FRP 석유화학 플랜트 장비를 가능하게 하는 내부식성 수지

복합 재료는 부식성이 높은 환경에서 내구성이 뛰어난 것으로 알려져 있지만 최적의 성능을 위해서는 각 응용 분야에 적합한 수지를 선택하는 것이 중요합니다. 사우디아라비아 주베일에 있는 SABIC(사우디아라비아 리야드) 자회사인 Petrokemya의 석유화학 단지는 에틸렌, 스티렌, 염소, 산업용 원유 에탄올 등과 같은 다양한 공급원료 화학물질을 생산합니다. 생산 공정을 위해 이 복합 단지에는 부식 없이 염산을 견뎌야 하는 여러 개의 대형 부품과 파이프가 있는 연소 장치가 필요했습니다.

연소 장치 급랭 탱크, 스크러버, 배기 탱크 및 관련 용기 및 배관의 설계 및 제조는 부식 방지 장비 제작업체 Ollearis(스페인 마르토렐레스), 계약자 China Tianchen Engineering Corp.(TCC, Tianjin, 중국)이 포함된 팀에 맡겨졌습니다. ) 및 엔지니어링 회사인 John Zink Hamworth Combustion(미국 오클라호주 털사). 이러한 구성 요소는 염산과의 접촉을 견디고 여러 설계 문제를 해결하며 비용 효율적인 솔루션이 되어야 했습니다.

유리 섬유 강화 복합 재료는 부식성이 강한 화학 물질을 견딜 수 있는 재료로 선택되는 동시에 특수 금속 합금보다 비용 효율적인 솔루션을 제공합니다. 리프팅 및 홀드다운 러그(스테인리스 스틸), 스프레이 노즐(열가소성 또는 금속) 및 스크러버 패킹을 포함한 몇 가지 사소한 예외를 제외하고 모든 주요 구성 요소는 섬유 강화 플라스틱(FRP)으로 구성되었습니다.

성능 요구 사항을 충족하면서 가장 경제적인 솔루션을 제공하기 위해 Ollearis는 3가지 AOC(미국 테네시주 콜리어빌) Atlac 수지를 선택했습니다. “우리는 AOC 내화학성 가이드와 AOC 기술 서비스 팀의 전문 지식을 사용하여 처리된 유체와 고객이 자세히 설명한 설계 온도를 고려하여 수지 유형을 선택했습니다. 제안된 수지가 [필요한] 조건에서 잘 작동하는지 확인하는 것이 필요했습니다.”라고 Ollearis의 기술 관리자인 Adriano Ureña가 설명합니다.

Ollearis는 가스 세정 공정의 첫 번째 단계인 급랭 탱크에 Atlac 590 에폭시 Novolac 수지를 선택했습니다. 탱크의 높이는 11.8미터이고 내경(ID)은 3미터입니다. 문제는 작동 시 연소 장치의 배기 가스가 약 300°C의 온도에서 이 급랭 탱크로 들어간 다음 가스 입구 근처의 노즐에서 분사되는 물에 의해 매우 빠르게 냉각된다는 것입니다. Atlac 590은 염산 용액에 대한 내성과 요구되는 고온에서 강도 유지를 제공하기 위해 선택되었습니다.

14.10m 높이의 스크러버, 정화된 가스가 배출되는 39.7m 높이의 배기 스택 및 스크러버와 급랭 탱크를 연결하는 1.45m 길이의 덕트에는 Atlac 430 비스페놀 A 에폭시 비닐 에스테르 수지가 선택되었습니다. . 이것은 스크러버 및 배기 스택의 설계 온도가 최대 85°C에 도달하는 이러한 구성요소에 대해 비교적 덜 까다로운 온도 조건과 일치하는 다용도 표준 제품이라고 합니다. 스크러버는 켄치 탱크에서 유입되는 염산 용액과 산을 중화하는 데 사용되는 스크러빙 물에 존재하는 수산화나트륨 용액에 노출됩니다. 배기 스택은 또한 소량의 염산과 젖은 염소가 포함된 공기에 노출됩니다.

스크러버 및 급랭 탱크 주변에 설치된 배관 시스템의 경우 표준 비닐 에스테르 수지보다 저렴한 비용으로 산 및 부식성 유체에 대한 내화학성을 위해 Atlac 383 불포화 비스페놀 A 폴리에스테르가 선택되었습니다.

퀜치 탱크, 스크러버 및 스택의 원통형 부품은 습식 필라멘트 와인딩과 동시에 적용된 양방향 직조 직물의 외부 레이어를 결합한 하이브리드 제조 공정을 통해 제조되었습니다. 이 조합은 후프 방향(필라멘트 감기에서)과 축 방향(부품 축과 정렬되는 직물에서) 모두에서 더 나은 기계적 특성을 가진 부품을 생산했습니다. 직물을 추가하면 전체 필라멘트로 감긴 부품의 경우 70%에서 55%로 부품당 유리 섬유의 중량 비율이 감소했습니다. 이는 부품당 내식성 수지의 양을 증가시킵니다. 다른 구성 요소는 수작업 레이업을 통해 생산되었습니다.

설계 과제 해결

Ollearis는 이 프로젝트를 위한 장비를 설계할 때 몇 가지 문제에 직면했습니다. 한 가지 문제는 급랭 탱크의 내부 표면에 수지가 많이 함유된 부식 방지층을 포함해야 했기 때문에 발생했습니다. 이 층은 작동 중 열 충격으로 인해 균열 또는 균열의 위험이 있었습니다. 팀은 탄소 섬유 표면 베일로 부식 장벽을 강화하여 열 충격에 대한 구성 요소의 저항을 개선했습니다.

두 번째 문제는 Ollearis가 스크러버 내부의 패킹 무게를 지탱할 방법을 찾아야 한다는 것이었습니다. 패킹은 스크러버를 통과하는 공기에서 가스를 제거하는 재료입니다. 이 문제를 해결하기 위해 Ollearis는 합성 난간과 2개의 합성 빔으로 지지되는 패킹 아래 합성 격자를 설치했습니다. 선반과 빔은 중공의 직사각형 단면을 가지며 선반은 폴리우레탄 폼으로 채워집니다. 선반은 하나의 조각으로 필라멘트로 감긴 원통형 스크러버에 직접 제조되었습니다. 제조 후 본딩은 패킹 중량으로 인한 하중으로 인해 본딩이 벗겨질 위험이 있습니다. 빔은 스크러버 쉘에 결합된 특수 설계된 복합 노즐로 지지됩니다.

세 번째 설계 문제는 급랭 탱크와 스크러버가 진공 상태에서 작동하지만 바닥이 평평하다는 사실에서 비롯되었습니다. 평평한 복합 패널은 압력과 진공에 대한 저항성이 낮고 일반적으로 이러한 하중을 견디기 위해 매우 두꺼워야 하므로 제조 비용이 많이 듭니다. 프로젝트 목표를 달성하기 위해 Ollearis는 합성 스킨 레이어와 마주보는 수지 함침 3D 유리 섬유 직물의 코어로 구성된 샌드위치 구조를 사용하여 견고한 합성 부품의 비용과 무게를 줄이는 보다 저렴한 솔루션을 개발했습니다.

이 프로젝트의 경우 복합 구성 요소가 2016년에 설계 및 배송되었으며 2017년에 최종 설치가 완료되었습니다.