工程學教授杰夫·克拉克森（GeoffClarkson）并未制造復(fù)合儲罐，但他對使這種儲罐持久耐用的知識非常了解。克拉克森（Clarkson）于2008年成立了UTComp，為復(fù)合材料行業(yè)提供工程和檢驗服務(wù)。多年來，他使用公司的UltraAnalytix™無損檢測系統(tǒng)評估了數(shù)十個FRP儲罐。他說，大多數(shù)這些復(fù)合資產(chǎn)的前景非常樂觀。

 

    克拉克森說：“復(fù)合材料似乎大大超過了設(shè)計師、制造商和組成材料供應(yīng)商的預(yù)測。這真的是一個很好的結(jié)果。”尤其是該公司檢查過的最古老的儲罐——一個62年歷史的儲罐，它在加拿大魁北克的一家金屬加工廠儲存硫酸溶液。工廠老板知道罐體沒有滲漏，但不確定是否發(fā)生了其他的損壞。因此，他請來了UTComp公司進行超聲波分析，結(jié)果顯示，該儲罐在腐蝕性很強的環(huán)境中仍然表現(xiàn)得非常好。

 

    自從1950年代后期建造并安裝該儲罐以來，復(fù)合材料行業(yè)發(fā)生了翻天覆地的變化。除了不斷提高的客戶期望以及圍繞儲罐中FRP的使用所采用的眾多標準和法規(guī)，材料和技術(shù)也取得了巨大進步。但是復(fù)合材料的壽命仍然是其最強的賣點之一。

 

 

    盡管復(fù)合材料的長壽命很吸引人，但這并不是最終用戶如今在選擇儲罐材料時要考慮的唯一決策因素。玻璃鋼儲罐輕質(zhì)高強。相對密度在1.5~2.0之間，只有碳鋼的1/4~1/5，可是拉伸強度卻接近，甚至超過碳素鋼，而比強度可以與高級合金鋼相比。某些環(huán)氧FRP的拉伸、彎曲和壓縮強度均能達到400Mpa以上。

 

    FRP是良好的耐腐材料，對大氣、水和一般濃度的酸、堿、鹽以及多種油類和溶劑都有較抵抗能力。它還是優(yōu)良的絕緣材料，用來制造絕緣體。高頻下仍能保護良好介電性。FRP熱導(dǎo)率低，室溫下為1.25~1.67kJ/（m·h·K），只有金屬的1/100~1/1000，是優(yōu)良的絕熱材料。在瞬時超高溫情況下，是理想的熱防護和耐燒蝕材料，能保護宇宙飛行器在2000℃以上承受高速氣流的沖刷。

 

    可以根據(jù)需要，靈活地設(shè)計出各種結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，來滿足使用要求，可以使產(chǎn)品有很好的整體性。

 

    由于玻璃鋼儲罐設(shè)計靈活性大，罐壁結(jié)構(gòu)性能優(yōu)異，纖維纏繞玻璃鋼可以改變樹脂系統(tǒng)或增強材料來高速玻璃鋼貯罐及非標裝置的物理化學性能，以適應(yīng)不同介質(zhì)和工作條件的需要。通過結(jié)構(gòu)層厚度、纏繞角和壁厚結(jié)構(gòu)和設(shè)計來調(diào)整罐體的承載能力，制成不同壓力等級或某些特殊性能的玻璃鋼貯罐及非標裝置，這是各向同性的金屬材料無法與其相比的。

 

    此外，結(jié)構(gòu)、用途和預(yù)算決定了客戶的選擇。例如，在水和廢水市場中，大多數(shù)水箱都是由混凝土、玻璃纖維增強塑料和高密度聚乙烯（HDPE）制成的。HDPE比GFRP便宜，但使用壽命不長。

 

    隨著HDPE技術(shù)的發(fā)展，地上儲罐市場在20年前發(fā)生了變化。隨著材料變得越來越強，市場的一部分做出了經(jīng)濟決定，購買了可能需要在10或12年內(nèi)更換的便宜產(chǎn)品，而不是玻璃纖維儲罐。

 

    儲罐行業(yè)的另一個選擇是雙層層壓玻璃鋼復(fù)合材料，它將熱塑性內(nèi)襯和玻璃纖維外部結(jié)合在一起。由于客戶需要可以儲存腐蝕性更強或壓力更高的高溫氣體或液體的儲罐，因此雙層層壓板越來越受歡迎。

 

 

    最終用戶需求的增加推動了復(fù)合材料的創(chuàng)新。供應(yīng)商使用新的樹脂和纖維技術(shù)來幫助解決問題。“材料已經(jīng)進步。”位于美國俄亥俄州漢密爾頓的FRP容器制造商Plas-TanksIndustriesInc.總裁JoePuthoff說，“我們?nèi)栽谑褂脴渲筒ＡЮw維來制造水箱，但是新技術(shù)使我們能夠為客戶提供更好的耐腐蝕性并提高工廠的效率。”

