淺談滾塑工藝在鋼襯塑儲罐方面的技術(shù)與應(yīng)用

徐國慶

(江蘇圣泰防腐設(shè)備有限公司，江蘇 東臺 224200)

近年來借助于滾塑成型工藝在我國的成熟發(fā)展，鋼襯塑儲罐等化工防腐設(shè)備的生產(chǎn)技術(shù)、生產(chǎn)能力也得到同步發(fā)展。鋼襯塑儲罐等化工防腐設(shè)備由于結(jié)構(gòu)和材質(zhì)的特殊性，從而達(dá)到儲存、運(yùn)輸腐蝕介質(zhì)的目的，廣泛應(yīng)用于化工、石油、環(huán)保、電力、食品、釀造、制藥、水處理等行業(yè)。我國現(xiàn)有數(shù)百家這類產(chǎn)品的生產(chǎn)企業(yè)，但總的來看，目前我國的鋼襯塑儲罐建設(shè)，無論是襯塑儲罐的容積、生產(chǎn)能力、數(shù)量還是國產(chǎn)化水平，大部分都處于發(fā)展階段，為此對鋼襯塑儲罐產(chǎn)品技術(shù)的研究與應(yīng)用，具有強(qiáng)力的市場需求。從圖1產(chǎn)品實(shí)物可以看出，國內(nèi)一些大的生產(chǎn)企業(yè)，在多年的技術(shù)研究發(fā)展中，已從單一襯塑儲罐產(chǎn)品演變成現(xiàn)在的鋼襯塑汽運(yùn)罐，船運(yùn)罐、火車運(yùn)輸罐、攪拌罐、真空罐、壓力罐、反應(yīng)釜、電解槽、離子交換柱、化工塔、管道、管件以及全塑儲罐等200多種系列產(chǎn)品，在這一過程中由于不斷改造、創(chuàng)新和發(fā)展，所有產(chǎn)品無論在外觀、性能、質(zhì)量還是造價(jià)等方面都得到一定的改善，且能夠更大限度滿足廣大用戶的需求。

圖1 產(chǎn)品實(shí)物圖

1 鋼襯塑儲罐工藝結(jié)構(gòu)

鋼襯塑儲罐亦稱龜甲襯里儲罐（鋼、網(wǎng)、塑合為一體）（如圖2所示）是鋼襯塑系列產(chǎn)品的關(guān)鍵，它是將鋼網(wǎng)（龜甲）均布點(diǎn)焊于鋼罐體內(nèi)表面，以高分子聚乙烯粉末（線性低密度聚乙烯LLDPE、高密度聚乙烯HDPE）為主要原料，采用滾塑成型工藝將鋼罐體左右搖擺并同時360°旋轉(zhuǎn)加熱，在一定溫度條件下，聚乙烯粉末逐步均勻包熔與鋼板、鋼網(wǎng)之間，最終使聚乙烯牢固黏合在鋼罐體內(nèi)表面，使產(chǎn)品既具有鋼的強(qiáng)度、又具有塑料的耐腐蝕性能，如圖3所示。

圖2 鋼、網(wǎng)、塑結(jié)構(gòu)示意

圖3 250 m3儲罐襯塑一次成型生產(chǎn)現(xiàn)場

2 襯塑儲罐鋼特點(diǎn)

（1）采用滾塑成型工藝生產(chǎn)的鋼襯塑儲罐系列產(chǎn)品，不受形狀和尺寸限制，可使產(chǎn)品做到運(yùn)輸路況允許的最大極限尺寸。

（2）產(chǎn)品整體一次成型無焊接縫，不滲漏、抗老化、抗沖擊、耐腐蝕、無毒性，符合GB 9687—1988食品包裝用聚乙烯成型衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，彌補(bǔ)了全塑儲罐剛性強(qiáng)度差，不耐壓、耐溫差的缺陷。

