塑料衬里管道防腐蚀技术.doc

塑料衬里管道防腐蚀技术(1)氟塑料衬里管道。用于防腐蚀工程中的氟塑料有：聚四氟乙烯F4，聚三氟氯乙烯F3，三氟氯乙烯与偏氟乙烯的共聚物F23，全氟乙丙烯(四氟乙烯与六氟丙烯共聚物)F46。氟塑料具有高度的化学稳定性和耐高低温性能。其中F4俗称塑料王，除熔融碱金属(或它的氨溶液)、三氟化氯及元素氟外，能抵抗任何种类、任何浓度的酸、减、盐、氧化剂、有机溶剂和其他所有强腐蚀性介质的腐蚀。耐温范围为-195+250，是目前所有氟塑料中用量最大的一种。但是F4与其他塑料不同，即使在熔融状态，也无流动性，很难用模压、注射等一般热塑性塑料的加工方法来制造形状复杂的制件。因而出现了F46和PEA(可溶性聚四氟乙烯)两个改性品种，两者都有较好的热流动性，便于加工成型，其耐腐蚀性能与F4基本一样。但F46耐温低，最高使用温度为200。PEA使用温度250，价格贵，大量使用受到限制：目前在国内防腐蚀工程中主要用F4衬管道和大型设备衬里；F3主要用于衬里各种阀门；F46主要用于衬离心泵，用缠绕方法衬管道，大型设备的衬里，用模压法衬各种阀门和泵。常用氟塑料的性能aF4树脂的性能悬浮法生产的F4树脂，化工部部颁标准HG223467规定的牌号为SFx-1。F4树脂外观为白色小粉末，粒径150250m，表观密度为400500g/L，压缩比约为4，相对密度为2122，烧结温度380，分解温度大于400，结晶熔点327。315左右结晶速度最大，如在此温度下停留太久，制品硬度增加，甚至变脆。如果从327以上迅速冷却到260以下，制品结晶甚少，260以下结晶速度极低。因此F4在250以下使用，不用担心制品结晶增加而变脆。非晶压玻璃化温度约-120。F4的摩擦系数很低，只有004，相当于冰块间摩擦，布氏硬度34kgfmm2(1kgfmm2=098kPa)；伸长率250300；拉伸强度不小于20MPa，比热容025cal/(g)(1cal=42J)，导热系数0.26W(mK)热膨胀系数很大，比钢铁大10多倍，而且是马鞍形变化。-500为11310-4/；050为12310-4/；50100为11410-4/；100150为13610-4/；150200为169lO-4/；200250为26110-4/。bF3树脂即聚三氟氯乙烯树脂，有粉料和粒抖。成型后相对密度为208216，收缩率为11.5，压缩比粉料为447，粒料为2528，熔融温度为260280，分解温度为300以上，结晶熔点为210左右。195时结晶速度最大(结晶敏感区)，随着温度降低，结晶速度迅速下降，到120以下，已变得很小，50为玻璃化温度非结晶区。F3制品的性能受结晶度的影响极大。若结晶度低(40以下)，制品透明度好，比较柔软(布氏硬度910kgfmm2)，不易开裂，抗冲强度高约60kgfcmcm2，甚至高达100120kgfcm/cm2；反之，制品透明度差，性硬而脆(布氏硬度1213kgfmm2)，易开裂，抗冲击强度低至46kgfcmcm2。使用温度为-50+120。F3树脂失强温度一般在240300之间，增长率为50100。压制衬里阀门用的失强温度要选用280300，伸长率必须大于80。c.F23-19树脂即三氟氯乙烯和偏氟乙烯共聚物，有粉料和粒料两种，制品相对密度202，物理力学性能与耐腐蚀性能与F3树脂极为相似，硬度(布氏硬度)7.880kgf/mm2，分解温度300310，失强温度290300t，但伸长率高达200250，结晶速度低。因此压制性脂十分好，制品不易开裂。使用温度120。d.F46树脂即聚全氟乙丙烯，是一种结晶高聚物，有粒料与粉料两种，它的结晶熔点为265，380以上热稳定性急剧下降，超过400发生分解，玻璃化温度在6570以下。