泡沫玻璃在硫磺池保溫隔熱結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

李 剛，吳劍軍

中國(guó)石油工程建設(shè)有限公司，北京100010

1 工程概述

阿爾及利亞煉油廠改擴(kuò)建項(xiàng)目是阿爾及利亞國(guó)家石油公司（Sonatrach）的一項(xiàng)煉油改造升級(jí)項(xiàng)目[1]，包含生產(chǎn)規(guī)模為7 t/d 的硫磺回收裝置一套，采用的是法國(guó)的AXNES 專利，中國(guó)石油工程建設(shè)有限公司總承包，施工單位為中國(guó)石油吉林化建工程有限公司。

硫磺池是硫磺回收裝置中液硫脫氣設(shè)施，分為脫氣區(qū)和存儲(chǔ)區(qū)。其主要作用是通過(guò)往硫磺池中鼓入空氣不斷地翻動(dòng)液硫的方法來(lái)脫除H2S 氣體，以維持氣相中的H2S 濃度在爆炸極限以下，避免H2S釋放到空氣或帶入硫磺包裝單元污染環(huán)境大氣，并防止硫磺固化處理中有爆炸危險(xiǎn)產(chǎn)生[2]。液硫自硫磺池脫氣區(qū)溢流至存儲(chǔ)區(qū)，存儲(chǔ)區(qū)的液硫經(jīng)硫磺池泵升壓后進(jìn)入硫磺冷卻器，冷卻后再循環(huán)回脫氣區(qū)[3]。脫氣后的液硫通過(guò)液硫輸轉(zhuǎn)泵送至硫磺成型單元以生產(chǎn)粒狀固體硫磺；通過(guò)泵出口流量控制，定量輸送液硫到造粒機(jī)機(jī)頭部位進(jìn)行固態(tài)化處理；然后輸送至產(chǎn)品包裝單元，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品包裝和外運(yùn)。

2 硫磺池的設(shè)計(jì)要點(diǎn)及材料

2.1 硫磺池設(shè)計(jì)要點(diǎn)

本硫磺池平面尺寸為9.3 m×3.3 m，整體為地下結(jié)構(gòu)，共分3 個(gè)區(qū)，即2 個(gè)脫氣區(qū)、1 個(gè)存儲(chǔ)區(qū)。硫磺池主體為C35 現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)，池壁和池底混凝土厚度為350 mm，脫氣區(qū)和儲(chǔ)存區(qū)的隔墻厚度為250 mm，頂蓋板為250 mm 厚的預(yù)制混凝土蓋板。脫氣區(qū)的最小深度約為2.97 m，儲(chǔ)存區(qū)的最大深度約為3.61 m。為滿足硫磺池的使用要求，硫磺池池底均有一定的坡度。硫磺池的平面及剖面示意見(jiàn)圖1。

2.2 硫磺池材料應(yīng)用

圖1 硫磺池的平面和剖面

硫磺池所收納的液體為液硫，其最高溫度達(dá)170 ℃，且具有極強(qiáng)的酸性。故硫磺池的池內(nèi)壁需設(shè)置一層保溫隔熱內(nèi)襯，防止液硫?qū)︿摻罨炷脸乇诋a(chǎn)生侵害。該硫磺池采用的保溫及抗酸技術(shù)不同于國(guó)內(nèi)硫磺池的常規(guī)做法，在硫磺池池底和池壁采用50 mm 厚的泡沫玻璃作為保溫層，保溫層表面澆筑50 mm 厚的抗酸混凝土（內(nèi)含一層φ2 mm 的不銹鋼絲網(wǎng)片） 作為抗酸涂層，泡沫玻璃之間以及開(kāi)孔的周圍采用PC62 KOMP 膠泥填充；頂板為預(yù)制混凝土蓋板，下表面涂刷3 mm 厚的Nukote抗酸涂料；蓋板之間的填縫采用抗酸膠泥（Nafufill GTS-HS） 填充，池底部結(jié)構(gòu)找坡2%。除Nukote為美國(guó)進(jìn)口外，其他材料來(lái)自德國(guó)奧鎂公司（RHI Magnesita）。硫磺池內(nèi)部構(gòu)造見(jiàn)圖2，主要材料技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1 ～4。

