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PVC/FRP复合管道在纯碱行业的应用
 

、引言:

腐蚀现象遍及所有的经济和生活领域,具有广泛性和复杂性,且具有一定的破坏作用,其直接和间接的经济损失十分惊人。据统计,在每10吨钢铁中就有约3吨因腐蚀而报废,其中1吨变成铁锈,因腐蚀而造成的经济损失,占国民生产总值的1%~3.5%,美国1975年的直接损失高达4%,而我国在“八五”期间的损失,每年也高达4%,因腐蚀每年给人类带来的损失为其它自然灾害之和的6倍,遥居自然灾害的首位。因此,国家正明确提出在“十五期间要使腐蚀造成的损失由4%降到3%,这样每年可挽回几百亿的经济损失。所以,防腐蚀是一项极有经济效益和社会效益的工作,尤其在实现集约化社会的今天更加显得重要。

二、 氯碱行业的腐蚀概述:

从索尔维制碱法工业化起,纯碱工业的绝大部分设备都是采用钢铁材料,而灰铸铁制设备使用寿命比碳钢设备长。因此,不论庞大的塔器、热交换器、输液管道、泵、阀均采用铸铁材料。不仅如此,直到120多年后的今天,纯碱工业仍然是铸铁材料大用户之一,它所采用的铸铁总数量远远超过其它任何重化学工业。然而从纯碱工业应用铸铁材料的现状来看,特别是输液管道、管件、铸铁并非唯一的材料,在使用上暴露了一系列问题。如铸铁笨重、耐腐蚀差、铸造缺陷很难完全避免、使用寿命短、易泄漏、维修工作量大、不能保证稳定生产。因此,铸铁能否继续作为主体材料存在是值得探讨的。

从纯碱厂的生产工艺和腐蚀性介质来分析,其输液管道的腐蚀破坏类型有以下几种:均匀腐蚀、石磨化腐蚀、冲刷磨损腐蚀、孔蚀和电化学腐蚀。其中最为特出的为冲刷磨损腐蚀和电化学腐蚀。因为在工艺流程中,由于腐蚀流体和金属表面间的相对高速运动,导致金属的加速破坏,它是腐蚀与磨损、化学作用与机械作用共同或交替进行的结果,因此其腐蚀剧烈程度远远超过单一的腐蚀过程。因为由于高速和湍流状态损腐蚀就会显得更加严重。另外,由于铸铁材料金相结构上的非均一性,再加上被输送的液体都是一个共同的特点,那就是它们都是强电介质,加上高速流动的原的液体,若其中还含有固体(结晶、污泥等)和空气泡的存在,冲刷磨因,非常有利于电化学腐蚀的进行。同时,由于原料气中都含有大量的氧气,经过激烈的气液碰撞,必然会有相当的氧溶解在液体中,促使和加剧铸铁的氧化腐蚀,从而导致液体或产品中的Fe3+成倍或多倍地增加,使纯碱产品呈灰红或红色,产品纯度下降。这说明氧是促使和加剧碱厂各种液体腐蚀的主导因素之一。由于上述几种主要的腐蚀现象的同时存在,给碱厂日常生产带来了诸多的危害,必须寻求一种新材料取代之。

三、 PVC/FRP复合管道的基本性能:

综上所述,结合我国纯碱工业现状,及目前国内外防腐新材料、新品种的种类繁多。参考国外同行的经验,认为碱厂输液管道采用新型复合材料最为理想,尤其以PVC/FRP复合管道最为理想。因为,该管道是由硬聚氯乙烯管作内衬,采用缠绕或手糊成型工艺,在其外部包覆一层玻璃钢所制作的一种复合体。其中间采用有双亲成份的特殊粘接剂为界面过渡层,以使PVC与玻璃钢能复合一体,共同承受载荷,以克服由于两种材料热胀系数不同而产生的应力,它综合了聚氯乙稀的优良耐腐蚀性、耐磨性以及玻璃钢的轻质高强、耐温、耐候、耐腐蚀性等优点。其主要优点可归纳如下:

1.良好的耐腐蚀性

硬质PVC管具有优良的耐酸、碱、盐及部分有机溶剂的腐蚀性能。外部玻璃钢也具有良好的耐腐蚀性能(可减少外腐蚀)。这些优点可以使复合管道在输送腐蚀性介质时,比普通钢管或铸铁管,提高使用寿命几倍至几十倍。

2.良好的耐热性和抗老化性:

硬质PVC管的使用温度,一般不超过60℃。经玻璃钢复合增强后,可提高到8085℃。PVC的老化,主要受紫外线的照射所致,而经玻璃钢包覆后,阻隔了紫外光的直接照射;同时,玻璃钢层的抗老化性能特别优良,一般条件下,老化寿命达15年以上。

3.承压高

由于玻璃钢层的增强,使复合管能承受较高的内压,且可根据使用条件重新设计强度。

4.水力特性好

与其它管道相比,PVC管的内壁非常光滑,对流体的阻力较小,具有良好的耐水冲刷和气流冲击性能。且不容易结垢,能够大大降低输送过程中的能量消耗,与铸铁管相比,节能效果约为38%左右

