鉭襯里壓力容器簡介

王沖 韓偉

摘 要：本文簡單介紹鉭材設(shè)備在硫酸工業(yè)中的應(yīng)用。介紹了利用鉭材優(yōu)異的耐腐蝕性能，工程中常見的由此制成的鉭襯壓力容器。并指出了設(shè)計中須考慮鉭換熱管與鋼管板的脹接應(yīng)考慮溫度升高后因熱膨脹系數(shù)的差別而引起的脹接拉脫力的降低因素、以及襯里的設(shè)計應(yīng)考慮檢漏系統(tǒng)，并應(yīng)設(shè)計焊接時保護(hù)焊接接頭背面的惰性氣體通道，并介紹了材料、制造、檢驗和試驗等方面的其它要求。

關(guān)鍵詞：鉭；襯里；硫酸工業(yè)

在硫酸工業(yè)中，鉭材設(shè)備有廣泛的用途。廢硫酸濃縮裝置中，鉭被用作各種部件，常見的鉭材設(shè)備有蒸酸器、鉭管換熱器、管狀加熱器、卡扣加熱器、冷凝器、熱偶套管、襯里及玻璃容器的修復(fù)件等，其使用壽命比不銹鋼長幾十倍。

玻璃設(shè)備的防腐性能同樣優(yōu)異，但機(jī)械碰撞容易破碎，溫度驟冷驟熱會爆瓷炸裂。鉭材壓力容器沒有以上缺點(diǎn)，但價格十分昂貴，只有在重要的設(shè)備中才會采用此類金屬材料。

1 性能

鉭材在大多數(shù)無機(jī)酸中耐蝕性能非常優(yōu)良，和玻璃非常相似，在硫酸工業(yè)中具有重要用途，除了氫氟酸、氟、發(fā)煙硫酸和堿外，幾乎能耐一切化學(xué)介質(zhì)的腐蝕。鉭對75%以下稀硫酸耐蝕性能優(yōu)良，可使用于任何溫度；對不充氣的濃硫酸可用于160～170℃；對充氣的濃硫酸可用于250～260℃，超過此溫度腐蝕就增大。一般在170℃以上高溫使用前要先進(jìn)行試驗研究。

鉭材價格昂貴，其應(yīng)用形式主要是復(fù)合板和襯里，并且為了降低成本，鉭層的厚度希望盡可能的薄。然而復(fù)合板或襯里焊接非常困難，因為鉭材和鋼材的熔點(diǎn)相差懸殊，鉭材的熔點(diǎn)為2996℃，鋼材的熔點(diǎn)為1400℃，在焊接時常常會發(fā)生鉭材還未熔化，其下面的鋼材早已變成鐵水的現(xiàn)象，在實際生產(chǎn)過程中鉭襯壓力容器更為常見。

2 設(shè)計

由于鉭襯壓力容器并未有國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，TSG R21-2016固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程中，僅2.2.5.6中提及鉭及其合金用于壓力容器受壓元件時，應(yīng)當(dāng)在退貨狀態(tài)下使用，鉭和鉭合金設(shè)計溫度不高于250℃。除此之外，再無規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)對鉭襯壓力容器有規(guī)定。鑒于此種情況，建議壓力容器制造單位采用企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)來指導(dǎo)生產(chǎn)。

在換熱器設(shè)計中，可參照ASME規(guī)范要求，將鉭管定義為僅起耐腐蝕功能的非承壓件，鉭管具有耐腐蝕、隔離介質(zhì)兩個主要功能，其中為實現(xiàn)隔離介質(zhì)功能，需要鉭管具有一定的強(qiáng)度、剛度，鉭管強(qiáng)度、剛度的設(shè)計參照GB/T150、GB/T151中有關(guān)要求執(zhí)行，在設(shè)計時應(yīng)考慮各腔體之間最苛刻的組合工況。

鉭換熱管與鋼管板的脹接應(yīng)考慮溫度升高后因熱膨脹系數(shù)的差別而引起的脹接拉脫力的降低。在襯鉭殼體中，亦應(yīng)考慮由于基體和襯里線膨脹系數(shù)不同而造成的貼合緊密型降低，必要時可設(shè)置波形結(jié)構(gòu)以吸收膨脹量。

襯里的設(shè)計應(yīng)考慮檢漏系統(tǒng)，并應(yīng)設(shè)計焊接時保護(hù)焊接接頭背面的惰性氣體通道，供檢驗襯里焊接接頭的焊接質(zhì)量、以及在使用過程中排出襯里層下的空氣或氣體和泄漏的介質(zhì)，防止襯里鼓包和碳鋼外殼腐蝕。因此，在設(shè)計襯里設(shè)備時，其檢漏系統(tǒng)設(shè)計十分重要，襯里設(shè)備必須有靈敏的檢漏系統(tǒng)。

3 材料

薄鉭板及鉭換熱管均為高度國際化的商品， ASTM作為國際通用材料規(guī)范ASTM B-708、ASTM B-521中所列的材料已可滿足生產(chǎn)需要，只需按照TSG R21要求進(jìn)行復(fù)驗即可。

制造、檢驗和試驗：被襯工件表面（包括焊縫）應(yīng)打磨平滑，不應(yīng)有凸臺、棱角和其他影響襯里質(zhì)量的缺陷。襯里前對被襯工件表面、襯里件表面應(yīng)進(jìn)行噴砂或清洗，去除表面的氧化皮、油垢和其他附著物，使其表面保持光潔、干凈。襯里件應(yīng)盡量與被襯工件表面貼緊。襯里件可采用套合法和機(jī)械撐緊法，不應(yīng)進(jìn)行使襯里產(chǎn)生過大拉應(yīng)力的強(qiáng)力組裝。

在施焊前，鉭的焊接均應(yīng)通過焊接工藝評定和焊工考試。鉭的導(dǎo)熱率較碳鋼要小得多，因而在焊接過程中焊縫及熱影響區(qū)冷卻速度慢，為達(dá)到保護(hù)目的，鉭的焊接應(yīng)有保護(hù)拖罩，拖罩中通入氬氣保護(hù)冷卻中的焊縫和熱影響區(qū)。鉭的焊接多采用GTAW，其次為GMAW，可采用自熔或母材剪切絲料為填充材料。鉭與鋼不能熔焊，襯里件與被襯工件表面也可采用鉭螺釘、釬焊等方法連接。

鉭焊縫及其熱影響區(qū)的焊后原始狀態(tài)顏色應(yīng)為銀白色或金黃色（致密）。

鉭襯里壓力容器中所有鉭與鉭之間的焊接接頭，包括對接接頭和角接頭表面都應(yīng)進(jìn)行滲透檢測。

鉭襯里須進(jìn)行檢漏試驗。

4 結(jié)語

鉭襯壓力容器在實際生產(chǎn)過程中仍會遇到許多問題，本文僅起拋磚引玉作用，以供同行參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]TSG 21-2016，固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程[S].

[2]GB/T150.1～4-2011.壓力容器[S].

[3]JB/T4745-2002.《鈦制焊接容器》標(biāo)準(zhǔn)釋義[S].

[4]NB/T47010-2011.《鋯制壓力容器》標(biāo)準(zhǔn)釋義[S].

作者簡介：王沖（1983-），男，漢族，河北邯鄲人，工學(xué)學(xué)士，工程師，長期從事鍋爐壓力容器監(jiān)督檢驗工作。