泡沫玻璃在硫磺池保温隔热结构中的应用

李 刚，吴剑军

中国石油工程建设有限公司，北京100010

1 工程概述

阿尔及利亚炼油厂改扩建项目是阿尔及利亚国家石油公司（Sonatrach）的一项炼油改造升级项目[1]，包含生产规模为7 t/d 的硫磺回收装置一套，采用的是法国的AXNES 专利，中国石油工程建设有限公司总承包，施工单位为中国石油吉林化建工程有限公司。

硫磺池是硫磺回收装置中液硫脱气设施，分为脱气区和存储区。其主要作用是通过往硫磺池中鼓入空气不断地翻动液硫的方法来脱除H2S 气体，以维持气相中的H2S 浓度在爆炸极限以下，避免H2S释放到空气或带入硫磺包装单元污染环境大气，并防止硫磺固化处理中有爆炸危险产生[2]。液硫自硫磺池脱气区溢流至存储区，存储区的液硫经硫磺池泵升压后进入硫磺冷却器，冷却后再循环回脱气区[3]。脱气后的液硫通过液硫输转泵送至硫磺成型单元以生产粒状固体硫磺；通过泵出口流量控制，定量输送液硫到造粒机机头部位进行固态化处理；然后输送至产品包装单元，实现产品包装和外运。

2 硫磺池的设计要点及材料

2.1 硫磺池设计要点

本硫磺池平面尺寸为9.3 m×3.3 m，整体为地下结构，共分3 个区，即2 个脱气区、1 个存储区。硫磺池主体为C35 现浇混凝土结构，池壁和池底混凝土厚度为350 mm，脱气区和储存区的隔墙厚度为250 mm，顶盖板为250 mm 厚的预制混凝土盖板。脱气区的最小深度约为2.97 m，储存区的最大深度约为3.61 m。为满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见图1。

2.2 硫磺池材料应用

图1 硫磺池的平面和剖面

硫磺池所收纳的液体为液硫，其最高温度达170 ℃，且具有极强的酸性。故硫磺池的池内壁需设置一层保温隔热内衬，防止液硫对钢筋混凝土池壁产生侵害。该硫磺池采用的保温及抗酸技术不同于国内硫磺池的常规做法，在硫磺池池底和池壁采用50 mm 厚的泡沫玻璃作为保温层，保温层表面浇筑50 mm 厚的抗酸混凝土（内含一层φ2 mm 的不锈钢丝网片） 作为抗酸涂层，泡沫玻璃之间以及开孔的周围采用PC62 KOMP 胶泥填充；顶板为预制混凝土盖板，下表面涂刷3 mm 厚的Nukote抗酸涂料；盖板之间的填缝采用抗酸胶泥（Nafufill GTS-HS） 填充，池底部结构找坡2%。除Nukote为美国进口外，其他材料来自德国奥镁公司（RHI Magnesita）。硫磺池内部构造见图2，主要材料技术参数见表1 ～4。

3 材料特性及应用范围

泡沫玻璃是由碎玻璃、发泡剂、改性添加剂和发泡促进剂等经过细粉碎和均匀混合后，再经过高温熔化、发泡、退火而制成的无机非金属玻璃材料，属于高级保温隔热材料，它既是保冷材料又是保温材料，具有能适应深冷到较高温度范围的特点。同时其重要价值不仅在于长年使用不会变质，而且本身又起到防潮、防火、防腐、防震作用。在绝热、低温深冷、地下工程、易燃易爆、潮湿以及化学侵蚀苛刻环境下使用时，不但安全可靠，而且经久耐用，被誉为“不须更换的永久性隔热材料”。

泡沫玻璃作为一种新型的材料，在国外已普遍应用于化工保温隔热、船舶、制冷业、冷库、地铁、恒温恒湿工程和一般工业与民用建筑的保温和隔热工程上。泡沫玻璃在国内应用很少，过去只用于化工深冷设备、船舶、冷库的保温隔热工程，近年来才开始在建筑工程上使用。

3.1 泡沫玻璃的特性

（1） 绝热性能。泡沫玻璃的基质为玻璃，不吸水；内部有封闭的气泡，不存在毛细现象，也不会渗透，是最理想的保冷绝热材料。

图2 硫磺池细部构造示意

表1 泡沫玻璃技术参数

表2 胶泥（PC62 KOMP） 技术参数

表3 抗酸水泥技术参数

表4 抗酸涂料 （Nukote ） 技术参数

（2） 强度高。机械强度较高，具有优良的抗压性能，较其他材料更能经受住外部环境的侵蚀和负荷；同时又有良好的防潮性能，是地下工程理想保温材料。

（3） 隔热性能。泡沫玻璃具有很好的绝热透湿性，热导率长期稳定，不因环境影响发生变化，绝热性能良好。

（4） 防火性能。泡沫玻璃不会自燃也不会被烧毁，是一种优良的防火材料，其工作温度范围为-265 ～430 ℃，膨胀系数较小而且可逆，材料性能长期不变，不易脆化，稳定性好。