3 材料特性及應(yīng)用范圍

泡沫玻璃是由碎玻璃、發(fā)泡劑、改性添加劑和發(fā)泡促進(jìn)劑等經(jīng)過(guò)細(xì)粉碎和均勻混合后，再經(jīng)過(guò)高溫熔化、發(fā)泡、退火而制成的無(wú)機(jī)非金屬玻璃材料，屬于高級(jí)保溫隔熱材料，它既是保冷材料又是保溫材料，具有能適應(yīng)深冷到較高溫度范圍的特點(diǎn)。同時(shí)其重要價(jià)值不僅在于長(zhǎng)年使用不會(huì)變質(zhì)，而且本身又起到防潮、防火、防腐、防震作用。在絕熱、低溫深冷、地下工程、易燃易爆、潮濕以及化學(xué)侵蝕苛刻環(huán)境下使用時(shí)，不但安全可靠，而且經(jīng)久耐用，被譽(yù)為“不須更換的永久性隔熱材料”。

泡沫玻璃作為一種新型的材料，在國(guó)外已普遍應(yīng)用于化工保溫隔熱、船舶、制冷業(yè)、冷庫(kù)、地鐵、恒溫恒濕工程和一般工業(yè)與民用建筑的保溫和隔熱工程上。泡沫玻璃在國(guó)內(nèi)應(yīng)用很少，過(guò)去只用于化工深冷設(shè)備、船舶、冷庫(kù)的保溫隔熱工程，近年來(lái)才開(kāi)始在建筑工程上使用。

3.1 泡沫玻璃的特性

（1） 絕熱性能。泡沫玻璃的基質(zhì)為玻璃，不吸水；內(nèi)部有封閉的氣泡，不存在毛細(xì)現(xiàn)象，也不會(huì)滲透，是最理想的保冷絕熱材料。

圖2 硫磺池細(xì)部構(gòu)造示意

表1 泡沫玻璃技術(shù)參數(shù)

表2 膠泥（PC62 KOMP） 技術(shù)參數(shù)

表3 抗酸水泥技術(shù)參數(shù)

表4 抗酸涂料 （Nukote ） 技術(shù)參數(shù)

（2） 強(qiáng)度高。機(jī)械強(qiáng)度較高，具有優(yōu)良的抗壓性能，較其他材料更能經(jīng)受住外部環(huán)境的侵蝕和負(fù)荷；同時(shí)又有良好的防潮性能，是地下工程理想保溫材料。

（3） 隔熱性能。泡沫玻璃具有很好的絕熱透濕性，熱導(dǎo)率長(zhǎng)期穩(wěn)定，不因環(huán)境影響發(fā)生變化，絕熱性能良好。

（4） 防火性能。泡沫玻璃不會(huì)自燃也不會(huì)被燒毀，是一種優(yōu)良的防火材料，其工作溫度范圍為-265 ～430 ℃，膨脹系數(shù)較小而且可逆，材料性能長(zhǎng)期不變，不易脆化，穩(wěn)定性好。

（5） 隔聲性能。泡沫玻璃隔聲性能好，對(duì)聲波有強(qiáng)烈的吸收作用，60 ～400 Hz 聲波的平均穿透損失28.3 dB。

（6） 綠色環(huán)保。由于泡沫玻璃性能優(yōu)越，雖然其他新型保溫材料層出不窮，但泡沫玻璃由于其永久性、安全性和高可靠性，在低溫、防潮、吸聲等領(lǐng)域占有越來(lái)越重要的地位。而且其生產(chǎn)是對(duì)廢舊固體材料的回收利用，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)生產(chǎn)，循環(huán)利廢、無(wú)毒無(wú)害、安全環(huán)保。被用戶稱之為綠色環(huán)保型絕熱材料。

（7） 性能優(yōu)越。泡沫玻璃具有不霉變、不受鼠噬、防蟲(chóng)害及微生物、易切割、易加工、施工方便、無(wú)機(jī)制品的耐腐蝕、不老化、性能不衰退等優(yōu)越性。

