Sử dụng nhựa cốt sợi thủy tinh trong nhà máy điện

Thay thế các vật liệu truyền thống

Trên thế giới, FRP xuất hiện như là một loại vật liệu kết cấu sau Thế chiến 2. Trong những năm 50 của thế kỷ trước, các ngành công nghệ hoá chất và tẩy trắng bột giấy bắt đầu sử dụng FRP gốc polyster thay cho các vật liệu đắt tiền hơn nhưng kém chịu hoá chất hơn như hợp kim, thép lót cao su và gỗ. Trong những năm 1960 xuất hiện nhựa epoxy vinyl ester. Các loại nhựa mới làm tăng thêm tuổi thọ của FRP do tăng khả năng chịu hoá chất và độ cứng. Sự xuất hiện của nhiều loại nhựa khác, kể cả epoxy vinyl ester chịu nhiệt độ cao, không chỉ tăng cường tính ứng dụng của FRP trong các lĩnh vực công nghiệp kể trên mà còn mở đường cho sự xâm nhập của nó vào trong các ngành công nghiệp phát điện và kiểm soát môi trường.

FRP bắt đầu được sử dụng trong nhà máy nhiệt điện từ những năm 1970 và dần dần thay thế các vật liệu truyền thống. Ứng dụng hay gặp nhất của FRP là làm đường ống công nghệ trong hệ thống khử lưu huỳnh (FGD) công nghệ ướt. Các ứng dụng khác bao gồm các đường ống dẫn khói lò và lớp lót trong ống khói, tháp hấp thụ (hệ thống FGD), máng cáp, mái che băng tải, tháp làm mát, đường ống, bơm, bể chứa, bể cô đặc bùn và phin lọc chân không. Với lớp lót chịu mài mòn, ống FRP làm từ nhựa epoxy vinyl ester Derakane 411 và Hetron 922 của công ty Asland đã được sử dụng cho trên 150 nhà máy điện tính từ năm 1972.

Ở Bắc Mỹ, FRP được sử dụng nhiều nhất để làm vật liệu lót ống khói và ống dẫn khói. Từ năm 1977 đến 2005 đã có nhiều ống khói được lót bằng FRP, hầu hết đến nay vẫn còn làm việc. Năm 2006, 63 hợp đồng lót trong ống khói đã được ký kết cho 49 nhà máy điện, với tổng diện tích lót trên ba triệu foot vuông. Đây là khối lượng FRP lót ống khói lớn nhất trong lịch sử công nghiệp phát điện. Một khối lượng FRP lớn chưa từng thấy cũng được sử dụng làm đường dẫn khói sau xử lý đến các ống khói được lót trong 63 hợp đồng nói trên.

Nhu cầu FRP làm bể tháp hấp thụ và các bộ phận bên trong của tháp lớn hàng thứ ba trong nhà máy điện. Bể tháp hấp thụ làm bằng FRP hay gặp nhất là bể phản ứng sục khí (JBRs). Đây là một thiết bị của quá trình khử lưu huỳnh bằng sữa đá vôi nơi xảy ra các phản ứng hoá học tạo ra thạch cao. Tháp khử lưu huỳnh của một nhà máy điện trên sông Ôhaiô bắt đầu vận hành tháng 6 – 2007 là một trong những tháp hấp thụ lớn nhất ở Bắc Mỹ. Bể phản ứng của tháp này đường kính 88 foot và cao 77 foot (1 foot = 0,3m). Nhiều bộ phận bên trong của bể phản ứng cũng được làm từ FRP, kể cả trục các cánh khuấy.

