был изготовлен непосредственно в цилиндрическом скруббере нитевитой намоткой как единое целое; склеивание после изготовления создало бы риск отслоения из-за нагрузок от веса насадки. Балки поддерживаются специально спроектированными композитными форсунками, склеенными с оболочкой скруббера.

Третий конструкционный вызов исходил от того, что камера гашения и скруббер работают под вакуумом, но имеют плоские днища — плоские композитные панели имеют плохую устойчивость к давлению и вакууму и обычно должны быть очень толстыми, чтобы выдерживать такие нагрузки, что делает их дорогими в производстве. Для достижения целей проекта Ollearis разработала менее дорогое решение, используя сэндвичную конструкцию, состоящую из сердечника из смоло-пропитой 3D стекловолокнистой ткани, облицованной композитными кожде벨ками, для снижения стоимости и веса твердого композитного компонента.

Для этого проекта композитные компоненты были спроектированы и доставлены в 2016 году, с окончательной установкой, завершенной в 2017 году.