3.2 泡沫玻璃的應(yīng)用范圍

泡沫玻璃具有防潮、防火、防腐和可長(zhǎng)期使用的優(yōu)點(diǎn)，適用于各種復(fù)雜和化學(xué)侵蝕等惡劣環(huán)境，被廣泛應(yīng)用于以下各領(lǐng)域：低溫管道、設(shè)備和儲(chǔ)槽（儲(chǔ)罐）；烴加工中低溫系統(tǒng)；冷庫(kù)及冷藏建筑；制藥中低溫絕熱系統(tǒng)；鋼鐵液氧、液氮儲(chǔ)槽及管道；工業(yè)與民用建筑的外墻保溫、外墻內(nèi)保溫、屋面、地下室等。

4 泡沫玻璃用于硫磺池的施工注意事項(xiàng)

4.1 施工工序

施工工序如圖3 所示。

圖3 施工工序

4.2 施工主要控制點(diǎn)

（1） 基層處理。基層池壁及池底必須清理干凈，保證無(wú)油、灰塵、污垢、泥土等污染物，并應(yīng)剔鑿池壁的凸出物，使之清潔平整；清除基層中松動(dòng)或風(fēng)化的部分，用水泥砂漿填充找平；基層表面不平整時(shí)，可采用1∶3 水泥砂漿找平。

（2） 錨固螺栓安裝。在池壁及池底彈畫出縱向、橫向控制網(wǎng)格線，間距為250 mm × 250 mm；鉆孔并清理螺栓孔，保證孔內(nèi)無(wú)灰塵；安裝錨固螺栓和鋼絲網(wǎng)片固定卡。

（3） 泡沫玻璃安裝。泡沫玻璃板安裝前應(yīng)配置好廠家提供的PC62 KOMP 填充膠泥；安裝要從底往上逐層鋪設(shè)，豎縫應(yīng)逐層錯(cuò)縫；池底層待池壁鋪設(shè)后再鋪設(shè)，水平的縱向和橫向接縫要錯(cuò)縫；切割時(shí)應(yīng)注意邊口切割整齊、切口應(yīng)與泡沫玻璃板面垂直；安裝時(shí)要按壓均勻，粘貼牢固不得有松動(dòng)或空鼓，并及時(shí)清理板縫之間溢出的填充膠泥；在池壁夾角或池壁和地板夾角處，泡沫玻璃板應(yīng)交錯(cuò)互鎖；在有接管等需要開(kāi)口的地方，應(yīng)采用整塊泡沫玻璃板切割成型，并盡量控制開(kāi)孔尺寸不宜過(guò)大；安裝后對(duì)局部不平整處用砂紙打磨平整并及時(shí)清理干凈，安裝及打磨時(shí)，操作工人應(yīng)戴上防護(hù)工具。

（4） 鋼絲網(wǎng)片安裝。泡沫玻璃板安裝報(bào)驗(yàn)合格后，安裝不銹鋼絲網(wǎng)片，鋼絲網(wǎng)片要固定在卡槽里并綁扎牢固；鋼絲網(wǎng)片的搭接不小于100 mm，并多點(diǎn)綁扎牢固；在池壁夾角處，鋼絲網(wǎng)片應(yīng)交叉并綁扎牢固可靠。

（5） 抗酸混凝土澆筑?？顾峄炷帘仨毎凑諒S家提供材料和配比進(jìn)行拌制，拌制好的混凝土及時(shí)進(jìn)行澆筑；抗酸混凝土由于稠度較大，池壁必須分層澆筑，每層澆筑500 mm；分層時(shí)采用臺(tái)階式接茬，澆筑后必須保證接縫處光滑、平整；澆筑過(guò)程中必須控制好施工質(zhì)量，防止出現(xiàn)漏振、氣泡、空鼓等現(xiàn)象；澆筑好的抗酸混凝土應(yīng)及時(shí)做好養(yǎng)護(hù)和防護(hù)，防止損壞和出現(xiàn)裂紋等。

（6） 池內(nèi)設(shè)備安裝。抗酸混凝土養(yǎng)護(hù)并報(bào)驗(yàn)合格后進(jìn)行設(shè)備安裝；設(shè)備安裝時(shí)必須對(duì)臨時(shí)支架進(jìn)行支墊，尖銳部位用軟布防護(hù)，防止對(duì)抗酸混凝土表面造成損壞；需要搭設(shè)腳手架時(shí)，立桿必須用方木支墊、橫桿端部要用軟布包裹。

