陶瓷閥在氯堿工業(yè)中的應(yīng)用研討

陳國(guó)順 ，鄭淵 ，陳素婷

（1.永嘉縣泵閥科技創(chuàng)新服務(wù)中心，永嘉325105 2.特技閥門集團(tuán)有限公司，永嘉325100）

1 前言

工業(yè)生產(chǎn)中，很多工藝操作介質(zhì)，均包含了鹽酸、次氯酸鈉以及燒堿等具有腐蝕性的液體和氣體，受到化工生產(chǎn)行業(yè)本身特殊性的影響，想要保障生產(chǎn)質(zhì)量，就必須針對(duì)加工流水線所配置儀表的標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范做好管控。儀表的類型包括過程控制和過程檢測(cè)兩種儀表，且為了確保儀表的運(yùn)行狀態(tài)，還必須針對(duì)所選擇的儀表材料、形式按照高標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)要求處理，確保氯堿生產(chǎn)效益能夠就此提升。鑒于此，本次研究展開具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

2 陶瓷材質(zhì)特性分析

一般而言，陶瓷材料的構(gòu)成，主要以天然物或是經(jīng)過成形、高溫?zé)贫傻幕衔锼M建而成，從本質(zhì)上分析，該物質(zhì)屬于一類無機(jī)非金屬物質(zhì)。對(duì)陶瓷材料的特性分析時(shí)，可以從兩方面對(duì)其加以劃分，即可以分為結(jié)構(gòu)陶瓷和功能性陶瓷兩種[1]。其中，前者主要是指能夠直接應(yīng)用到工程結(jié)構(gòu)材料中，輔助施工的一類陶瓷材料，此類陶瓷的特性包含了強(qiáng)度高、耐高溫性強(qiáng)、彈性模量高、抗熱震能力強(qiáng)、硬度高以及耐磨損等內(nèi)容。對(duì)結(jié)構(gòu)性陶瓷進(jìn)行分類時(shí)可發(fā)現(xiàn)，其可以分化為三個(gè)系列，分別是氧化物系列、非氧化物系列以及結(jié)構(gòu)用陶瓷基復(fù)合材料系列三種[2]。與前者相比，后者的特性包含了生物、電、磁、光、化學(xué)、超導(dǎo)、聲等諸多特性，不同特性之間，甚至還具備了相互之間進(jìn)行轉(zhuǎn)化的功能。隨著工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)水平的不斷提升，陶瓷材料在工藝生產(chǎn)領(lǐng)域中的應(yīng)用范圍以及應(yīng)用廣度越來越大，并充分憑借硬度高、熔點(diǎn)高以及耐氧化能力、耐磨性強(qiáng)等生產(chǎn)加工應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，受到更多化工企業(yè)的關(guān)注、加工產(chǎn)業(yè)采購青睞[3]。在所有的工程材料中，陶瓷材料的剛度屬于其中最適宜的區(qū)間范圍，剛度和硬度具有最高的優(yōu)勢(shì)，且硬度甚至已經(jīng)超出了1500hV，使得陶瓷材料成為化工生產(chǎn)，尤其是氯堿化工生產(chǎn)的最佳選擇方案[4]。據(jù)行業(yè)報(bào)告顯示，現(xiàn)階段，火力發(fā)電、垃圾焚燒、礦山造紙以及鋼鐵冶金等行業(yè)中，均紛紛開始采用陶瓷閥門生產(chǎn)廠商的產(chǎn)品，用以支持惡劣的化工生產(chǎn)環(huán)境下的加工作業(yè)順利完成，促進(jìn)化工企業(yè)效益增長(zhǎng)。

