环氧玻璃钢压力容器在反渗透膜水处理装置上的应用
目前已用于反渗透膜装置的玻璃钢压力容器是一个好的实例。标志着商品化的增强塑料能够在经济上与钢和其他承载结构材料相竞争的一天终于到来了。水处理(淡化)工业的不断发展,以及反渗透膜性能和水处理系统的显著改进,助长了用增强塑料代替涂层碳钢取代不锈钢,作为主承载结构这一趋势。反渗透膜外壳的直径大于50.8 mm时,试验压力高于3.45×lO4MPa。
按照规范,水处理工业的系统工程师要求用于反渗透膜压力容器的玻璃钢应尽力满足美国机械工程师协会(ASME)锅炉和压力容器标准中第十节的要求和技术条件。这节的题目叫做“玻璃纤维压力容器”,规定每一个候选的玻璃纤维压力容器都应经历100,000次的压力循环试验,压力幅值从零到大的使用压力值,然后该容器经受一次压力值六倍于使用压力值的试验,而该容器不爆破。尽管金属压力容器因具有腐蚀倾向,在由突然失效引起的损伤和特性破坏方面有更大的可能性。然而ASME锅炉和压力容器标准第八节,关于钢压力容器的要求,实际上低于同一规范第十节对玻璃纤维压力容器的要求。在长达十四年里,循环压力试验这种单独的试验方法几乎妨碍了增强塑料压力容器得到被人重视的ASME标准的标记。另一个区别是:钢压力容器可以按等于四倍大使用压力的爆破压力进行设计,而玻璃纤维压力容器必须按超过六倍的大使用压力设计。
今天,适用或被指定用作反渗透膜外壳容器的大多数增强塑料压力容器都是按照ASME锅炉和压力容器标准第十节提出的要求,进行设计、制造和试验。大部分反渗透压力容器的容积应小于946 L,只有这样的玻璃纤维压力容器才加以确认,而ASME锅炉和压力容器第十节却指出,容积小于946 L的玻璃钢压力容器不属该标准的范畴,大部分反渗透玻璃纤维压力容器在任何采用ASME标准的标记为法定商标或使用要求的地方必然被取消使用资格。
目前,供给淡化工业用作反渗透膜外壳的增强塑料压力容器通常属于如下两种类型之一:
1、苦咸水容器,使用压力不高于4.14×103MPa;
2、海水容器,在不高于8.27×103MPa的压力下使用;
两类容器在交付使用前要在1.5倍高使用压力下试验和检验。
反渗透压力容器的结构组成:每个反渗透压力容器基本上由三个主要结构部件组成:
1、一个圆筒形的压力管;2、一对端盖(管塞);3、一对端盖挡环。
压力管结构通常用于反渗透膜外壳的增强塑料圆筒形压力容器采用纤维缠绕,具有一个内侧富树脂衬里,是专用的复合材料结构。这种结构包含有一种耐久的热固性树脂环氧树脂或不饱和聚酯树脂。衬里必须设计得耐疲劳,耐化学物质,以便在所有使用的压力下使端盖密封和膜组件密封保持有效。大部分反渗透膜压力管结构具有从10~30mm厚的纤维绕层或层叠的管状层合板,采用“E”玻璃纤维被成功地应用于反渗透膜压力管这种结构上。
引进加压水并阻碍加压水贯穿反渗透膜压力管流动的一对端盖或堵盖,通常是由硬质塑料、增强塑料或塑料与金属组合制造的,必须能够耐短期的6.9103MPa压力。尽管聚氯乙烯和聚碳酸酯也被成功地应用过,但为这种端盖优先选用的热塑性塑料是乙缩醛共聚物。由玻璃纤维增强热固性树脂制造的增强塑料端盖已经被用于直径大于203mm,操作压力8.27X103MPa的反渗透压力管。这种端盖的破坏方式通常只限于开裂泄露形式,而不是配件破坏形式。这种玻璃纤维端盖一般是用“G--10”类型的玻璃纤维层压材料机加而成。由热塑性塑料或增强塑料制造的端盖所具有的大缺点是在获得和保持一个理想的压力密封而不渗漏方面有很大的困难。端盖设计的另一个重要特点就是端盖在压力管内的密封技术。
端盖被保留在反渗透压力管内靠的是有一个合适的端盖挡环结构,端盖挡环结构或许是反渗透压力容器的重要的结构部件,它不仅决定着压力容器端部的相对位置和外形,而且也是决定压力容器能承受极限压力的关键因素。这个结构部件由于包括两个附属结构形式使其复杂,一个是压力管结构的组成部分,而另一个是从压力管的设计结构到功能都可拆装和分离的部分。整体结构的压力管,其端盖挡环结构部分简单的形式是在压力管的每一端都设置一个环形内部挡环槽,设计的这个槽允许压力容器的端盖同它的“O”型密封槽一道通过挡环槽压入管子。已经证明:“整体环”的方法是提供一个整体挡环槽的普及的方法。这种方法被特别推荐于直径≥100mm的压力管。直径200mm的压力管已经成功地抵抗了超过4.14X104MPa的压力,这种管装有由铝或不锈钢制造的整体环。直径200mm包括由增强塑料制造的整体环的压力管,耐压值为3.1X104MPa.另一种提供整体挡环槽的普及方法是直接从增强塑料压力管上机械加工槽。“分辨环”的方法大概是新的方法。经过调查研究,这种方法是达到用增强塑料制造整体端盖挡环结构目的的更可取的方法。
由在增强塑料反渗透管的生产中获得生产和试验经验而形成的设计和制造原则,不仅能指导更大直径,高性能复合材料压力容器的发展,而且也能指导用于石油和化工工业的高压管道内衬的开拓。例如,能耐超过445k温度的一种200mm直径的新型纤维增强复合材料压力管已被成功地试验以满足一个6.9x103MPa的连续使用压力。这种加压受拉纤维增强塑料管子现在向设计师和工程师们提供了一种适用于建造大型容器、建筑物和塔器的新型结构材料。








































