工程學(xué)教授杰夫·克拉克森（GeoffClarkson）并未制造復(fù)合儲(chǔ)罐，但他對(duì)使這種儲(chǔ)罐持久耐用的知識(shí)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(yàn)服務(wù)。多年來，他使用公司的UltraAnalytix™無損檢測(cè)系統(tǒng)評(píng)估了數(shù)十個(gè)FRP儲(chǔ)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(jì)師、制造商和組成材料供應(yīng)商的預(yù)測(cè)。這真的是一個(gè)很好的結(jié)果。”尤其是該公司檢查過的最古老的儲(chǔ)罐——一個(gè)62年歷史的儲(chǔ)罐，它在加拿大魁北克的一家金屬加工廠儲(chǔ)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(qǐng)來了UTComp公司進(jìn)行超聲波分析，結(jié)果顯示，該儲(chǔ)罐在腐蝕性很強(qiáng)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(chǔ)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(chǔ)罐中FRP的使用所采用的眾多標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)，材料和技術(shù)也取得了巨大進(jìn)步。但是復(fù)合材料的壽命仍然是其最強(qiáng)的賣點(diǎn)之一。

 

 

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

 

    FRP是良好的耐腐材料，對(duì)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(hù)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(shí)超高溫情況下，是理想的熱防護(hù)和耐燒蝕材料，能保護(hù)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(jì)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(chǔ)罐設(shè)計(jì)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(qiáng)材料來高速玻璃鋼貯罐及非標(biāo)裝置的物理化學(xué)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(jì)來調(diào)整罐體的承載能力，制成不同壓力等級(jí)或某些特殊性能的玻璃鋼貯罐及非標(biāo)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(chǎng)中，大多數(shù)水箱都是由混凝土、玻璃纖維增強(qiáng)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(zhǎng)。

 

    隨著HDPE技術(shù)的發(fā)展，地上儲(chǔ)罐市場(chǎng)在20年前發(fā)生了變化。隨著材料變得越來越強(qiáng)，市場(chǎng)的一部分做出了經(jīng)濟(jì)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(chǔ)罐。

 

    儲(chǔ)罐行業(yè)的另一個(gè)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(chǔ)存腐蝕性更強(qiáng)或壓力更高的高溫氣體或液體的儲(chǔ)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(dòng)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(jìn)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?yàn)榭蛻籼峁└玫哪透g性并提高工廠的效率。”

 

    提高效率對(duì)于尋求競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)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(chǎng)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(xué)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(dòng)力學(xué)。“這使制造商可以加工較厚的零件。”Lambrych說。零件固化時(shí)不會(huì)產(chǎn)生過多的熱量，因此不會(huì)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(duì)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(jìn)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(xué)加工和采礦到廢水處理、紙漿和紙張)罐中的一個(gè)有吸引力的選擇。復(fù)合材料具有耐腐蝕、強(qiáng)度高、重量輕、柔韌性好等特點(diǎn)，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(gè)10,000加侖的儲(chǔ)罐來存儲(chǔ)其現(xiàn)有設(shè)施中的化學(xué)品。Plas-Tank來說，要求建造易于安裝在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中的儲(chǔ)罐。Plas-Tank用四個(gè)獨(dú)立的零件制造了每個(gè)圓柱形水箱-底部，兩個(gè)中間部分和頂部。2020年初，這些碎片將被運(yùn)送到核電站，Plas-Tanks的員工將在現(xiàn)場(chǎng)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(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)后發(fā)現(xiàn)了存在結(jié)構(gòu)問題，那么在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行修改非常容易。您可以切割另一個(gè)孔或在另一個(gè)位置放置配件。合金可以在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)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(dān)心明火或因焊接產(chǎn)生的問題。”

 

 