3 陶瓷閥門在廢水回收及腐蝕性介質(zhì)處理中的應(yīng)用研討

3.1 陶瓷閥門在廢水回收中的應(yīng)用

工藝生產(chǎn)過程中，部分管道介質(zhì)本身攜帶一定的變化特性，對(duì)其變化原因分析可以發(fā)現(xiàn)，主要結(jié)合生產(chǎn)工序的變化而隨之產(chǎn)生變化，且變化中，介質(zhì)的酸堿度也會(huì)出現(xiàn)改變[5]。例如，在進(jìn)行氯堿工業(yè)生產(chǎn)時(shí)，燒堿生產(chǎn)環(huán)節(jié)下，電解工序樹脂塔想要實(shí)現(xiàn)再生，必須經(jīng)歷反洗、酸再生、水洗、堿再生的步驟，此時(shí)就會(huì)出現(xiàn)兩種廢水形式，分別是酸性和堿性兩種廢水。為了提升廢水的利用率，本次研究中技術(shù)人員采納了分段回收方案完成廢水處理。在此過程中，技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)，管道之內(nèi)的廢水，會(huì)形成酸、堿兩種廢水出現(xiàn)階段性的交替互換情況[6]。結(jié)合現(xiàn)有的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀來看，使用該介質(zhì)的氣動(dòng)閥門在處理時(shí)，均比較傾向于選擇全襯塑單座調(diào)節(jié)閥，但是此種調(diào)節(jié)法在應(yīng)用時(shí)，所受到的限制條件比較多，不僅需要保障現(xiàn)場(chǎng)的溫度條件適宜，對(duì)于壓力條件的配置也必須處理到位。以F46（FEP）為例，其是一種氟塑料，氯堿生產(chǎn)中，要求介質(zhì)的溫度不得高于150℃，一旦溫度過高，將會(huì)在極短的時(shí)間內(nèi)，各個(gè)部件襯的F46 就會(huì)出現(xiàn)變形、軟化等狀況，造成閥門關(guān)閉不夠緊密，增加產(chǎn)品化工生產(chǎn)液泄漏量，造成生產(chǎn)資源浪費(fèi)。

3.2 陶瓷閥門在腐蝕性介質(zhì)處理中的應(yīng)用

在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域內(nèi)，專業(yè)人員一般會(huì)將陶瓷視作“所有無機(jī)材料之母”。長(zhǎng)期以來，傳統(tǒng)的陶瓷一直帶有耐腐蝕、耐高溫以及強(qiáng)度高的優(yōu)勢(shì)，隨著工業(yè)產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷伴隨市場(chǎng)需求量增長(zhǎng)而擴(kuò)大、發(fā)展，為新型陶瓷的性能提升、適用范圍以及使用領(lǐng)域拓展起到了促進(jìn)作用。在此行業(yè)背景下，經(jīng)過技術(shù)人員的深入分析發(fā)現(xiàn)，在新型陶瓷中，其構(gòu)成中的主要原材料有三種，分別是氧化鎂、氧化鋁以及二氧化硅，正是此類物質(zhì)的存在，才賦予了陶瓷極強(qiáng)的耐腐蝕能力[7]。

目前，在硅、鹽等類型的化工生產(chǎn)行業(yè)中，陶瓷閥的應(yīng)用率極高，分析其構(gòu)成，主要是一類全襯陶瓷硬密封陶瓷球閥，閥門的閥體主要以陶瓷形式為主，陶瓷的構(gòu)成以不銹鋼襯陶瓷為主，陶瓷表面所有與金屬之間需要銜接的部位，均使用熱配工藝進(jìn)行了加工處理，以此提升不銹鋼與陶瓷之間銜接的牢固性和可靠性，對(duì)于陶瓷的整體機(jī)械強(qiáng)度增長(zhǎng)也發(fā)揮了重要作用。當(dāng)結(jié)構(gòu)陶瓷被制作成陶瓷鋼時(shí)，與介質(zhì)相接觸的位置，材料構(gòu)成都是結(jié)構(gòu)陶瓷材料。

現(xiàn)階段，由陶瓷材料所生產(chǎn)的閥門應(yīng)用于專業(yè)領(lǐng)域后，顯著提升了閥門的耐腐蝕能力，可以滿足除了氫氟酸以外其他任何化工介質(zhì)產(chǎn)品的產(chǎn)生需求。另外，在溫度配置上，陶瓷閥門可以承受的最高溫度已經(jīng)達(dá)到220℃，相較于傳統(tǒng)襯塑閥來講，耐高溫能力明顯升高。由此可見，在氯堿工業(yè)生產(chǎn)中，因生產(chǎn)介質(zhì)通常以堿性或是酸性一類腐蝕性較強(qiáng)的材料輔助生產(chǎn)，此時(shí)充分將陶瓷材質(zhì)的球閥應(yīng)用于生產(chǎn)中，對(duì)于生產(chǎn)效益提升具有重要作用。