（3）產(chǎn)品內(nèi)襯表面平整光滑，壁厚均勻，與傳統(tǒng)鋼襯塑板、鋼襯玻璃鋼、鋼襯橡膠儲罐相比，具有更良好的耐腐蝕、耐磨損、不脫落、不滲漏，同時可耐一定壓力和較高溫度（-65～90 ℃），使用壽面更長等優(yōu)點(diǎn)。

（4）其價(jià)格低于同規(guī)格傳統(tǒng)工藝儲罐，是儲存腐蝕液體的理想容器，是一種即為優(yōu)異的耐腐蝕儲罐。

（5）鋼襯塑儲罐符合有關(guān)危險(xiǎn)品儲運(yùn)管理?xiàng)l例，是安全高效的耐腐蝕儲運(yùn)設(shè)備。

3 鋼襯塑樹脂原料

3.1 樹脂品種

鋼襯塑儲罐樹脂原料主要有聚乙烯、聚丙烯、尼龍等，其中用量最大的是聚乙烯。聚乙烯之所以能作為鋼襯塑化工設(shè)備的主要原料，是應(yīng)為它價(jià)格低廉、熱穩(wěn)定性高、流動性好。但無論是低密度聚乙烯LDPE、中密度聚乙烯（MDPE）和高密度聚乙烯（HDPE）都難以成型綜合性能優(yōu)良的滾塑產(chǎn)品。唯有線性低密度聚乙烯（LLDPE）為滾塑成型提供了較為理想的原料。我們從聚乙烯分子鏈結(jié)構(gòu)圖（圖4）可以看出。

圖4 聚乙烯分子鏈結(jié)構(gòu)圖

用高壓法生產(chǎn)的低密度聚乙烯（LDPE）從圖4(a)可以看出：分子鏈中含有較多的長短支鏈，所以結(jié)晶度較低（55%～65%）密度較小（0.910～0.925），質(zhì)輕、柔性。用低密度聚乙烯成型滾塑制品的缺點(diǎn)是硬度低并且對洗滌劑、溶劑等的抗腐蝕性差，使得在化學(xué)工業(yè)中的應(yīng)用及有較高性能要求的場合下是不理想的。用低壓法生產(chǎn)的高密度（HDPE）從圖4(b)可以看出：分子支鏈少，結(jié)晶度高（85%～95%）、密度高（0.941～0.965），具有較高的使用溫度，硬度、力學(xué)強(qiáng)度和耐化學(xué)藥品性較好。但用高密度聚乙烯作原料時，由于在冷卻過程中會產(chǎn)生較高的結(jié)晶度，制品易發(fā)生翹曲變形且產(chǎn)品的抗沖擊性能差。線性低密度聚乙烯（LLDPE）是近年來迅速發(fā)展的一種新類型聚乙烯，它是乙烯和丁烯、已烯的共聚物，其分子結(jié)構(gòu)呈直鏈狀，從圖4(c)可以看出：主鏈為直鏈并帶有短支鏈，且支鏈數(shù)目較多，與LDPE相比，卻沒有LDPE所特有的長支鏈。LLDPE其分子結(jié)構(gòu)規(guī)整性介于LDPE和HDPE之間，密度和結(jié)晶度也介于LDPE和HDPE之間，而更接近于LDPE。因此，線性低密度聚乙烯與傳統(tǒng)的低密度和高密度聚乙烯相比綜合性能凸顯在以下方面：

（1）流動性好。聚乙烯是一種易流動的樹脂，其熔體流動指數(shù)（MFI）可以超過100 g/10 min,但是滾塑成型用聚乙烯的MFI通常根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、性能的不同要求在2～10 g/10 min之間。線性低密度聚乙烯的MFI不同于傳統(tǒng)的聚乙烯，對剪切力的可依賴性較小，即使在低剪切力的條件下，它仍然具有較高的流動性，在滾塑過程中不僅容易填充到罐腔或模具的狹小結(jié)構(gòu)中，而且有利于使熔體中夾帶的氣體迅速排出，這不但縮短了成型周期也提高了產(chǎn)品質(zhì)量。