Tháp giải nhiệt nước tuần hoàn cũng có thể sử dụng FRP. Hiện tại gỗ vẫn là vật liệu chủ đạo, nhưng FRP đã nhanh chóng trở thành loại vật liệu được chọn. Lý do chủ yếu là các cấu trúc bằng FRP được kỳ vọng là có tuổi thọ làm việc gấp đôi gỗ (trên 50 năm so với 25 năm). FRP ít hoặc không cần bảo dưỡng trong toàn bộ tuổi đời làm việc trong khi gỗ thường yêu cầu khối lượng công việc bảo dưỡng đáng kể. FRP không bị thoái hoá bên trong hoặc bị tấn công bởi vi sinh vật và có thể chịu được mọi loại hoá chất nếu như chọn đúng loại nhựa. Các bộ phận kết cấu bằng FRP có thể được sản xuất với chiều dài 60 foot hoặc dài hơn, nên chi phí nhân công được giảm bớt so với ván gỗ (ván gỗ thường phải nói các đoạn dài 20 foot với nhau).

Các bể chứa hoá chất và nước thải là các ví dụ khác về việc sử dụng FRP trong nhà máy điện. Hàng chục bể làm bằng nhựa Hetron 980 đã được lắp đặt tại một nhà máy điện tại vùng Đông Bắc (Mỹ). Các bể này chứa nước thải nóng và có nhiệt độ thiết kế 200 ⁰F khoảng (80 ⁰C).

Sự lên ngôi của FRP được giải thích là do vật liệu này có rất nhiều ưu điểm được thừa nhận như giá thành rẻ, yêu cầu bảo dưỡng sửa chữa thấp, khối lượng thấp và sử dụng thuận tiện. Ngoài ra còn một lý do quan trọng khác, đó là sự tăng giá mạnh của nikel trong những năm gần đây. Nhu cầu thép không gỉ toàn cầu ở mức cao kỷ lục đã đẩy giá nikel tăng mạnh năm 2006 và trong nửa đầu năm 2007, từ 15 lên đến 24 đô la Mỹ một pound (1 pound = 0,453 kg). Hệ quả là các loại vật liệu truyền thống chứa nikel dùng trong các nhà máy điện đã trở nên đắt đỏ hơn do nguồn cung khan hiếm. Ngược lại, giá FRP giữ ở mức tương đối ổn định và nguồn cung đáp ứng được nhu cầu hiện tại. Các vật liệu khác sử dụng cho hệ thống khử lưu huỳnh (FGD) có thể cạnh tranh về giá với FRP, nhưng thực tế đã chỉ ra rằng chúng cần phải bảo dưỡng nhiều hơn, nên chi phí vòng đời cao hơn.

Chi phí thấp

Tại Bắc Mỹ, tổng chi phí lắp đặt của FRP nằm trong khoảng 125 đến 150 đô la Mỹ một foot vuông (có thể thay đổi ở nước khác). Giá này là rất cạnh tranh so với thép các bon lót cao su hoặc gạch axít (xem bảng) và rẻ hơn thép cacbon phủ hợp kim, mặc dù FRP đắt hơn thép cacbon phủ nhựa, chi phí vòng đời của nó lại thấp hơn thép cacbon phủ nhựa và các vật liệu khác nêu trong bảng.

So sánh cho phí các vật liệu chế tạo thân tháp hấp thụ (hệ thống khử lưu huỳnh)

Nhiệt độ và áp suất cũng là các thông số cần phải được xem xét trong các hệ thống sử dụng FRP. Trong các thiết bị của nhà máy điện làm việc với khí và hơi, giới hạn nhiệt độ làm việc của FRP là 380 ⁰F trong hầu hết các trường hợp. Tuy nhiên, với khí khô nhiệt độ làm việc có thể đến 600 ⁰F trong thời gian ngắn. Đối với hầu hết các môi trường chất lỏng, giới hạn nhiệt độ vận hành là 210 ⁰F. Trong các vùng lúc nóng lúc ướt, FRP lót bằng khối bôrôsilicát có thể làm việc ở nhiệt độ đến 500 ⁰F.

Thông số khác cần xem xét là áp suất. Giới hạn áp suất làm việc đối với hầu hết các thùng chứa, tháp hấp thụ và các bình bể khác là 15 pao/ inch vuông. Bình bể áp lực đường kính nhỏ hơn có thể làm việc ở áp suất đến 50 pao/ inch vuông tuỳ theo chiều dầy. Giới hạn áp suất làm việc của đường ống bằng FRP là 150 pound/ inch vuông (1 inch = 2,54 cm).