4 液氯充裝工序及高壓負(fù)壓條件下陶瓷閥門的應(yīng)用研究

氯堿工業(yè)生產(chǎn)中，經(jīng)常需要使用到液氮這一材料輔助生產(chǎn)。從生產(chǎn)原理上來分析，液氮的生產(chǎn)，主要是依賴于對(duì)氣體性質(zhì)的調(diào)控，即通過施加壓力和降低環(huán)境溫度的方式，將氯氣做液化處理。分析液氮時(shí)可發(fā)現(xiàn)，純度足夠高的液氮，對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)管道乃至閥門，并不具備腐蝕性。但是，當(dāng)在原料氯氣之中，所含有的水量過高時(shí)，就會(huì)隨之出現(xiàn)腐蝕類問題。氯堿工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)中，當(dāng)運(yùn)輸管道及生產(chǎn)流水線平穩(wěn)運(yùn)行一段時(shí)間之后，就會(huì)造成閥門卡塞一類問題出現(xiàn)，并伴有不同程度地調(diào)節(jié)困難類問題，致使生產(chǎn)線停工檢修，影響工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)運(yùn)營(yíng)效益。面對(duì)上述情況，技術(shù)人員需要做管道拆分處理，拆除后一般會(huì)發(fā)現(xiàn)閥門位置會(huì)堆積大量呈黑色或是褐色的物質(zhì)，堆積物質(zhì)中含有大量的二價(jià)鐵、三價(jià)鐵。對(duì)此進(jìn)行原因整理后，技術(shù)人員認(rèn)為，當(dāng)生產(chǎn)系統(tǒng)中所包含的水分過高時(shí)，會(huì)開始對(duì)管道形成腐蝕，隨著腐蝕程度的加深，會(huì)導(dǎo)致管道內(nèi)鐵銹開始脫落并慢慢堆積起來，隨著液氮的流動(dòng)，統(tǒng)一涌至閥門處，造成閥門故障問題。

一般來講，充裝液氮時(shí)，所流經(jīng)的工藝程序十分復(fù)雜，要求技術(shù)人員必須保障充裝現(xiàn)場(chǎng)的安全性與可靠性，尤其需要做好自動(dòng)切斷閥以及調(diào)節(jié)閥的管理，確保關(guān)鍵時(shí)刻發(fā)揮斷閥功能。因介質(zhì)特性，管道壓力大、溫度低且在抽真空階段中有負(fù)壓情況，對(duì)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(huì)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(fù)壓，如有負(fù)壓，會(huì)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1000℃以上，急劇冷卻再急劇加熱，也不會(huì)碎裂。通過對(duì)液氯充裝工藝進(jìn)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(jìn)行技術(shù)交流，對(duì)現(xiàn)有閥門進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)，陶瓷閥應(yīng)用于液氯充裝是有條件可以實(shí)現(xiàn)的。

5 電石渣漿以及固體顆粒介質(zhì)中陶瓷閥門的應(yīng)用分析

5.1 電石渣漿中陶瓷閥門的應(yīng)用

本次研究中，所用于生產(chǎn)的氯乙烯材料，主要以乙炔法為主。具體的生產(chǎn)加工過程中，電石的主要結(jié)構(gòu)材料以碳化鈣為主，而碳化鈣的構(gòu)成，則包括焦炭等一系列碳素原材料，且碳化鈣中還會(huì)含有一定量的生石灰材料，上述兩種材料需要經(jīng)過加工處理后，才能合成出碳化鈣，合成場(chǎng)景的設(shè)定，需要在電阻電弧爐之內(nèi)完成，且需要保持爐內(nèi)一直為高溫狀態(tài)。

當(dāng)電石與水之間生成反應(yīng)后，會(huì)隨之生成渣漿，此類渣漿主料以氫氧化鈣為主，同時(shí)還會(huì)伴有一定量的焦炭、二氧化硅、焦油雜質(zhì)以及碳酸鈣等原材料。生產(chǎn)中，受到電石渣漿中含有物的影響，會(huì)對(duì)渣漿管道的閥門形成極大的沖擊力，尤其是焦炭、矽鐵以及碳酸鈣等物質(zhì)的存在，對(duì)于管道的沖擊力以及磨損更為嚴(yán)重。

為此，技術(shù)人員在針對(duì)此問題進(jìn)行處理時(shí)，主要選用的排渣閥是一種金屬閘板閥，該閥門主要被安裝在發(fā)生器的底部位置，因此閥板也主要以金屬構(gòu)成為主。經(jīng)過技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)的分析能夠發(fā)現(xiàn)，閘板的磨損問題，主要是受到電石渣漿中的雜質(zhì)沖擊所出現(xiàn)，且由于閘板原本的表面抗沖擊能力比較弱，在較短的生產(chǎn)時(shí)間段之內(nèi)，閘板表面就變得粗糙，甚至在長(zhǎng)期投用于生產(chǎn)后，還會(huì)形成閥門內(nèi)漏等一系列問題。