（5） 隔声性能。泡沫玻璃隔声性能好，对声波有强烈的吸收作用，60 ～400 Hz 声波的平均穿透损失28.3 dB。

（6） 绿色环保。由于泡沫玻璃性能优越，虽然其他新型保温材料层出不穷，但泡沫玻璃由于其永久性、安全性和高可靠性，在低温、防潮、吸声等领域占有越来越重要的地位。而且其生产是对废旧固体材料的回收利用，不会对环境造成污染，实现可持续生产，循环利废、无毒无害、安全环保。被用户称之为绿色环保型绝热材料。

（7） 性能优越。泡沫玻璃具有不霉变、不受鼠噬、防虫害及微生物、易切割、易加工、施工方便、无机制品的耐腐蚀、不老化、性能不衰退等优越性。

3.2 泡沫玻璃的应用范围

泡沫玻璃具有防潮、防火、防腐和可长期使用的优点，适用于各种复杂和化学侵蚀等恶劣环境，被广泛应用于以下各领域：低温管道、设备和储槽（储罐）；烃加工中低温系统；冷库及冷藏建筑；制药中低温绝热系统；钢铁液氧、液氮储槽及管道；工业与民用建筑的外墙保温、外墙内保温、屋面、地下室等。

4 泡沫玻璃用于硫磺池的施工注意事项

4.1 施工工序

施工工序如图3 所示。

图3 施工工序

4.2 施工主要控制点

（1） 基层处理。基层池壁及池底必须清理干净，保证无油、灰尘、污垢、泥土等污染物，并应剔凿池壁的凸出物，使之清洁平整；清除基层中松动或风化的部分，用水泥砂浆填充找平；基层表面不平整时，可采用1∶3 水泥砂浆找平。

（2） 锚固螺栓安装。在池壁及池底弹画出纵向、横向控制网格线，间距为250 mm × 250 mm；钻孔并清理螺栓孔，保证孔内无灰尘；安装锚固螺栓和钢丝网片固定卡。

（3） 泡沫玻璃安装。泡沫玻璃板安装前应配置好厂家提供的PC62 KOMP 填充胶泥；安装要从底往上逐层铺设，竖缝应逐层错缝；池底层待池壁铺设后再铺设，水平的纵向和横向接缝要错缝；切割时应注意边口切割整齐、切口应与泡沫玻璃板面垂直；安装时要按压均匀，粘贴牢固不得有松动或空鼓，并及时清理板缝之间溢出的填充胶泥；在池壁夹角或池壁和地板夹角处，泡沫玻璃板应交错互锁；在有接管等需要开口的地方，应采用整块泡沫玻璃板切割成型，并尽量控制开孔尺寸不宜过大；安装后对局部不平整处用砂纸打磨平整并及时清理干净，安装及打磨时，操作工人应戴上防护工具。

（4） 钢丝网片安装。泡沫玻璃板安装报验合格后，安装不锈钢丝网片，钢丝网片要固定在卡槽里并绑扎牢固；钢丝网片的搭接不小于100 mm，并多点绑扎牢固；在池壁夹角处，钢丝网片应交叉并绑扎牢固可靠。

（5） 抗酸混凝土浇筑。抗酸混凝土必须按照厂家提供材料和配比进行拌制，拌制好的混凝土及时进行浇筑；抗酸混凝土由于稠度较大，池壁必须分层浇筑，每层浇筑500 mm；分层时采用台阶式接茬，浇筑后必须保证接缝处光滑、平整；浇筑过程中必须控制好施工质量，防止出现漏振、气泡、空鼓等现象；浇筑好的抗酸混凝土应及时做好养护和防护，防止损坏和出现裂纹等。

（6） 池内设备安装。抗酸混凝土养护并报验合格后进行设备安装；设备安装时必须对临时支架进行支垫，尖锐部位用软布防护，防止对抗酸混凝土表面造成损坏；需要搭设脚手架时，立杆必须用方木支垫、横杆端部要用软布包裹。

（7） 池顶盖板安装。池内设备安装并验收合格后安装池顶盖板；盖板安装前在预制场对盖板底部的涂料进行涂刷并经验收合格；盖板安装时，采用坐浆法，保证盖板和池壁之间的密封，坐浆采用与池内同规格的抗酸混凝土；盖板安装后的板缝之间和盖板四周的现场后浇带，用抗酸胶泥（Nafufill GTS-HS） 进行填充密实。

（8） 硫磺池顶部盖板安装后，开始上部的设备和管道安装。

硫磺池抗酸保温施工步骤如图4 所示。

4.3 质量管理

（1） 责任主体。本工程的业主为阿尔及利亚国家石油公司（Sonatrach），法国德西尼布（Technip）公司承担PMC，工程监理为印度工程有限公司（EIL），工程EPC 总承包为中国石油工程建设有限公司（CPECC），施工单位为中国石油吉林化建工程有限公司（JCC）。