    法規(guī)是對(duì)油罐市場(chǎng)產(chǎn)生的最大影響之一。“我們所有平臺(tái)上的法規(guī)都在加強(qiáng)。它們是所有FRP產(chǎn)品的驅(qū)動(dòng)力。”Coe說。“我們不是在推廣這些法規(guī)，但是我們也沒有反對(duì)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(chǔ)罐，包括石油儲(chǔ)罐。2015年7月，美國環(huán)境保護(hù)署（EPA）修改了其最初于1988年采用的地下儲(chǔ)罐條例（聯(lián)邦法規(guī)，40CFRPart280）。該法規(guī)的目的是防止地下儲(chǔ)罐泄漏和污染地下水。在這些要求中，儲(chǔ)罐必須提供陰極保護(hù)，并且必須是雙層的，以便可以對(duì)其進(jìn)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(jìn)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(gè)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(chǎng)進(jìn)行清潔，并在實(shí)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(zhǎng)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(chǔ)罐|Xerxes將其現(xiàn)場(chǎng)廢水處理系統(tǒng)安裝在兩個(gè)新建筑物中。目標(biāo)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(jìn)入了另一個(gè)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(gè)有碳?xì)浠衔?，另一個(gè)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(duì)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(gè)案件（夏威夷毛伊郡18-260號(hào)訴夏威夷野生動(dòng)物基金會(huì)）的辯論，該案可能解決部分國家水資源法規(guī)，并對(duì)水箱行業(yè)產(chǎn)生重大影響。

 

 

    法規(guī)的意外后果是設(shè)計(jì)人員和工程師趨向于成為保守的或過度設(shè)計(jì)儲(chǔ)罐。Lambrych鼓勵(lì)行業(yè)專業(yè)人士成為FRP和適當(dāng)設(shè)計(jì)的擁護(hù)者。他列舉了溫度要求作為一個(gè)例子：“通常（對(duì)于儲(chǔ)罐）會(huì)有最高工作溫度和設(shè)計(jì)溫度。當(dāng)工程師將安全系數(shù)放在安全系數(shù)之上時(shí)，就存在一場(chǎng)掙扎。接下來您會(huì)知道，您的設(shè)計(jì)溫度對(duì)FRP或客戶運(yùn)行的流程沒有多大意義。”

 

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

 

    根據(jù)克拉克森的經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)儲(chǔ)罐發(fā)生故障時(shí)，通常不是材料或結(jié)構(gòu)上的問題。他說：“人們?cè)诓Ａт撋嫌龅降脑S多問題都與儲(chǔ)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(dòng)或壓力峰值”。

 

    在設(shè)計(jì)過程中與設(shè)計(jì)師和工程師攜手合作，除了減少過度設(shè)計(jì)外，還可以幫助解決過程異常和其他現(xiàn)場(chǎng)故障?？死松f：“對(duì)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(chǔ)罐，以及如何使用該儲(chǔ)罐，則他們可能會(huì)提供設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)良好，制造精良的FRP儲(chǔ)罐幾乎可以免維護(hù)，使用壽命長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年。“復(fù)合儲(chǔ)罐可以使用很長(zhǎng)時(shí)間，甚至可以使用更長(zhǎng)的時(shí)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(chǔ)油罐的使用壽命提供良好的建議。”

 

 

    促進(jìn)復(fù)合材料在坦克市場(chǎng)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(jì)師、顧問和市場(chǎng)上的其他人一起工作。Schoessel和Puthoff都是一個(gè)小組的成員，該小組每年開兩次會(huì)，討論美國機(jī)械工程協(xié)會(huì)(AmericanSocietyofMechanicalEngineering)關(guān)于加強(qiáng)型熱固性塑料容器的RTP-1標(biāo)準(zhǔn)。該小組就最終用戶的需求進(jìn)行公開討論，成員可以在討論中分享想法。它還有一個(gè)專門負(fù)責(zé)營銷的小組委員會(huì)，該委員會(huì)正計(jì)劃召開一次會(huì)議，對(duì)工程師們進(jìn)行FRP罐的培訓(xùn)。

 

    “與工程公司合作非常重要，因?yàn)樽罱K他們是我們必須遵守的規(guī)范編寫者。”Puthoff說。“我們需要對(duì)它們進(jìn)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(xué)中心（CSC）對(duì)工程師以及行業(yè)合作伙伴進(jìn)行培訓(xùn)。CSC的目標(biāo)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(xué)習(xí)活動(dòng)，就維護(hù)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(shí)，而不是一直對(duì)專業(yè)知識(shí)保持沉默，不是在各個(gè)孤島中工作，這樣才將使整個(gè)復(fù)合材料行業(yè)受益。