（7） 池頂蓋板安裝。池內(nèi)設(shè)備安裝并驗(yàn)收合格后安裝池頂蓋板；蓋板安裝前在預(yù)制場(chǎng)對(duì)蓋板底部的涂料進(jìn)行涂刷并經(jīng)驗(yàn)收合格；蓋板安裝時(shí)，采用坐漿法，保證蓋板和池壁之間的密封，坐漿采用與池內(nèi)同規(guī)格的抗酸混凝土；蓋板安裝后的板縫之間和蓋板四周的現(xiàn)場(chǎng)后澆帶，用抗酸膠泥（Nafufill GTS-HS） 進(jìn)行填充密實(shí)。

（8） 硫磺池頂部蓋板安裝后，開(kāi)始上部的設(shè)備和管道安裝。

硫磺池抗酸保溫施工步驟如圖4 所示。

4.3 質(zhì)量管理

（1） 責(zé)任主體。本工程的業(yè)主為阿爾及利亞國(guó)家石油公司（Sonatrach），法國(guó)德西尼布（Technip）公司承擔(dān)PMC，工程監(jiān)理為印度工程有限公司（EIL），工程EPC 總承包為中國(guó)石油工程建設(shè)有限公司（CPECC），施工單位為中國(guó)石油吉林化建工程有限公司（JCC）。

圖4 現(xiàn)場(chǎng)施工

（2） 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。本工程材料采購(gòu)執(zhí)行的有美國(guó)ASTM 標(biāo)準(zhǔn)、歐盟的EN 標(biāo)準(zhǔn)及ISO 標(biāo)準(zhǔn)，施工過(guò)程執(zhí)行的是歐洲標(biāo)準(zhǔn)、阿國(guó)當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)以及設(shè)計(jì)的相關(guān)文件施工統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)（STC） 和設(shè)計(jì)統(tǒng)一規(guī)定（STD） 等。所有標(biāo)準(zhǔn)的使用事先應(yīng)取得業(yè)主和監(jiān)理的批準(zhǔn)。

（3） 材料控制。材料采購(gòu)前，必須獲得業(yè)主或監(jiān)理批準(zhǔn)的MART 等技術(shù)文件；到場(chǎng)材料必須有合格證、質(zhì)量證明文件以及材料數(shù)據(jù)表等技術(shù)文件，并報(bào)業(yè)主的采購(gòu)部門確認(rèn)；到場(chǎng)后的材料按照屬性要求進(jìn)行分類和儲(chǔ)存，對(duì)有環(huán)境要求的的材料必須采取防護(hù)措施（如泡沫玻璃粘接劑需要儲(chǔ)存在集裝箱內(nèi)并保證溫度為常溫20 ℃左右）；材料在庫(kù)房報(bào)驗(yàn)合格后方可發(fā)放到施工單位，施工單位持各方簽字的領(lǐng)料單進(jìn)行領(lǐng)料。

（4） 過(guò)程控制。材料到現(xiàn)場(chǎng)安裝前還需報(bào)驗(yàn)一次，主要是施工和質(zhì)量部門的專業(yè)工程師對(duì)材料的最后把關(guān)，此次報(bào)驗(yàn)為施工過(guò)程的報(bào)驗(yàn)，防止材料的錯(cuò)用、誤用；施工過(guò)程中的材料拌和、材料使用和安全防護(hù)，必須按照廠家的MSDS（Material Safety Data Sheet） 執(zhí)行；所有工序報(bào)驗(yàn)必須提交RFI（Request For Inspection），并由相關(guān)方簽字合格后方可進(jìn)行下道工序；施工過(guò)程中的每道工序需根據(jù)停、必檢點(diǎn)的分類，由現(xiàn)場(chǎng)的施工、質(zhì)量和監(jiān)理、PMC（或業(yè)主） 的專業(yè)工程師簽字確認(rèn)；現(xiàn)場(chǎng)施工問(wèn)題以及需要修改的部分，均以升版圖紙、TQ（Technical Query Sheet） 或SDM（Site Design Modification Request） 的形式由設(shè)計(jì)、監(jiān)理、PMC（或業(yè)主） 確認(rèn)后實(shí)施；涉及專利商的專利技術(shù)、設(shè)備等與現(xiàn)場(chǎng)不符需要修改的，相應(yīng)的修改文件由設(shè)計(jì)與專利商溝通確認(rèn)后再執(zhí)行。