图4 现场施工

（2） 质量标准。本工程材料采购执行的有美国ASTM 标准、欧盟的EN 标准及ISO 标准，施工过程执行的是欧洲标准、阿国当地标准以及设计的相关文件施工统一标准（STC） 和设计统一规定（STD） 等。所有标准的使用事先应取得业主和监理的批准。

（3） 材料控制。材料采购前，必须获得业主或监理批准的MART 等技术文件；到场材料必须有合格证、质量证明文件以及材料数据表等技术文件，并报业主的采购部门确认；到场后的材料按照属性要求进行分类和储存，对有环境要求的的材料必须采取防护措施（如泡沫玻璃粘接剂需要储存在集装箱内并保证温度为常温20 ℃左右）；材料在库房报验合格后方可发放到施工单位，施工单位持各方签字的领料单进行领料。

（4） 过程控制。材料到现场安装前还需报验一次，主要是施工和质量部门的专业工程师对材料的最后把关，此次报验为施工过程的报验，防止材料的错用、误用；施工过程中的材料拌和、材料使用和安全防护，必须按照厂家的MSDS（Material Safety Data Sheet） 执行；所有工序报验必须提交RFI（Request For Inspection），并由相关方签字合格后方可进行下道工序；施工过程中的每道工序需根据停、必检点的分类，由现场的施工、质量和监理、PMC（或业主） 的专业工程师签字确认；现场施工问题以及需要修改的部分，均以升版图纸、TQ（Technical Query Sheet） 或SDM（Site Design Modification Request） 的形式由设计、监理、PMC（或业主） 确认后实施；涉及专利商的专利技术、设备等与现场不符需要修改的，相应的修改文件由设计与专利商沟通确认后再执行。

5 硫磺池的烘衬

5.1 硫磺池的烘衬要求

根据工艺包商要求在本硫磺池（590-TK-001）完成施工后，需要对其内部的衬里（抗酸混凝土）实施烘干，烘干过程按照工艺包商提供的升温曲线。设计从工艺可行、施工简易、操作可控等方面综合考虑，并经过工艺计算后，确定采用低压过热蒸汽烘衬方案。硫磺池的升温曲线见图5。

图5 硫磺池烘衬升温曲线

5.2 硫磺池烘衬过程

（1） 操作参数。中压蒸汽：操作压力1.5 MPa，操作温度240 ～260 ℃；烘衬用低压蒸汽：操作压力0.38 MPa，操作温度240 ～260 ℃。

（2） 操作方法。关闭本单元与烘衬无关的所有中、低压蒸汽系统的阀门；逐步打开中压蒸汽至蒸汽盘管之间的阀门；关闭硫磺池底部蒸汽盘管出口疏水器前后闸阀，打开疏水器旁路截止阀；拆除低压冷凝线末端盲法兰，使烘衬用的低压蒸汽排入大气；适当打开硫磺池顶部开孔，以便烘干过程蒸发的高温水汽以分子热运动的方式扩散至大气。

（3） 升温曲线的控制手段。调整蒸汽盘管的投用数量；调节蒸汽盘管旁路截止阀的开度，控制蒸汽流量；开、闭硫磺池顶部的开孔；调整管网来中压蒸汽的温度。

（4） 注意事项。升温速率不大于工艺包商的要求；各阶段时间不小于工艺包商的要求；烘衬完成后，封闭所有底部开孔，以防大气中的水份进入池内，导致衬里再次吸水，影响烘衬效果。

6 实施效果

通过严格的管理和过程控制，本硫磺池的隔热和防腐蚀工程中采用泡沫玻璃进行保温隔热和抗酸混凝土进行衬里施工不仅用时少、方便快捷，而且保温隔热效果明显，抗酸混凝土的烘衬对内部凝结水进行了进一步的去除，保证了抗酸混凝土衬里的质量和抗酸效果，为泡沫玻璃和抗酸混凝土在硫磺池隔热保温防腐蚀结构中的应用及推广提供了较好的经验。

7 结束语

目前，国内石油化工装置的硫磺池内壁绝大部分仍采用耐高温防腐结构胶泥（主要成分为氟树脂） 及无蜡玻璃纤维布进行粘贴，以实现耐高温防腐蚀的目的；或采用隔热耐酸轻质砖（轻质隔热浇注料） 和耐酸陶瓷砖[4]，以耐酸胶泥进行砌筑，以达到隔热和抗酸的目的[5]。在施工过程中，这些传统的做法由于工序复杂，质量控制点多，难度大，不利于现场施工和质量控制，还会由于工序复杂而造成施工工期长、费用高等，增加工程成本。因此，泡沫玻璃由于其具有的隔热保温防腐蚀的优越性能以及施工方便快捷的特点，必将成为传统做法的理想替代产品，也将会越来越广泛地应用到石油化工装置的隔热保温施工中。