在生产过程中, 工艺介质含有烧碱、盐酸、次氯酸钠、氯气、氯化氢等腐蚀性液体和气体, 因其化工生产行业的特殊性, 对生产中使用的过程检测仪表及过程控制仪表都有明确的规范、标准, 对于选用何种材质、形式的阀门更是有很高的要求, 因此如何选用适合复杂工况的阀门对提高氯碱工业生产控制的安全性、可靠性有很重要的意义。
1 陶瓷材质的特性及应用
陶瓷材料是用天然或合成化合物经过成形和高温烧结制成的一类无机非金属材料, 按其特性和用途可分为2大类即结构陶瓷和功能陶瓷。结构陶瓷是指能作为工程结构材料使用的陶瓷, 它具有高强度、高硬度、高弹性模量、耐高温、耐磨损、抗热震等特性;结构陶瓷大致分为氧化物系、非氧化物系和结构用陶瓷基复合材料。功能陶瓷是指具有电、磁、光、声、超导、化学、生物等特性, 且具有相互转化功能的一类陶瓷。陶瓷材料在工艺生产领域中的应用越来越多, 具有高熔点、高硬度、高耐磨性、耐氧化等优点。陶瓷材料是工程材料中刚度最好、硬度最高的材料, 其硬度大多在1 500 hV以上。目前陶瓷阀门已广泛应用于火力发电、钢铁冶金、垃圾焚烧、硅、盐化工、矿山造纸、磨具磨料等行业的恶劣工况环境中。
2 陶瓷阀门在生产中应用探讨
2.1 陶瓷阀门在废水回收及腐蚀性介质中的应用探讨
在工艺生产中, 有些管道介质是一直变化的, 随着生产工序的不同, 介质的酸碱性也会发生变化。例如在烧碱生产中电解工序树脂塔再生环节, 经过反洗、酸再生、水洗、碱再生等步骤, 会产生酸性废水和碱性废水, 为了更有效的利用废水, 将废水进行分段回收, 管道内的废水就会阶段性的出现酸性或是碱性。目前应用于此类介质的气动阀门大都选用全衬塑单座调节阀, 但衬塑阀门的使用条件受温度和压力的影响较大, 因大都采用的氟塑料为是F46 (FEP) , 要求介质温度不能超过150℃, 否则, 阀门的各部件衬的F46及易软化、变形, 致使阀门关不死、泄漏量大。
陶瓷被称为无机材料之母, 传统的陶瓷就具有耐高温, 耐腐蚀、高强度的优越性能, 随着工业的不断发展, 新型陶瓷的性能更是有很大的提高。新型陶瓷的主要原料有氧化铝、二氧化硅、氧化镁等, 具有很强的耐腐蚀性, 现应用于硅、盐化工行业有全衬陶瓷硬密封陶瓷球阀, 阀门阀体采用不锈钢衬陶瓷形式, 金属与陶瓷接触部分全部采用热配工艺, 结合牢固可靠, 增强了陶瓷的机械强度, 让结构陶瓷真正成为陶瓷钢, 所有与介质接触的部分均为结构陶瓷材料, 因此此类阀门具有极高的耐腐蚀性, 应用广泛, 适合除氢氟酸以外的任何介质, 最高温度可达220℃, 比衬塑阀耐温能力有很大提高。在氯碱工业生产中大多为酸性、碱性等腐蚀性介质, 可考虑采用陶瓷球阀应用于生产。
2.2 陶瓷阀门在液氯充装工序及高压、负压条件下的使用探讨
