复合材料在防腐领域应用

复合材料在防腐领域应用

赵华东

重庆市地矿测绘院有限公司 400010

摘要：复合材料是一类先进的耐腐蚀复合材料,能够用作器皿内胆层,广泛应用于在强酸、碱介质的生产体系中,采用了先进的旋转滚涂法施工技术,将金属材料粘附于器皿内部,然后再进行各种工艺处理和严密的化学检测,最后再使用在整个生产体系中,能够取得极好的防腐蚀效果。

关键词：复合材料；防腐；应用效果

　　载体是石化行业生产体系中最主要的构成部分,具备着反应、隔离、换热、贮存等功能,其工作环境一般较差,通常必须经受特定的压强、高温、疲劳冲击和介质的侵蚀,如果防腐处理不良,容易出现断裂、变色、渗漏等状况,给整个工业生产体系造成危害,甚至给国民经济带来巨大损失。器皿的制造费用通常都相当高昂,制作过程很复杂,周期较长,而且经常无法运输和更换,它的工作性能和寿命在极大限度上威胁了整个生产线的正常工作,而威胁器皿寿命的最主要原因便是器皿的内防腐,所以一定要加以注意。

　　在没有受酸、碱等介质侵蚀的系统中,可针对各种介质、工作温度、压强、疲劳负荷等要求选用适当容器材料,防腐蚀工作也比较简单。但在酸、碱性等介质或强腐蚀性环境中,如果单纯依靠改变容器本身的材料,很可能解决不了问题。在实际生产中,我们综合考虑材料的成本、特性、安全、质量使用寿命、生产是否方便等诸多原因,也可以选择普通的碳素结构钢作容器材料外壳,在内里使用金属衬塑或衬胶等结构材料作防腐层。通过这种方法既保证了容器材料的硬度符合产品设计要求,而且又提高了内衬层的耐腐性,也减少了生产成本,从而减少了制造周期。在实际的石油化工产品中也被广泛应用。以下文章将详尽说明复合材料及其在实际产品中用作容器内衬层防腐的运用。

1. 材料介绍

复合材料是指一类由乙炔、丙烯、丁腈等均聚物所组成的生物改性复合物,耐腐蚀、防静电、无毒、硬度高、刚性好,是目前最合理的生物耐腐蚀复合材料一类。由于聚烯烃是乙炔、丙烯与丁烯共聚而成的一类烯烃共聚物,所以其不但保留了乙炔、丙烯的耐腐蚀性能,而且具有优异的耐热性、耐冲击和电绝缘特性。它还解决了单体材料组成的缺陷,具有聚乙烯优异的热弹性和耐低温性能、聚丙烯较高的融化工作温度、聚丁烯优异的热和光下的化学稳定性。它还解决了聚四氯乙烯衬料管法兰翻边不平服,聚丙烯衬料管法兰口翻边时易歪斜受损或焊口不牢靠等问题,还解决了聚乙烯和聚丙烯与金属材料间结合时硬度较差的缺陷,有很强粘结力,可和金属材料牢固的融合在一起。所以,用它做衬料的机械设备、管道和管件都能够耐高温真空,真空度最高可达到-0.098MPa。并且,由于很高的热结合体,极大地控制了它由于冷热变形时所产生的压缩和伸长,因此滚涂复合材料的机械设备、管道和管件都没有因压缩和膨胀而产生损伤,从而保证了设备的长久稳定使用。

复合材料对盐酸、稀硫酸、氢氟酸、碱和盐水溶液等均具备优异的抗氧化性,在防腐蚀性领域仅次于聚四氟乙炔,不耐浓硝酸、含量约为百分之七十的硫酸钬、百分之五十的硝酸、百分之八十五的磷酸等,对普通酸、碱、盐类和有机溶剂等的耐腐蚀性能均优异,适合于腐蚀气体、液体以及固液、浆液介质。

2. 复合材料内衬层施工工艺

　　内衬施工技术通常采取热融旋转成形工艺,或滚塑方式。首先将原物料通常粉碎为细粉末,在容器内部进行喷砂除锈等处理,以达到所规定的除锈等级。利用高温下和容器内N向、S向的转动,使复合材料在热力环流中熔化、流动,并均匀分布地滚涂在工件以及机械设备的内壁上,相互交织热融合,经高温冷却后牢固地聚结于机械设备内壁表层上,整体硬度好,且不脱层,在较小的负压条件下也可长时间应用。可代替不锈钢、玻璃钢、衬铅、钛、搪瓷、橡皮等相关产品,并可机械加工成各种非标件的内衬,以及生产各种型号的金属管件和各种化工设备等。其产品价格相对便宜,且容易成形,因此广泛应用于大型容器机械设备和复杂异型制件上。如果有特殊技术条件或耐很大的高负压工作环境,可在设备内部点焊工艺用钢丝网做骨架,同时钢丝网也必须进行喷砂除锈处理,按上述的施工工艺进行热滚塑工艺成型,钢丝网将与材料熔为一个完整结构,且不易脱落,在结合的质量等各方面稳定性也将大大提高。