几种管道的绝对粗糙度对比情况见下表:

常用管材的绝对粗糙度

管材类型

绝对粗糙度 /mm

PVC/FRP复合管

0.0070.008

无缝钢管

0.23

铸铁管

0.26

纯玻璃钢管

0.02

混凝土管

0.502.00

5.轻质高强

PVC/FRP复合管的质量密度,只有1.55/CM31.7/CM3,是钢管的1/41/5,但其机械强度很高,其比强度甚至高于普通钢管。

6.良好的热绝缘性:

PVC/FRP复合管的热传导率,只有0.15W/M·K0.25W/M·K

是钢管的二百分之一至三百分之一。

7.热膨胀率小:

由于玻璃钢的制约作用,因而可使复合管的热膨胀率大大降低,

其膨胀系数只有(3235X10-5/℃与铝合金较为接近。

8.无电化学腐蚀现象:

在复合管的组成中,无论是PVC管或是玻璃钢,都是良好的绝缘体,将不会发生电化学腐蚀的现象。

9.运输安装方便:

由于复合管的重量比较轻,因而有利于管道支架的制作,及管道的安装和运输。

10.经济性:

从材料费、施工费和日常维修费及外腐蚀处理等综合情况来看,该类管道是目前在碱厂使用中最为经济的一种。虽一次性投资较铸铁管高了些,但比钢衬橡胶管或不锈钢管还经济了许多,它可以大大降低因停车检修或爆管带来的损失。因此从长期来看,还是非常经济的。

四、 PVC/FRP复合管的应用:

纯碱生产过程中的介质主要有:精制盐水、蒸馏冷凝液、氨盐水、碳酸化取出液、中和水、母液、碱液等。由于这些介质,在工艺流程中的温度大部分<85℃,压力大部分<0.8PMa故均适合采用PVC/FRP复合管来输送。

据有关资料介绍,国外纯碱行业,早在60年代已经在开始使用PVC/FRP复合管或钢衬聚丙烯管,且综合效果相当理想。我国耐腐蚀材料、产品的开发起步较晚。因此,我国纯碱厂中,采用非金属耐腐蚀材料的企业为数不多。到90年代初开始有少量企业试用部分非金属耐腐蚀管道和 PVC/FRP复合管道。但绝大多数企业由于传统观念及企业资金状况等原因,未能得到广泛应用,仍然在采用铸铁管道。我们从唐山碱厂、山东海化公司纯碱厂和连云港碱厂几年来在中和水、氨盐水、热母液输送管线使用的PVC/FRP复合管道的情况来看,可充分说明选用该管道是明知的,方向是正确的。且使用效果良好,装置运行正常,解决了以

前使用铸铁管所带来的一系列腐蚀磨损问题,减少了日常维修工作量,日常维修费用呈下降趋势,同时也降低了纯碱产品中的Fe3+的含量,提高了纯碱产品的质量。这充分说明PVC/FRP 复合管道,应用于纯碱行业输送管道,取代传统的铸铁管道,无论从技术上或经济上均是可行并且有益的。

五、 存在缺陷:

由于PVC/FRP管道它毕竟是非金属材料,肯定会存在它的不足之

处,虽然,它的线胀系数比其它纯塑料管道降低了不少,但在使用温度较高的场合停车后开车初时法兰密封处有“挂鬚”现象,但只要再次拔紧螺栓或运行一段时间后就会停止“挂鬚”。造成该缺陷的主要原因是PVC/FRP管道内衬PVC层的厚度偏大而造成,因为它虽经玻璃钢复合后制约了部分热线胀力,但由于它的厚度大于玻璃钢层(直管),因此,在工作温度较高时还难免出现热线胀现象。要减少此缺陷的唯一办法就是减薄内衬PVC管的厚度使得玻璃钢层厚度大于或等于PVC管厚度,因为玻璃钢的线胀系数相对要小些(1.2×105/℃)。然而,由此给使用单位带来了使用寿命方面的不足,因内衬PVC管厚度降低,它的耐冲刷磨损的时间也就缩短了,产品使用寿命相对降低。因此,目前解决该缺陷的方法,只有建议用户在安装时要增加软接头(或膨胀节)以此来降低或消除热线胀现象。另外,在法兰密封垫的选材方面应该改变原有的思路,据我们了解,目前大部分碱厂所选用的法兰橡胶垫都为最普通的材质,其耐老化性能很差,与复合管道实际使用寿命不同步。特别是当你使用了一定时间后,橡胶垫早已老花,当复合管道因温度变化产生热胀冷缩现象后,再次把紧螺栓时该法兰垫就不能起到密封作用了,所以,“挂鬚”现象依然存在。这就是留给我们今后去努力的目标。

六、 结束语:

减少腐蚀危害,促进经济发展,创建集约形社会,是我们的共同追求,三方复合材料公司将不断开拓化工防腐蚀的技术进步,为化工防腐蚀事业的发展作出新的贡献。

 
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