液氯的生产是利用气体的性质, 对氯气加压、降温将其进行液化。纯液氯对管道和阀门是没有腐蚀性的, 但是如果原料氯气中含水份多, 便会造成腐蚀。现场生产运行一段时间后, 阀门就会出现卡塞、调节困难等故障, 经拆检管道发现, 在管道内部有黑、褐色的物质堆积在阀门处, 经过实验室分析其中含有Fe3+、Fe2+, 这是因为系统氯气含水分多从而导致对管道造成腐蚀, 腐蚀过程中形成铁锈脱落后慢慢堆积, 至阀门处而造成阀门故障[2]。液氯充装过程工艺复杂, 需要自动切断阀和调节阀保证整个过程安全可靠。因介质特性, 管道压力大、温度低、且在抽真空阶段中有负压情况, 对阀门的选型要求很高。采用金属硬密封球阀抗压、抗拉, 但是如果氯气处理阶段水分含量高, 便会腐蚀密封面及阀芯, 造成阀门内漏, 存在安全隐患。衬塑阀门有很好的耐腐蚀性, 可是其使用条件不能有负压, 如有负压, 会造成阀门内腔的衬氟塑层被吸出、脱壳, 导致阀门开启、关闭发生故障。
陶瓷材质球阀具有陶瓷抗腐蚀的特性, 而且还能抵抗冷热冲击, 在空气中加热到1 000℃以上, 急剧冷却再急剧加热, 也不会碎裂。通过对液氯充装工艺进行分析, 选择合适材质的陶瓷球阀, 可以满足此工况。通过与陶瓷阀生产厂家进行技术交流, 对现有阀门进行结构改进, 陶瓷阀应用于液氯充装是有条件可以实现的。
2.3 陶瓷阀门在电石渣浆及含固体颗粒介质中的使用探讨
唐山三友氯碱有限责任公司采用乙炔法生产氯乙烯, 电石主要成分为碳化钙, 碳化钙是由碳 (焦炭等碳素材料) 和氧化钙 (生石灰) 在电阻电弧炉内于高温条件下化合而成的, 电石和水反应后会产生以氢氧化钙为主的渣浆, 另外还有水、焦炭、碳酸钙、焦油杂质、矽铁、二氧化硅, 以及R2O3、MgO等。因电石渣浆中含有焦炭、碳酸钙、矽铁等物质, 对用于渣浆管道上的阀门磨损较大, 该公司用于发生器底部的排渣阀为金属闸板阀, 其采用的是金属阀板, 电石渣浆中杂质对闸板磨损, 闸板表面很快粗糙, 使用一段时间后, 就会出现阀门内漏现象, 检修频繁。生产中其他含有固体颗粒的腐蚀性区域, 采用衬塑阀阀芯很快就会因为磨损而粗糙, 导致阀门易出现内漏、卡塞等故障。
结构陶瓷中有一种氮化硅材质, 是一种超硬物质, 密度小, 具有润滑性, 并且耐磨损, 抗腐蚀能力强。正是氮化硅具有如此良好的特性, 人们常常用它来制造轴承、汽轮机叶片、机械密封环、永久性模具等机械构件。这种材料在近几年已应用于阀门内件生产, 目前市场上使用最多的为陶瓷球阀, 为了能够广泛的适用各种工况, 其他型式的阀门也在不断的研发生产中, 可以采用全陶瓷或是钢衬陶瓷等形式满足生产。陶瓷材质的自润滑性, 可以取得很好的密封性, 且具有高耐磨性, 能彻底解决金属密封面易泄漏、不耐腐蚀的缺点。对于高硬度的介质颗粒, 或是有颗粒又有腐蚀的介质陶瓷材料具有无可比拟的优势, 完全能满足工艺生产的苛刻要求。
3 结语
结构陶瓷作为一种新型陶瓷, 具有良好的的硬度、强度、绝缘性、耐高温、耐氧化、耐腐蚀、耐冲击等特点。不管是在强酸还是强碱的状态下, 都能保持其固有的物理性能, 处于一个相对稳定的状态。随着现代工业的不断发展, 结构陶瓷在非常严苛的环境或工程应用条件下, 所展现的高稳定性与优异的机械性能, 在材料工业上已倍受瞩目, 其适用领域、生产规模亦日渐扩大。随着陶瓷行业的不断兴起, 新型材质的不断研发、新型装配工艺的不断进步, 陶瓷材料应用于化工生产领域也会越来越广泛。 (www.pv001.com)
