碳化硅耐磨管道在石灰工序中的應(yīng)用

李曉光

（唐山三友化工股份有限公司，河北 唐山063305）

在純堿生產(chǎn)中，在石灰工序所生產(chǎn)的渣漿、污水等使用管道進(jìn)行輸送。因工藝條件不同，生產(chǎn)的這些介質(zhì)溶液表現(xiàn)出不同的酸堿值，對(duì)管道具有一定腐蝕性；其流體在輸送過程中會(huì)對(duì)管道造成一定的沖刷磨損。

近年來，隨著科技進(jìn)步，碳化硅耐磨材質(zhì)的應(yīng)用得到廣泛的推廣。我廠與設(shè)備廠家共同探討，試用碳化硅材質(zhì)耐磨工藝管道，對(duì)石灰工序電除塵、洗滌塔設(shè)備排放的弱酸溶液管道，石灰乳、電石灰等渣漿系統(tǒng)的堿性溶液管道進(jìn)行改造替換。經(jīng)過長時(shí)間使用，效果良好，滲漏現(xiàn)象并不明顯。

1 與普通耐磨陶瓷、鑄鐵材質(zhì)管道的比較

1.1 管道的工況環(huán)境

在我車間的工藝管道中工況條件并不相同，我們只以污水管道、灰乳和渣漿管道為例，將其工況條件概括說明如表1。

表1 工藝管道所處的工況

1.2 管道的使用周期

在特定的工況條件下，我車間除使用碳鋼管道外，在特殊材質(zhì)選用上，曾前后應(yīng)用過普通陶瓷管道、球墨鑄鐵管道和碳化硅管道。在表1中的工況條件下，將使用周期總結(jié)如表2。

表2 各種管道在不同工況下的使用周期

經(jīng)過長期積累判定，對(duì)比使用不同材質(zhì)管道的使用經(jīng)驗(yàn)，碳化硅材質(zhì)的管道優(yōu)越于其他材質(zhì)，其原因是由于這種材質(zhì)具有很大的硬度、耐熱性、耐氧化性、耐腐蝕性的特點(diǎn)。

2 碳化硅管道的安裝及使用經(jīng)驗(yàn)

2.1 管道的安裝要求

2.1.1 法蘭的聯(lián)接

由于局限于碳化硅管道的制造要求，備件形式基本類似于雙法蘭鑄鐵管或雙法蘭陶瓷管，聯(lián)接形式多為法蘭聯(lián)接。在高溫或低溫下運(yùn)行的管道在安裝后應(yīng)按規(guī)定進(jìn)行熱緊或冷緊，一般在試運(yùn)行期間保持工作溫度24h后進(jìn)行。低溫管道，由于法蘭的螺栓表面凝結(jié)冰霜，應(yīng)用甲醇將其融化后再進(jìn)行冷緊操作。為了保證進(jìn)行熱、冷緊工作人員的安全，在可能的場(chǎng)合應(yīng)進(jìn)行泄壓。若設(shè)計(jì)壓力小于6MPa（表壓）的管道，熱緊的最大內(nèi)壓為0.3MPa（表壓）；設(shè)計(jì)壓力大于6MPa（表壓）的管道，熱緊的最大內(nèi)壓為0.5MPa（表壓）。冷緊一般應(yīng)卸壓進(jìn)行。熱、冷緊的緊固力應(yīng)適度，并應(yīng)有相應(yīng)的安全措施，以保證操作人員的安全。

2.1.2 法蘭之間的密封

法蘭密封面應(yīng)清潔干凈，在墊片的兩面涂上防咬合劑：工作溫度不大于100℃或低于0℃時(shí)，螺栓的螺紋部分應(yīng)涂上防咬合劑。選用防咬合劑的材質(zhì)應(yīng)考慮其是否會(huì)與管道內(nèi)使用的介質(zhì)相互反應(yīng)的因素。

2.1.3 耐壓試驗(yàn)

式中Ps——耐壓試驗(yàn)壓力，MPa；

PG——工作壓力，MPa；

［σ］——常溫時(shí)材料的許用應(yīng)力，MPa；

［σ］τ——工作溫度時(shí)材料的許用應(yīng)力，MPa。

另外耐壓試驗(yàn)以規(guī)定時(shí)間（一般為10min）內(nèi)壓力不降，無泄漏及無可見變形為合格。

2.2 管道的使用經(jīng)驗(yàn)

普通陶瓷管道內(nèi)壁采用陶瓷片與工業(yè)鑄膠融合，在管道內(nèi)壁形成一道硬度較高的保護(hù)層，從而保護(hù)管道不受砂石磨損，降低溶液腐蝕的原理。但這種陶瓷管道在使用過程中容易造成貼片脫落，造成閥門堵死，降低泵體、葉輪的使用壽命；或因鑄膠灌漿制作陶瓷管道過程中有氣泡生成造成灌漿不均，因而造成管道局部泄漏，較難修復(fù)。