（2）熱穩(wěn)定性好。LLDPE具有較高的熱穩(wěn)定性，成型溫度范圍較寬，在205～371 ℃ 范圍內(nèi)滾塑成型。所以在成型壁厚制品如：大型鋼襯塑及全塑儲罐時，不易出現(xiàn)外層過熱而內(nèi)壁熔融不充分的弊病。即縮短生產(chǎn)周期，又提高了生產(chǎn)效率。

（3）耐環(huán)境應(yīng)力開裂性好。由于LLDPE的分子鏈?zhǔn)蔷哂卸讨ф溄Y(jié)構(gòu)，分子結(jié)構(gòu)比較規(guī)整，其耐環(huán)境應(yīng)力開裂性能不僅優(yōu)于傳統(tǒng)聚乙烯，而且能超過橡膠改性聚乙烯。這使得LLDPE滾塑制品在化工容器領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

（4）抗沖擊性能好。LLDPE的耐沖擊性能，特別是低溫沖擊性能，遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)聚乙烯，即使采用高溶體流動指數(shù)（MFI）的LLDPE，同樣可以制得具有高沖擊性能的滾塑產(chǎn)品。

（5）剛性好。LLDPE與傳統(tǒng)聚乙烯相比，在密度相同情況下，具有更大的彈性模量。這樣就顯得LLDPE滾塑制品具有較大的剛性。

正因?yàn)長LDPE有如此優(yōu)越的綜合性能，所以在滾塑領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。目前我國滾塑原料中LLDPE已占到95%左右。

3.2 樹脂形狀與大小

在滾塑過程中，要取得良好熱傳導(dǎo)效果，原料顆粒之間必須有盡可能大的接觸面積，因此這對原料顆粒的形狀與大小就有一定的要求。我們從理論與實(shí)踐中得知：原料顆粒中球型顆粒越多，傳熱面積越小，所需加熱時間越長。雖然球型顆粒傳熱效果不好，但其流動性很好，適合在罐腔、模具內(nèi)翻滾和流動。因此，帶圓角的立方體顆粒是最理想的滾塑原料顆粒形狀，如圖5所示。

圖5 帶圓角的立方體顆粒

原料粉末顆粒中要盡量避免出現(xiàn)纖絲狀、蝌蚪狀等粉末。（如圖6）這些粉末無論對流動、熱傳導(dǎo)還是制品性能都有不良影響，將阻礙粉末的自由流動，導(dǎo)致在制品中出現(xiàn)“架橋”的缺陷。纏繞的絲尾阻擋其他粒子滾動，使它們難以流入罐腔或模具里的狹窄凹陷處，尾絲熔化并與其他不能通過的粒子黏在一起形成了“架橋”。因而，導(dǎo)致制品的抗沖擊性能、拉伸強(qiáng)度和其他物理性能下降。

理想的滾塑原料是具有一定粒徑分布的粉末原料，通常要求在30～80目之間，大型鋼襯塑和全塑化工容器30～35目為最佳。

圖6 帶有纖絲、蝌蚪狀粉末

3.3 鋼襯塑樹脂材

鋼襯塑樹脂材料性能指標(biāo)應(yīng)符合表1要求。

表1 性能指標(biāo)

4 鋼襯塑成型設(shè)備

4.1 明火搖擺機(jī)

國內(nèi)大型鋼襯塑及全塑儲罐制品生產(chǎn)企業(yè)所用設(shè)備，大多數(shù)是采用明火搖擺設(shè)備，是鋼襯塑成型操作的一種經(jīng)濟(jì)方式，尤其適用于大體積、重噸位、形狀簡單的制品。其結(jié)構(gòu)如圖7所示。

圖7 明火搖擺機(jī)結(jié)構(gòu)