5 硫磺池的烘襯

5.1 硫磺池的烘襯要求

根據(jù)工藝包商要求在本硫磺池（590-TK-001）完成施工后，需要對(duì)其內(nèi)部的襯里（抗酸混凝土）實(shí)施烘干，烘干過(guò)程按照工藝包商提供的升溫曲線。設(shè)計(jì)從工藝可行、施工簡(jiǎn)易、操作可控等方面綜合考慮，并經(jīng)過(guò)工藝計(jì)算后，確定采用低壓過(guò)熱蒸汽烘襯方案。硫磺池的升溫曲線見(jiàn)圖5。

圖5 硫磺池烘襯升溫曲線

5.2 硫磺池烘襯過(guò)程

（1） 操作參數(shù)。中壓蒸汽：操作壓力1.5 MPa，操作溫度240 ～260 ℃；烘襯用低壓蒸汽：操作壓力0.38 MPa，操作溫度240 ～260 ℃。

（2） 操作方法。關(guān)閉本單元與烘襯無(wú)關(guān)的所有中、低壓蒸汽系統(tǒng)的閥門；逐步打開(kāi)中壓蒸汽至蒸汽盤管之間的閥門；關(guān)閉硫磺池底部蒸汽盤管出口疏水器前后閘閥，打開(kāi)疏水器旁路截止閥；拆除低壓冷凝線末端盲法蘭，使烘襯用的低壓蒸汽排入大氣；適當(dāng)打開(kāi)硫磺池頂部開(kāi)孔，以便烘干過(guò)程蒸發(fā)的高溫水汽以分子熱運(yùn)動(dòng)的方式擴(kuò)散至大氣。

（3） 升溫曲線的控制手段。調(diào)整蒸汽盤管的投用數(shù)量；調(diào)節(jié)蒸汽盤管旁路截止閥的開(kāi)度，控制蒸汽流量；開(kāi)、閉硫磺池頂部的開(kāi)孔；調(diào)整管網(wǎng)來(lái)中壓蒸汽的溫度。

（4） 注意事項(xiàng)。升溫速率不大于工藝包商的要求；各階段時(shí)間不小于工藝包商的要求；烘襯完成后，封閉所有底部開(kāi)孔，以防大氣中的水份進(jìn)入池內(nèi)，導(dǎo)致襯里再次吸水，影響烘襯效果。

6 實(shí)施效果

通過(guò)嚴(yán)格的管理和過(guò)程控制，本硫磺池的隔熱和防腐蝕工程中采用泡沫玻璃進(jìn)行保溫隔熱和抗酸混凝土進(jìn)行襯里施工不僅用時(shí)少、方便快捷，而且保溫隔熱效果明顯，抗酸混凝土的烘襯對(duì)內(nèi)部凝結(jié)水進(jìn)行了進(jìn)一步的去除，保證了抗酸混凝土襯里的質(zhì)量和抗酸效果，為泡沫玻璃和抗酸混凝土在硫磺池隔熱保溫防腐蝕結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用及推廣提供了較好的經(jīng)驗(yàn)。

7 結(jié)束語(yǔ)

目前，國(guó)內(nèi)石油化工裝置的硫磺池內(nèi)壁絕大部分仍采用耐高溫防腐結(jié)構(gòu)膠泥（主要成分為氟樹(shù)脂） 及無(wú)蠟玻璃纖維布進(jìn)行粘貼，以實(shí)現(xiàn)耐高溫防腐蝕的目的；或采用隔熱耐酸輕質(zhì)磚（輕質(zhì)隔熱澆注料） 和耐酸陶瓷磚[4]，以耐酸膠泥進(jìn)行砌筑，以達(dá)到隔熱和抗酸的目的[5]。在施工過(guò)程中，這些傳統(tǒng)的做法由于工序復(fù)雜，質(zhì)量控制點(diǎn)多，難度大，不利于現(xiàn)場(chǎng)施工和質(zhì)量控制，還會(huì)由于工序復(fù)雜而造成施工工期長(zhǎng)、費(fèi)用高等，增加工程成本。因此，泡沫玻璃由于其具有的隔熱保溫防腐蝕的優(yōu)越性能以及施工方便快捷的特點(diǎn)，必將成為傳統(tǒng)做法的理想替代產(chǎn)品，也將會(huì)越來(lái)越廣泛地應(yīng)用到石油化工裝置的隔熱保溫施工中。