陶瓷閥在氯堿工業(yè)中的應(yīng)用研討

田 娜

（唐山三友氯堿有限責任公司，河北 唐山063305）

唐山三友氯堿有限公司主要產(chǎn)品為燒堿及PVC。在生產(chǎn)過程中，工藝介質(zhì)含有燒堿、鹽酸、次氯酸鈉、氯氣、氯化氫等腐蝕性液體和氣體，因其化工生產(chǎn)行業(yè)的特殊性，對生產(chǎn)中使用的過程檢測儀表及過程控制儀表都有明確的規(guī)范、標準，對于選用何種材質(zhì)、形式的閥門更是有很高的要求，因此如何選用適合復(fù)雜工況的閥門對提高氯堿工業(yè)生產(chǎn)控制的安全性、可靠性有很重要的意義。

1 陶瓷材質(zhì)的特性及應(yīng)用

陶瓷材料是用天然或合成化合物經(jīng)過成形和高溫燒結(jié)制成的一類無機非金屬材料，按其特性和用途可分為2 大類即結(jié)構(gòu)陶瓷和功能陶瓷。結(jié)構(gòu)陶瓷是指能作為工程結(jié)構(gòu)材料使用的陶瓷，它具有高強度、高硬度、高彈性模量、耐高溫、耐磨損、抗熱震等特性；結(jié)構(gòu)陶瓷大致分為氧化物系、非氧化物系和結(jié)構(gòu)用陶瓷基復(fù)合材料。功能陶瓷是指具有電、磁、光、聲、超導(dǎo)、化學、生物等特性，且具有相互轉(zhuǎn)化功能的一類陶瓷[1]。陶瓷材料在工藝生產(chǎn)領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越多，具有高熔點、高硬度、高耐磨性、耐氧化等優(yōu)點。陶瓷材料是工程材料中剛度最好、硬度最高的材料，其硬度大多在1 500 hV 以上。目前陶瓷閥門已廣泛應(yīng)用于火力發(fā)電、鋼鐵冶金、垃圾焚燒、硅、鹽化工、礦山造紙、磨具磨料等行業(yè)的惡劣工況環(huán)境中。

2 陶瓷閥門在生產(chǎn)中應(yīng)用探討

2.1 陶瓷閥門在廢水回收及腐蝕性介質(zhì)中的應(yīng)用探討

在工藝生產(chǎn)中，有些管道介質(zhì)是一直變化的，隨著生產(chǎn)工序的不同，介質(zhì)的酸堿性也會發(fā)生變化。例如在燒堿生產(chǎn)中電解工序樹脂塔再生環(huán)節(jié)，經(jīng)過反洗、酸再生、水洗、堿再生等步驟，會產(chǎn)生酸性廢水和堿性廢水，為了更有效的利用廢水，將廢水進行分段回收，管道內(nèi)的廢水就會階段性的出現(xiàn)酸性或是堿性。目前應(yīng)用于此類介質(zhì)的氣動閥門大都選用全襯塑單座調(diào)節(jié)閥，但襯塑閥門的使用條件受溫度和壓力的影響較大，因大都采用的氟塑料為是F46（FEP），要求介質(zhì)溫度不能超過150 ℃，否則，閥門的各部件襯的F46 及易軟化、變形，致使閥門關(guān)不死、泄漏量大。

陶瓷被稱為無機材料之母，傳統(tǒng)的陶瓷就具有耐高溫，耐腐蝕、高強度的優(yōu)越性能，隨著工業(yè)的不斷發(fā)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鋁、二氧化硅、氧化鎂等，具有很強的耐腐蝕性，現(xiàn)應(yīng)用于硅、鹽化工行業(yè)有全襯陶瓷硬密封陶瓷球閥，閥門閥體采用不銹鋼襯陶瓷形式，金屬與陶瓷接觸部分全部采用熱配工藝，結(jié)合牢固可靠，增強了陶瓷的機械強度，讓結(jié)構(gòu)陶瓷真正成為陶瓷鋼，所有與介質(zhì)接觸的部分均為結(jié)構(gòu)陶瓷材料，因此此類閥門具有極高的耐腐蝕性，應(yīng)用廣泛，適合除氫氟酸以外的任何介質(zhì)，最高溫度可達220 ℃，比襯塑閥耐溫能力有很大提高。在氯堿工業(yè)生產(chǎn)中大多為酸性、堿性等腐蝕性介質(zhì)，可考慮采用陶瓷球閥應(yīng)用于生產(chǎn)。