在主軸做左右45°搖擺的同時，副軸做360°旋轉(zhuǎn)帶動儲罐（模具）一起旋轉(zhuǎn)（滾動）并加熱，以便樹脂粉末在罐腔（模具）中滾動并均勻受熱逐步熔融后形成所需要的形狀貼附在罐腔表面。操作時可根據(jù)制品形狀、尺寸的不同，調(diào)整主軸與副軸間的速比，以便獲得最佳襯塑效果，正常情況下主軸搖擺速度比副軸旋轉(zhuǎn)速度慢。

4.2 加熱室搖擺機(jī)

加熱室搖擺機(jī)，如圖8所示（圖片來至互聯(lián)網(wǎng)）其原理與明火搖擺機(jī)相同，模具繞副360°旋轉(zhuǎn)并同時繞主軸左右45°搖擺。加熱室搖擺機(jī)的復(fù)雜性在于它使用循環(huán)熱空氣系統(tǒng)以減少熱能損失并增加空氣對模具的熱傳遞。適用于生產(chǎn)全塑儲罐、劃艇、燈柱以及其他工業(yè)制品。

明火搖擺機(jī)與加熱室搖擺機(jī)相比：具有設(shè)備造價(jià)低，能經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)大型制品的優(yōu)點(diǎn)，不利因素在于系統(tǒng)自動化程度不高，生產(chǎn)效率低、勞動強(qiáng)度大，在這方面與國外設(shè)備相比可有一定差距。

圖8 國外 加熱室搖擺滾塑設(shè)備

5 襯塑方案

（1）按照《立式圓筒形鋼制焊接油罐設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50341、《石油化工立式圓筒形鋼制焊接油罐設(shè)計(jì)規(guī)范》SH3046、《立式圓筒形鋼制焊接油罐施工及驗(yàn)收規(guī)范》GBJ128，及圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的相關(guān)技術(shù)要求制作鋼制焊接儲罐。

（2）在襯塑前鋼罐體內(nèi)進(jìn)行表面處理，清除雜物后鋪焊鋼網(wǎng)，鋼網(wǎng)規(guī)格一般用100×50×3.2菱形鋼板網(wǎng)，采用氣保焊牢固點(diǎn)焊于鋼罐內(nèi)表面，焊點(diǎn)每平方米不少于196個點(diǎn)，每個焊點(diǎn)必須牢固，不得有漏焊和虛焊。

（3）鋼網(wǎng)鋪焊后需清除局部焊渣及雜質(zhì)，并通過敲擊震動罐體使點(diǎn)焊飛濺點(diǎn)及雜物、灰塵脫落后，用吸塵器吸清。

（4）根據(jù)鋼罐體的重心位置分別安裝滾圈，確保兩滾圈間尺寸一致并相互平行。

（5）按圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求計(jì)算出罐體內(nèi)表面積、投料重量，如圖9所示。

式中：S=罐體內(nèi)表面積；

πR2=底面積；

πDh=罐筒面積；

πL(R+r)=錐頂面積。

投料重量：（M=S×m×T）稱量粉料重量，S=罐體內(nèi)表面積，m=粉料比重一般取0.925～0.93 g/cm3,T=襯塑厚度所需聚乙烯粉料重量并進(jìn)行投料。公式中M=投料重量。

圖9 罐體尺寸圖

（6）在加熱點(diǎn)火前，先檢查煤氣及管道是否完好、有無泄漏，確保儲罐在滾塑設(shè)備上試運(yùn)轉(zhuǎn)正常。

（7）點(diǎn)火加熱，使溫度控制在設(shè)定值范圍（±不超過5 ℃），使用紅外線測溫儀檢測溫度，及時控制襯里制品的表面溫度，直至鋼罐內(nèi)襯塑成型后停止加熱。