 

    提高效率對于尋求競爭優(yōu)勢的制造商至關(guān)重要。位于俄亥俄州都柏林的英力士INEOSComposites是向市場推出效率更高的新產(chǎn)品的數(shù)家樹脂供應(yīng)商之一。英力士腐蝕科學中心經(jīng)理KevinLambrych表示，英力士于2018年推出了其環(huán)氧烷乙烯基酯樹脂的Derakane™Signia™系列產(chǎn)品，該配方可提供更快的層壓板固結(jié)，更低的起泡性并減少打磨，從而適用于二次層壓。

 

    Derakane™Signia™樹脂還可以改善固化動力學。“這使制造商可以加工較厚的零件。”Lambrych說。零件固化時不會產(chǎn)生過多的熱量，因此不會翹曲，扭曲或燃燒。此外，新型樹脂還包含一種新型的蒸汽抑制技術(shù)，該技術(shù)可形成空氣活化膜，從而減少固化過程中的苯乙烯排放。Puthoff說：“從工廠和環(huán)境角度來看，這對我們都是有益的。”

 

    英力士和其他領(lǐng)先的材料供應(yīng)商在樹脂方面的進步是建立在可靠的技術(shù)基礎(chǔ)上的，這些技術(shù)使復(fù)合材料成為各種工業(yè)(從化學加工和采礦到廢水處理、紙漿和紙張)罐中的一個有吸引力的選擇。復(fù)合材料具有耐腐蝕、強度高、重量輕、柔韌性好等特點，這些都是美國東北地區(qū)的一座核電站所要求的。

 

    該核電站需要三個10,000加侖的儲罐來存儲其現(xiàn)有設(shè)施中的化學品。Plas-Tank來說，要求建造易于安裝在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中的儲罐。Plas-Tank用四個獨立的零件制造了每個圓柱形水箱-底部，兩個中間部分和頂部。2020年初，這些碎片將被運送到核電站，Plas-Tanks的員工將在現(xiàn)場將這些碎片層壓在一起。

  

    “與其他材料相比，玻璃鋼具有更大的靈活性和更多選擇。”Puthoff說。“如果您進入現(xiàn)場后發(fā)現(xiàn)了存在結(jié)構(gòu)問題，那么在現(xiàn)場進行修改非常容易。您可以切割另一個孔或在另一個位置放置配件。合金可以在現(xiàn)場進行焊接，但是復(fù)合材料不需要傳統(tǒng)的焊接方法，因此無需擔心明火或因焊接產(chǎn)生的問題。”

 

 

    法規(guī)是對油罐市場產(chǎn)生的最大影響之一。“我們所有平臺上的法規(guī)都在加強。它們是所有FRP產(chǎn)品的驅(qū)動力。”Coe說。“我們不是在推廣這些法規(guī)，但是我們也沒有反對這些法規(guī)。我們只是在滿足客戶的要求。”

 

    ZCL|Xerxes向許多行業(yè)出售地下儲罐，包括石油儲罐。2015年7月，美國環(huán)境保護署（EPA）修改了其最初于1988年采用的地下儲罐條例（聯(lián)邦法規(guī)，40CFRPart280）。該法規(guī)的目的是防止地下儲罐泄漏和污染地下水。在這些要求中，儲罐必須提供陰極保護，并且必須是雙層的，以便可以對其進行監(jiān)控。

 

    “今天，這些法規(guī)也發(fā)生在水行業(yè)中。”Coe說，“全國各地的司法管轄區(qū)都要求進行新的建設(shè)以結(jié)合水的再利用。”例如，加利福尼亞州某個規(guī)模以上的物業(yè)必須收集建筑物中水槽，淋浴和廁所中使用的水，在現(xiàn)場進行清潔，并在實施SB966后再用于沖洗廁所或灌溉土地。（該法案于2018年9月由州長布朗簽署成為法律。）

 

    加利福尼亞北部的一家社交媒體公司向ZCL訂購了5輛地下儲罐|Xerxes將其現(xiàn)場廢水處理系統(tǒng)安裝在兩個新建筑物中。目標是每天處理40,000至50,000加侖的廢物，然后將這些廢物用于公司的所有非飲用水需求，包括沖廁-這是所有營業(yè)廳中最大的用水量。

 

    ZCL|Xerxes已經(jīng)進入了另一個監(jiān)管開始發(fā)揮重要作用的領(lǐng)域——雨水業(yè)務(wù)。“雨水打在路面上，雨水打在屋頂上。”Coe說，“兩者的區(qū)別是一個有碳氫化合物，另一個沒有。雨水徑流可能包括石油、油脂、殺蟲劑、氮和其他污染物。”