2.2 陶瓷閥門在液氯充裝工序及高壓、負壓條件下的使用探討

液氯的生產(chǎn)是利用氣體的性質(zhì)，對氯氣加壓、降溫將其進行液化。純液氯對管道和閥門是沒有腐蝕性的，但是如果原料氯氣中含水份多，便會造成腐蝕?，F(xiàn)場生產(chǎn)運行一段時間后，閥門就會出現(xiàn)卡塞、調(diào)節(jié)困難等故障，經(jīng)拆檢管道發(fā)現(xiàn)，在管道內(nèi)部有黑、褐色的物質(zhì)堆積在閥門處，經(jīng)過實驗室分析其中含有Fe3+、Fe2+，這是因為系統(tǒng)氯氣含水分多從而導(dǎo)致對管道造成腐蝕，腐蝕過程中形成鐵銹脫落后慢慢堆積，至閥門處而造成閥門故障[2]。液氯充裝過程工藝復(fù)雜，需要自動切斷閥和調(diào)節(jié)閥保證整個過程安全可靠。因介質(zhì)特性，管道壓力大、溫度低、且在抽真空階段中有負壓情況，對閥門的選型要求很高。采用金屬硬密封球閥抗壓、抗拉，但是如果氯氣處理階段水分含量高，便會腐蝕密封面及閥芯，造成閥門內(nèi)漏，存在安全隱患。襯塑閥門有很好的耐腐蝕性，可是其使用條件不能有負壓，如有負壓，會造成閥門內(nèi)腔的襯氟塑層被吸出、脫殼，導(dǎo)致閥門開啟、關(guān)閉發(fā)生故障。

陶瓷材質(zhì)球閥具有陶瓷抗腐蝕的特性，而且還能抵抗冷熱沖擊，在空氣中加熱到1 000 ℃以上，急劇冷卻再急劇加熱，也不會碎裂。通過對液氯充裝工藝進行分析，選擇合適材質(zhì)的陶瓷球閥，可以滿足此工況。通過與陶瓷閥生產(chǎn)廠家進行技術(shù)交流，對現(xiàn)有閥門進行結(jié)構(gòu)改進，陶瓷閥應(yīng)用于液氯充裝是有條件可以實現(xiàn)的。

2.3 陶瓷閥門在電石渣漿及含固體顆粒介質(zhì)中的使用探討

唐山三友氯堿有限責任公司采用乙炔法生產(chǎn)氯乙烯，電石主要成分為碳化鈣，碳化鈣是由碳（焦炭等碳素材料）和氧化鈣（生石灰）在電阻電弧爐內(nèi)于高溫條件下化合而成的，電石和水反應(yīng)后會產(chǎn)生以氫氧化鈣為主的渣漿，另外還有水、焦炭、碳酸鈣、焦油雜質(zhì)、矽鐵、二氧化硅，以及R2O3、MgO 等。因電石渣漿中含有焦炭、碳酸鈣、矽鐵等物質(zhì)，對用于渣漿管道上的閥門磨損較大，該公司用于發(fā)生器底部的排渣閥為金屬閘板閥，其采用的是金屬閥板，電石渣漿中雜質(zhì)對閘板磨損，閘板表面很快粗糙，使用一段時間后，就會出現(xiàn)閥門內(nèi)漏現(xiàn)象，檢修頻繁。生產(chǎn)中其他含有固體顆粒的腐蝕性區(qū)域，采用襯塑閥閥芯很快就會因為磨損而粗糙，導(dǎo)致閥門易出現(xiàn)內(nèi)漏、卡塞等故障。

結(jié)構(gòu)陶瓷中有一種氮化硅材質(zhì)，是一種超硬物質(zhì)，密度小，具有潤滑性，并且耐磨損，抗腐蝕能力強。正是氮化硅具有如此良好的特性，人們常常用它來制造軸承、汽輪機葉片、機械密封環(huán)、永久性模具等機械構(gòu)件。這種材料在近幾年已應(yīng)用于閥門內(nèi)件生產(chǎn)，目前市場上使用最多的為陶瓷球閥，為了能夠廣泛的適用各種工況，其他型式的閥門也在不斷的研發(fā)生產(chǎn)中，可以采用全陶瓷或是鋼襯陶瓷等形式滿足生產(chǎn)。陶瓷材質(zhì)的自潤滑性，可以取得很好的密封性，且具有高耐磨性，能徹底解決金屬密封面易泄漏、不耐腐蝕的缺點。對于高硬度的介質(zhì)顆粒，或是有顆粒又有腐蝕的介質(zhì)陶瓷材料具有無可比擬的優(yōu)勢，完全能滿足工藝生產(chǎn)的苛刻要求。

3 結(jié)語

結(jié)構(gòu)陶瓷作為一種新型陶瓷，具有良好的的硬度、強度、絕緣性、耐高溫、耐氧化、耐腐蝕、耐沖擊等特點。不管是在強酸還是強堿的狀態(tài)下，都能保持其固有的物理性能，處于一個相對穩(wěn)定的狀態(tài)[3]。隨著現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展，結(jié)構(gòu)陶瓷在非常嚴苛的環(huán)境或工程應(yīng)用條件下，所展現(xiàn)的高穩(wěn)定性與優(yōu)異的機械性能，在材料工業(yè)上已倍受矚目，其適用領(lǐng)域、生產(chǎn)規(guī)模亦日漸擴大。隨著陶瓷行業(yè)的不斷興起，新型材質(zhì)的不斷研發(fā)、新型裝配工藝的不斷進步，陶瓷材料應(yīng)用于化工生產(chǎn)領(lǐng)域也會越來越廣泛。