（8）停止加熱并同時停止設(shè)備搖擺后，繼續(xù)旋轉(zhuǎn)進(jìn)行風(fēng)冷及自然冷卻至室溫溫度后即襯塑最終成型。

（9）去除滾圈，按要求修整人孔、開接管法蘭口。

（10）罐體外表打磨，清理干凈后進(jìn)入下道工序油漆。

6 常見問題及解決辦法

鋼襯塑儲罐等化工防腐設(shè)備質(zhì)量的好壞，與設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、原料和工藝條件等因素密切相關(guān)。

6.1 襯塑面出現(xiàn)氣泡、孔眼

（1）原料粉末濕度大，促使氣泡增多可適當(dāng)提高加熱溫度或延長加熱時間。

（2）溶樹脂體黏度大，內(nèi)部氣泡不易排出：采用MFI較高或密度較低的原料。

（3）熔化不充分，樹脂沒有足夠動力和時間排除其中的氣泡：對原料粉末、罐腔內(nèi)壁進(jìn)行干燥、向罐腔內(nèi)通入氣體增加儲罐內(nèi)壓。

（4）通氣不暢，內(nèi)部氣體無法逸出：保持儲罐通氣口暢通，在通氣管口適當(dāng)增加玻璃纖維絲。

6.2 襯塑內(nèi)壁粗糙不光滑

（1）樹脂受熱不充分，未充分熔化和流平：提高加熱溫度或延長加熱時間。

（2）樹脂溶體黏度大，流動困難：采用MFI較高或密度較低的原料。

（3）原料顆粒粗大或形狀不規(guī)則，夾雜了長絲尾狀、蝌蚪狀、卷曲狀粒料：提高原料研磨質(zhì)量，并減小粉末粒徑。

6.3 襯塑表面發(fā)黃褐色

加熱溫度過高、或加熱時間過長引起樹脂表面氧化降解：降低加熱溫度或 減少加熱時間、原料粉末中添加抗氧劑、向罐腔內(nèi)通入惰性氣體。

6.4 管口法蘭翻邊、凹陷處未填滿

（1）管口法蘭襯塑翻邊厚度尺寸設(shè)計(jì)不當(dāng)，管口進(jìn)料處不暢：適當(dāng)調(diào)整管口法蘭襯塑翻邊厚度尺寸，最佳尺寸=襯塑壁厚的1.5倍、管口與罐壁焊接處增大圓弧角并避免尖角，確保料流通暢。

（2）樹脂受熱不充分，未充分熔化：選用MFI較高的或密度較低粒料。

（3）樹脂熔體黏度大，流動性差：提高加熱溫度或延長加熱時間。

（4）原料中夾帶了長尾絲狀、卷曲狀粉末顆粒形成孔洞、“架橋”阻礙物料流動：原料中避免出現(xiàn)長尾絲、適當(dāng)提高加熱溫度或增加加熱時間。

6.5 襯塑壁厚不均勻

罐體本身壁厚不均勻，各部分間導(dǎo)熱性能不一：調(diào)整儲罐轉(zhuǎn)速、增加臨時火之或在受熱、較快部位安裝當(dāng)熱板。

6.6 襯塑層剛性差

原料樹脂本身剛性差：適當(dāng)增加襯塑壁厚、采用密度高模量大的物料。

7 結(jié)語

鋼襯塑儲罐工程是石油、化工、冶金、稀土、電力、電鍍、電子、糧油、食品、釀造、農(nóng)藥、染料、染印、制藥、環(huán)保、儲運(yùn)、國防等行業(yè)必不可少的重要的基礎(chǔ)設(shè)施，鋼襯塑儲罐在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中所起的重要作用是無可替代的。鋼襯塑儲罐是儲存各種液（或氣體）原料及成品的專用設(shè)備，對許多企業(yè)來講沒有鋼襯塑儲罐就無法正常生產(chǎn)，特別是國家戰(zhàn)略物資儲備均離不開各種容量和類型的儲罐。所以對大型和超大型的鋼襯塑儲罐等化工防腐設(shè)備具有強(qiáng)烈的市場需求。