普通鑄鐵管道在制造成本上要低于普通陶瓷管道，但制作周期長，單批次生產(chǎn)費(fèi)用較量高，且鑄鐵件開爐熔煉容易污染環(huán)境，該工藝受到國家相關(guān)法規(guī)限制，因此給管件的供應(yīng)帶來一定弊端。

普通碳鋼管道在耐磨、抗腐蝕、抗沖刷等方面的表現(xiàn)均不如特殊材質(zhì)的管道優(yōu)越，但易于安裝維護(hù)，采購周期短，價(jià)錢合理。

碳化硅管道在制作上是使用注漿成型法，基本可以滿足廠家使用的各種管道尺寸和復(fù)雜結(jié)構(gòu)。特別是在異徑三通、四通的管壁設(shè)計(jì)可以自由掌控沖刷區(qū)域的厚度；在泵出口、入口附近含有汽蝕的高流速區(qū)有較好的抗震性能；另外在北方的冬季溫度較低，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)倒泵時(shí)因液體與管道溫差大，會(huì)發(fā)生較大的彈性熱脹冷縮現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致管道炸裂，此時(shí)有些廠家在相應(yīng)部位會(huì)采用復(fù)合聚氯乙烯管道替代，但往往不能一舉兩得，而碳化硅管道適應(yīng)瞬間冷熱溫差波動(dòng)較大環(huán)境的能力極強(qiáng)，使用中并無炸裂、滲漏現(xiàn)象發(fā)生，一般碳化硅管道可適應(yīng)－40～160℃長期工作，在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中比較安全可靠，在使用性能上將優(yōu)于上述類型的管道。

3 技術(shù)改造建議

3.1 管道尺寸的標(biāo)準(zhǔn)化

由于碳化硅管道的燒結(jié)后，附著在碳鋼管道上的耐磨層較厚，因此在保證管道的公稱直徑的同時(shí)，管道外壁尺寸將大于一般國家標(biāo)準(zhǔn)。建議廠家在管道配用的法蘭制作上盡量參照國家標(biāo)準(zhǔn)。例如：短節(jié)兩片法蘭的對(duì)開螺栓孔軸線需要與管道軸線平行。

3.2 易于管路聯(lián)接密封的方法

碳化硅管道的生產(chǎn)廠家供貨形式多為成型件，法蘭聯(lián)接，接口密封填充為四氟墊，安裝后的接口有滲漏的現(xiàn)象。解決辦法如下：法蘭的螺栓孔距、密封水線、厚度應(yīng)依照國家或化工部的制作標(biāo)準(zhǔn)，且滿足客戶的要求，法蘭墊片在密封形式上可根據(jù)使用環(huán)境不同使用金屬纏繞墊片或者橡膠墊。例如我車間的管道接口處于液體流動(dòng)的湍流區(qū)，易沖刷磨損，可使用聚氨酯橡膠墊配合防咬合劑，使用收效明顯。另外在增設(shè)角度、配有閥門的復(fù)雜管路對(duì)法蘭與管道之間不做固定，以此施工單位可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境判定管路走向后進(jìn)行靈活處理。

3.3 根據(jù)使用周期合理制定拆檢計(jì)劃

若生產(chǎn)單位第一次投用碳化硅管道，應(yīng)在正常使用的同時(shí)制定合理的定人、定時(shí)、定點(diǎn)的拆檢計(jì)劃，以此檢測(cè)管道的適用情況，保證生產(chǎn)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。

4 結(jié) 語

化工管道的耐磨、耐腐蝕、抗沖刷的性能決定著化工生產(chǎn)流程的穩(wěn)定性，完全解決管道泄漏和長周期使用是一個(gè)技術(shù)難題。試用碳化硅管道2年時(shí)間來看，其產(chǎn)品穩(wěn)定性好、安裝簡便，大大降低了維護(hù)成本，生產(chǎn)流程的穩(wěn)定運(yùn)行和現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境有了明顯改觀。

［1］ 化學(xué)工業(yè)部化工工藝配管設(shè)計(jì)技術(shù)中心站.化工管路手冊(cè)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1994

［2］ 李纓，黃鳳萍，梁振海.碳化硅陶瓷的性能與應(yīng)用［M］.咸陽：咸陽陶瓷研究設(shè)計(jì)院，2007

［3］ 郝寅雷，趙文興.反應(yīng)燒結(jié)碳化硅陶瓷的制備及燒結(jié)原理［M］.長春：中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所，2000