必须注意的是,若待衬面为均匀平滑的曲面或平面,结构突棱处和角焊缝必须采取大圆形过渡,且圆角设计零点五径不得低于五mm。而容器内件在工程设计中,也必须尽量优化产品设计,内件的凸出组成部分不能过长,通常不宜大于200~300mm,又或者因为使用了旋转滚塑方式,过长的组成部分可能会衬不平整或衬层厚度不足,从而影响整体防腐蚀效果。较大容积的内件,通常都为非标件,因此必须独立制作衬层,而在设计时,除了符合规范的相关条件之外,还需要充分考虑滚塑防腐施工的可行性,可设定为可拆除的固定螺栓联接型式,以便于独立制作耐腐蚀衬层。使用固定螺钉联接时,螺钉联接孔也必须按容器同等条件作衬层,螺钉联接的选用必须按照介质及工作情况去确定,如较小冲击载荷,可以设计使用塑料螺栓,如负载很大,则可以设计金属螺钉,螺栓联接要按易损件处理,要便于定时更新和保养。

容器内衬层通过滚塑法砌筑的最少墙厚一般为3~8mm,翻边面部分衬里层最少墙厚不得低于筒体部分墙厚的百分之八十,其中厚薄按照设计要求制定,满足了设计文件的规定,内衬层厚薄宜一致,最大厚度允许误差部一般限制为衬板墙厚的±百分之五,最薄部也不能小于给定厚薄的百分之九十。

3. 检验

3.1外观检查

壳体的所有安装都在衬板施工时进行,衬板安装完工后,不准再动火施工。受衬容器应外表颜色一致,光滑平顺,无龟裂、分层、污物和瑕疵,无凹凸斑点,锈斑,氧化皮以及其他突出物质,且圆弧过渡部位要圆润,每个受衬角头部位均为圆形过渡,且角头内切圆零点五径不得低于3mm。

衬板的外表一定要光洁,质地平整,不允许出现裂缝,气泡分层和影响制品稳定性的其他问题,法兰要衬至整个密封面,衬板层应该均匀光滑且颜色一致,无压扣和泛白的问题。

3.2耐压试验

外观检验合格后应进行耐压范围测试,实验压力必须为设定压力的一点二五倍,保压试验持续时间不得低于三十分钟,设备无外漏、衬板无渗漏和开裂迹象。具体的测试过程按照有关标准进行。无负压条件下的产品,一般不要求进行负压测试,但如果有条件时,也必须进行负压测试,并按照设计规定的真空度进行抽最大真空度测试,一般持续约一小时。在负压测试期间不应明显的变形或塌陷,测试后衬板层也不应影响研究、脱面、吸扁等现象。

3.3电火花试验

经外观检验合格、耐压测试合格后的PO衬板,要通过高频电火花检漏仪完成百分之一百检验。电火花试验也是所有PO衬板设备出场的必检工作,以确保产品质量和应用的安全性。其实验原理为用电火花检测器的探头向塑料衬板上施以一规定的电流,当衬料若有断裂等问题时便会被额定电流所击穿并产生短路保护,电火花检测器也将会放出声音或火花等报警信号。测试仪器设备一般为5~20kV电火花检测器,准确度一般为±百分之三,如成品直径较长,且电火花检测器的探针不够长时,可采用加长杆,如成品体积很大,采用耙型探针。

4. 结语

复合材料是目前最理想的耐腐蚀衬层材料之一,具有优异的抗氧化功能、硬度、刚性、尺寸稳定性,和与金属很好的连接强度,其最主要的优点是既能耐负压,但又具有较强的抗渗透性,而且其造价也相对便宜,材料容易成形,而且生产技术也相对完善。所以用于防腐蚀的化工设备衬料、大型容器设备材料、密封件、水泵、阀门、管道、管附件和复杂异型制件等的生产制造领域,特别是在酸、碱等腐蚀性场合中具有广阔的使用市场和良好的发展前景。但它也存在着一定缺点,耐疲劳的稳定性远低于不锈钢及金属板材,因此对于要求高抗疲劳性冲击的场合,就必须进行进一步分析研究,以全面掌握制造厂所的材质特性,并慎重应用。在耐腐蚀性能、耐温和耐压性能,不及聚四氟乙烯和其他氟塑料。在具体施工时,必须综合考虑工艺、时间、材料等多种原因,按照工程设计和技术要求,以便选用最适宜的材质和施工技术。

参考文献

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［2］张皓然, 徐淑艳, 卢晓玉,等. 氮化硼复合材料在包装领域应用的研究进展[J]. 包装工程, 2021, 42(3):54－61.