 

    美國的地方政府開始頒布法規(guī)，要求在污染的水撞擊溪流、河流、湖泊或其他水源之前必須回收雨水。對雨水的關(guān)注主要集中在沿水的地區(qū)，例如大西洋和太平洋海岸線。1972年頒布的《清潔水法案》是管理水污染的主要聯(lián)邦法律。然而，它從未得到充分執(zhí)行，并繼續(xù)成為政治摩擦的根源。美國最高法院在11月審理了一個案件（夏威夷毛伊郡18-260號訴夏威夷野生動物基金會）的辯論，該案可能解決部分國家水資源法規(guī)，并對水箱行業(yè)產(chǎn)生重大影響。

 

 

    法規(guī)的意外后果是設(shè)計人員和工程師趨向于成為保守的或過度設(shè)計儲罐。Lambrych鼓勵行業(yè)專業(yè)人士成為FRP和適當設(shè)計的擁護者。他列舉了溫度要求作為一個例子：“通常（對于儲罐）會有最高工作溫度和設(shè)計溫度。當工程師將安全系數(shù)放在安全系數(shù)之上時，就存在一場掙扎。接下來您會知道，您的設(shè)計溫度對FRP或客戶運行的流程沒有多大意義。”

 

    當客戶不了解復(fù)合材料時，也會發(fā)生過度設(shè)計。PlasTanks最近為中東一家化工廠生產(chǎn)了三個直徑13英尺，長31英尺的儲罐，用于儲存鹽酸。除儲罐外，該公司還生產(chǎn)了GFRP鞍座以支撐臥式儲罐。“我們的鞍座內(nèi)部通常是空心的，但是最終用戶對使用空心鞍座感到猶豫，”Puthoff說。“他們認為支撐不夠，因此我們在馬鞍上填充了樹脂以提供額外的強度特性。它不是必需的支持，但這一設(shè)計將使最終用戶放心。”

 

    根據(jù)克拉克森的經(jīng)驗，當儲罐發(fā)生故障時，通常不是材料或結(jié)構(gòu)上的問題。他說：“人們在玻璃鋼上遇到的許多問題都與儲罐在工廠中的安裝方式以及發(fā)生的事情有關(guān)，例如過程異常，溫度波動或壓力峰值”。

 

    在設(shè)計過程中與設(shè)計師和工程師攜手合作，除了減少過度設(shè)計外，還可以幫助解決過程異常和其他現(xiàn)場故障。克拉克森說：“對于制造商來說，真正向最終用戶詢問他們的過程控制是值得的。”例如，如果制造商要求客戶全面說明將在何處使用該儲罐，以及如何使用該儲罐，則他們可能會提供設(shè)計建議，以解決溫度偏差、壓力峰值和其他問題的潛在問題。

 

    克拉克森說：“由于有人在設(shè)計階段做了捷徑，所以發(fā)生了許多失敗或接近失敗的事件。”設(shè)計良好，制造精良的FRP儲罐幾乎可以免維護，使用壽命長達數(shù)十年。“復(fù)合儲罐可以使用很長時間，甚至可以使用更長的時間。但是我們非常需要在全球范圍內(nèi)就適合的服務(wù)以及儲油罐的使用壽命提供良好的建議。”

 

 

    促進復(fù)合材料在坦克市場上的應(yīng)用的最好方法是讓行業(yè)專家與他們的同行，以及工程師、設(shè)計師、顧問和市場上的其他人一起工作。Schoessel和Puthoff都是一個小組的成員，該小組每年開兩次會，討論美國機械工程協(xié)會(AmericanSocietyofMechanicalEngineering)關(guān)于加強型熱固性塑料容器的RTP-1標準。該小組就最終用戶的需求進行公開討論，成員可以在討論中分享想法。它還有一個專門負責營銷的小組委員會，該委員會正計劃召開一次會議，對工程師們進行FRP罐的培訓。

 

    “與工程公司合作非常重要，因為最終他們是我們必須遵守的規(guī)范編寫者。”Puthoff說。“我們需要對它們進行復(fù)合材料、合金和其他材料的教育。”英士力INEOS致力于通過其腐蝕科學中心（CSC）對工程師以及行業(yè)合作伙伴進行培訓。CSC的目標是提高FRP復(fù)合材料在耐腐蝕應(yīng)用中的可用性和獲利能力。其與FLSmidth＆Co.等工程公司舉辦多類型的學習活動，就維護FRP設(shè)備和確定第三方檢查員等話題分享建議。

 

    最終，共享想法和知識，而不是一直對專業(yè)知識保持沉默，不是在各個孤島中工作，這樣才將使整個復(fù)合材料行業(yè)受益。