為了避免出現(xiàn)上述問題，閘板維護(hù)人員工作中不得不針對(duì)其增加檢修頻率，不僅增加了檢修任務(wù)量，還會(huì)在一定程度上浪費(fèi)生產(chǎn)資源。此外，氯堿工業(yè)生產(chǎn)中，還會(huì)存在一些含有固體顆粒的生產(chǎn)區(qū)域，該類區(qū)域一般攜帶一定的腐蝕性，如果在此區(qū)域中僅是使用襯塑閥芯完成施工，必然會(huì)在一定程度上造成發(fā)閘板出現(xiàn)磨損問題，長(zhǎng)時(shí)間生產(chǎn)運(yùn)行后，必然會(huì)出現(xiàn)閘板表面粗糙問題，致使閘門內(nèi)部開始出現(xiàn)更多的內(nèi)漏故障，同時(shí)也會(huì)誘發(fā)卡塞類問題出現(xiàn)。

5.2 固體顆粒介質(zhì)中陶瓷閥門的應(yīng)用

在結(jié)構(gòu)陶瓷中含有一種材質(zhì)，其屬于一類氧化硅，該物質(zhì)具有超硬的特征，密度比較小，潤(rùn)滑性能、抗腐蝕性能以及耐磨損能力比較突出。經(jīng)過技術(shù)人員的深入分析發(fā)現(xiàn)，此種氧化硅所具備的特性，可以考量將其應(yīng)用在氯堿工業(yè)生產(chǎn)中，并使用此種材料制造陶瓷閥。隨后為了驗(yàn)證結(jié)構(gòu)陶瓷中的氧化硅材質(zhì)是否可以應(yīng)用于閥門生產(chǎn)，技術(shù)人員搜集了氧化硅在其他領(lǐng)域中的應(yīng)用資料，發(fā)現(xiàn)其主要被應(yīng)用于機(jī)械密封環(huán)、軸承、永久性模具以及汽輪機(jī)葉片等各類機(jī)械構(gòu)件的生產(chǎn)之中。

技術(shù)人員為了進(jìn)一步提升結(jié)構(gòu)陶瓷在不同生產(chǎn)工況中的應(yīng)用價(jià)值，還同步開發(fā)了更多形式的閥門生產(chǎn)和試驗(yàn)工作。經(jīng)過一系列的試驗(yàn)研究后，技術(shù)人員整理各項(xiàng)分析資料后認(rèn)為，選擇全陶瓷或是鋼襯陶瓷兩種產(chǎn)品形式，可以滿足氯堿生產(chǎn)中的各項(xiàng)需求。

此外，陶瓷型產(chǎn)品的材質(zhì)本身就攜帶一定的潤(rùn)滑功用，有利于促進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)中的密封性得到進(jìn)一步提升，在耐磨性方面也更為突出，使得金屬密封面泄漏類問題能夠在第一時(shí)間得以解決和優(yōu)化，抗腐蝕能力也比較強(qiáng)大。進(jìn)行硬度較高的介質(zhì)顆粒生產(chǎn)，或是開展既有顆粒又有腐蝕性的介質(zhì)生產(chǎn)時(shí)，陶瓷類材料的優(yōu)勢(shì)仍舊無可比擬，完全可以滿足氯堿工業(yè)生產(chǎn)中的嚴(yán)苛要求，提升生產(chǎn)效率及生產(chǎn)效益。

6 結(jié)論

綜上所述，結(jié)合本次研究?jī)?nèi)容可以發(fā)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)陶瓷在工業(yè)生產(chǎn)中屬于一類新型的陶瓷，此類陶瓷在結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)上具有硬度大、強(qiáng)度高、絕緣性突出、可耐高溫、抗腐蝕能力和抗氧化能力均比較突出等優(yōu)勢(shì)，同時(shí)還具有抵抗沖擊力的條件。氯堿生產(chǎn)中，將陶瓷閥應(yīng)用于強(qiáng)酸或是強(qiáng)堿環(huán)境中，均可憑借其穩(wěn)定的物理性能，保持在穩(wěn)定的狀態(tài)下。伴隨著現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，結(jié)構(gòu)陶瓷對(duì)于生產(chǎn)條件的要求并不高，即便是極為嚴(yán)苛或是工程作業(yè)條件下，均能夠憑借穩(wěn)定的機(jī)械性能保持工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量。目前，在多個(gè)行業(yè)與領(lǐng)域中，結(jié)構(gòu)陶瓷這一工業(yè)材料的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)以及受青睞度均比較高。未來的行業(yè)發(fā)展中，必然會(huì)伴隨著的陶瓷行業(yè)不斷進(jìn)步，在化工以外領(lǐng)域中的應(yīng)用，也會(huì)陸續(xù)得以拓展，促使陶瓷工藝水平隨之提升，最終為我國(guó)工業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展開啟新思路。