環氧玻璃鋼壓力容器在反滲透膜水處理裝置上的應用

    目前已用于反滲透膜裝置的玻璃鋼壓力容器是一個好的實例。標志著商品化的增強塑料能夠在經濟上與鋼和其他承載結構材料相競爭的一天終于到來了。水處理(淡化)工業的不斷發展,以及反滲透膜性能和水處理系統的顯著改進,助長了用增強塑料代替涂層碳鋼取代不銹鋼,作為主承載結構這一趨勢。反滲透膜外殼的直徑大于50.8 mm時,試驗壓力高于3.45×lO4MPa。

    按照規范,水處理工業的系統工程師要求用于反滲透膜壓力容器的玻璃鋼應盡力滿足美國機械工程師協會(ASME)鍋爐和壓力容器標準中第十節的要求和技術條件。這節的題目叫做“玻璃纖維壓力容器”,規定每一個候選的玻璃纖維壓力容器都應經歷100,000次的壓力循環試驗,壓力幅值從零到大的使用壓力值,然后該容器經受一次壓力值六倍于使用壓力值的試驗,而該容器不爆破。盡管金屬壓力容器因具有腐蝕傾向,在由突然失效引起的損傷和特性破壞方面有更大的可能性。然而ASME鍋爐和壓力容器標準第八節,關于鋼壓力容器的要求,實際上低于同一規范第十節對玻璃纖維壓力容器的要求。在長達十四年里,循環壓力試驗這種單獨的試驗方法幾乎妨礙了增強塑料壓力容器得到被人重視的ASME標準的標記。另一個區別是:鋼壓力容器可以按等于四倍大使用壓力的爆破壓力進行設計,而玻璃纖維壓力容器必須按超過六倍的大使用壓力設計。

    今天,適用或被指定用作反滲透膜外殼容器的大多數增強塑料壓力容器都是按照ASME鍋爐和壓力容器標準第十節提出的要求,進行設計、制造和試驗。大部分反滲透壓力容器的容積應小于946 L,只有這樣的玻璃纖維壓力容器才加以確認,而ASME鍋爐和壓力容器第十節卻指出,容積小于946 L的玻璃鋼壓力容器不屬該標準的范疇,大部分反滲透玻璃纖維壓力容器在任何采用ASME標準的標記為法定商標或使用要求的地方必然被取消使用資格。

    目前,供給淡化工業用作反滲透膜外殼的增強塑料壓力容器通常屬于如下兩種類型之一:
1、苦咸水容器,使用壓力不高于4.14×103MPa;
2、海水容器,在不高于8.27×103MPa的壓力下使用;

兩類容器在交付使用前要在1.5倍高使用壓力下試驗和檢驗。
反滲透壓力容器的結構組成:每個反滲透壓力容器基本上由三個主要結構部件組成:
    1、一個圓筒形的壓力管;2、一對端蓋(管塞);3、一對端蓋擋環。
    壓力管結構通常用于反滲透膜外殼的增強塑料圓筒形壓力容器采用纖維纏繞,具有一個內側富樹脂襯里,是專用的復合材料結構。這種結構包含有一種耐久的熱固性樹脂環氧樹脂或不飽和聚酯樹脂。襯里必須設計得耐疲勞,耐化學物質,以便在所有使用的壓力下使端蓋密封和膜組件密封保持有效。大部分反滲透膜壓力管結構具有從10~30mm厚的纖維繞層或層疊的管狀層合板,采用“E”玻璃纖維被成功地應用于反滲透膜壓力管這種結構上。

    引進加壓水并阻礙加壓水貫穿反滲透膜壓力管流動的一對端蓋或堵蓋,通常是由硬質塑料、增強塑料或塑料與金屬組合制造的,必須能夠耐短期的6.9103MPa壓力。盡管聚氯乙烯和聚碳酸酯也被成功地應用過,但為這種端蓋優先選用的熱塑性塑料是乙縮醛共聚物。由玻璃纖維增強熱固性樹脂制造的增強塑料端蓋已經被用于直徑大于203mm,操作壓力8.27X103MPa的反滲透壓力管。這種端蓋的破壞方式通常只限于開裂泄露形式,而不是配件破壞形式。這種玻璃纖維端蓋一般是用“G--10”類型的玻璃纖維層壓材料機加而成。由熱塑性塑料或增強塑料制造的端蓋所具有的大缺點是在獲得和保持一個理想的壓力密封而不滲漏方面有很大的困難。端蓋設計的另一個重要特點就是端蓋在壓力管內的密封技術。

    端蓋被保留在反滲透壓力管內靠的是有一個合適的端蓋擋環結構,端蓋擋環結構或許是反滲透壓力容器的重要的結構部件,它不僅決定著壓力容器端部的相對位置和外形,而且也是決定壓力容器能承受極限壓力的關鍵因素。這個結構部件由于包括兩個附屬結構形式使其復雜,一個是壓力管結構的組成部分,而另一個是從壓力管的設計結構到功能都可拆裝和分離的部分。整體結構的壓力管,其端蓋擋環結構部分簡單的形式是在壓力管的每一端都設置一個環形內部擋環槽,設計的這個槽允許壓力容器的端蓋同它的“O”型密封槽一道通過擋環槽壓入管子。已經證明:“整體環”的方法是提供一個整體擋環槽的普及的方法。這種方法被特別推薦于直徑≥100mm的壓力管。直徑200mm的壓力管已經成功地抵抗了超過4.14X104MPa的壓力,這種管裝有由鋁或不銹鋼制造的整體環。直徑200mm包括由增強塑料制造的整體環的壓力管,耐壓值為3.1X104MPa.另一種提供整體擋環槽的普及方法是直接從增強塑料壓力管上機械加工槽?!胺直姝h”的方法大概是新的方法。經過調查研究,這種方法是達到用增強塑料制造整體端蓋擋環結構目的的更可取的方法。
由在增強塑料反滲透管的生產中獲得生產和試驗經驗而形成的設計和制造原則,不僅能指導更大直徑,高性能復合材料壓力容器的發展,而且也能指導用于石油和化工工業的高壓管道內襯的開拓。例如,能耐超過445k溫度的一種200mm直徑的新型纖維增強復合材料壓力管已被成功地試驗以滿足一個6.9x103MPa的連續使用壓力。這種加壓受拉纖維增強塑料管子現在向設計師和工程師們提供了一種適用于建造大型容器、建筑物和塔器的新型結構材料。