热加工塑化温度范围宽，在300350均可，这比F4，F3和F23-19几种氟塑料都好。F46密度为214217gcm3，硬度(洛氏)R25，热膨胀系数(25250时)为19610-4/，拉伸强度2025MPa，伸长率为250300，模压收缩率一般为24。聚四氟乙烯衬里管道其工序示意如下(缠绕法)：摸压法制成F4棒F4薄带车制F4薄带缠绕烧结冷却F4衬钢管。将F4树脂粉用模压法制成棒材100mm以上，车削成薄窄带，作缠绕法衬里钢管道用。aF4模压工艺条件F4粉20#过筛一次加入钢模中，不许捣压。进行压制，用20030OMPa压力压实。保压5min，降压缓慢，防止回弹产生裂纹。坯料冷压脱模后，放在烧结炉的转盘上烧结。炉内必须有热空气循环，温度均匀，温差5。烧结炉内温度从室温到327(结晶转变温度)，其控制方法如下。温度控制方法温度控制方法室温327升温速度3040/h380327降温速度4060/h327保温1h327保温1h327380升温速度2030/h327室温冷却速度3040/h380保温2h，棒料全部呈半透明状悬浮法F4粉料表观密度为0405gcm3；在2030MPa压力压制后密度为183gcm3。烧结后F4密度为217gcm3。达不到上述值，说明制品中有空隙。b模具设计应注意的问题。(a)模腔容积为坯料体积的5倍，一次将粉料加完。(b)烧结后预制件收缩率35，有时高达510。(c)模具间隙要求不严，以使空气易逸出面粉料不会挤出为准。(d)模具可用中碳钢，内部粗糙度，最好镀0.05O08mm的硬铬。F4薄带车制用一般车床削成薄带，厚度01mm为宜，宽度1525mm，衬大设备可更宽一些。用缠绕法制成F4塑料坯管，作衬钢管用。用厚度01mm、宽度1525mm的F4沿一个方向缠绕，搭接宽度50，来回缠绕5次达1mm厚度，作钢管内衬。用01015玻璃带，宽1530mm缠绕34层。缠绕方向同凡带。如图424所示。放炉中烧结，若用远红外炉烧结，距热源50mm左右，炉内20kW左右电炉丝加热450以上。烧结温度为(3805)，F4达到塑化温度烧结在一起。妒内自然冷却至200取出脱模。投入水池中冷却，解下玻璃带取出F4管。F4管翻边，模具用钢制镀铬或用1Crl8Ni9Ti制成。将F4管两端加热，热源用盐浴加热，其盐浴配方为45NaNO3+55KNO3混合盐浴。熔点226，最高可加热600。翻边控制温度400左右。将F4管一端放放400盐浴中12s，呈半透明，取出速插入锥形扩口模具中，再插入直边定型模具定型。F4管质量检查a内衬用F4管质量外观内壁平整、光滑，洁白，不得有裂纹。b水压检查不同直径管件水压试验条件如下。DN2550mm03MPaDNl25200mm01MPaDN65100mm02MPaDN250300mm005MPa保压10min，观察是否变形、凸鼓、渗漏或冒汗等。c高频电火花检测有无微孔裂痕F4衬钢管、铸钢管、玻璃钢管DN25300mm。钢管厚度为2mm，钢管内表面喷砂处理。玻璃钢管壁厚38mm。用松衬法衬F4管道、弯头、三通、四通先将F4管一端翻边，套上2mm厚的石棉橡胶垫圈，然后入钢管内，另一端再套上2mm厚的石棉橡胶垫圈，再翻边，用法兰面压紧热定型，使表面平整贴合法兰上。如图4-25所示。F4内衬里管道公称直径DN25300mm，长度2m，还可衬600mm以下的F4衬里管道。F4衬里管道主要技术指标aF4内衬厚度DN25125mm时，内衬厚(1202)mm；DNl50300mm时，内衬厚(1402)mm。b.F4内衬强度抗拉强度18MPa；相对伸长率200。c使用温度钢衬F4管道在-20200时，其公称压力与管法兰标准相一致。-20以下外套需配用相应的耐低温钢管(F4内衬管温度范围为-195250)。玻璃钢衬F4管道常温-150(150时，常压)下使用。d.量高使用压力钢衬F4管道，16MPa；玻璃钢衬F4管道，06MPa氟塑料衬里管道的应用F4衬里主要应用于耐高温、高压、强腐蚀介质的场合。a.上海金山石化总厂用F4松套衬里防腐管道应用实例。介质中含溴，原用无缝钢管及配件，使用寿命只有12个月，钢管即变形或穿孔。改用F4内衬钢管后，使用一年以上未发现腐蚀。b.某化工厂在介质为100苯、次氯酸和盘酸的666氯化液中使用F4内衬钢管后，使用一年以上未发现腐蚀。c湖南株洲化学工业集团公司设计院在氢氪酸装置中使用F4衬里管道，温度为200，使用效果良好。在粗馏塔釜的塔节上衬F4，收到一定效果。d太原钢铁公司第七轧钢厂酸洗槽，采用带金属网格的F4衬里槽体、加热器、管道使用效果良好。e北京化工厂氧氯化车间从原联邦德国引进的生产氯乙烯单阵装置中，有分离残液生成副产品盐酸的管道。原设计使用改性聚丙烯管道，由于露天操作，管道易老化、破裂，经常发生问题停车。改用几管道后，使用一年未出现腐蚀，正常使用。F46系由四氟乙烯(F4)与六氟丙烯(F6)共聚而成。F46相对密度为214217，熔点为288(F6共聚物1516)，使用温度-85+205，化学稳定性与F4相似。a上海塑料研究院用F46衬钢管，可翻边。在苛刻条件下输送腐蚀性的气体和液体，十分可靠。b上海树脂厂氯甲醚生产中腐蚀严重，对人身危害严重。介质甲醛37、甲醇30，氯化氢40，温度70，真空度300mmHg(1mmHg=133Pa)。钢管衬F46，使用一年多情况良好。c上诲石化公司腈纶厂输送介质，NaSCN15，异丙醚5，HSCN98，H2SO45，NaOH22。过去用不锈钢管，腐蚀一直很严重，采用F46塑料衬里管后，27处静密封点，都没有出现泄漏现象。(2)ECTFE氟塑料化工管道。ECTFE是乙烯三氟氯乙烯的氟聚合物，美国AUSirnont公司商品名为HALAR的氟塑料，即属于此类氟聚合物。耐腐蚀性能ECTFE是一种热塑性氟聚合物，带有一个独一无二的化学结构，即一种带有改变了顺序的乙烯和三氟氯乙烯共聚物。ECTFE对极大多数的无机化学、有机化学以及有机溶剂，有非凡的抗腐蚀能力。到目前为止没有一种溶剂能在120条件下侵蚀ECTFE或引起裂缝。只有与氯化溶剂接触才能引起轻微的溶胀。而不耐熔融碱或热的胺类(例如苯胺、二甲胺)。耐高温下的氯和氯衍生物的性能特别突出。ECTFE具有优良的耐腐蚀性能，极低的渗透率，优良的电性能且表面光滑，能阻止微生物的增长，可在低温到149的温度范围内安全使用。它不但具有突出的抗冲击性能，而且是一种具备相当机械强度的坚韧材料。德国BGADeuschland标准，允许用于食品和饮水领域。主要的物理性能HALAR的ECTFE树脂具有优良的抗热降解，高能光辐射和耐候性，能忍受149171的高温，是抗辐射性能最佳的聚合物之一。高温使用寿命预测，见表4-47。表4-47高温使用寿命预测使用温度/使用寿命/a使用温度/使用寿命/a1651017521704.51801.25a.力学性能HALAR品脾树脂的机械强度十分优良，与其他氟塑料相比，如TEP(聚全氟乙丙烯)、PVDF(聚偏二氟乙烯)，在抗冲击性能、耐磨性、拉伸强度等方面，显示了优良的综合性能。b电性能HALAR品牌的ECTFE树脂，电性能十分优良，有很高的电阻与低的介电损耗，优良的绝缘性，显示了能完整无损的保护传输信号，在电缆方面的保护应用，十分受欢迎。它的耐电弧性亦十分优良，按ASTMD495标准测试，可达130s。HALAR氟塑料加工工艺可采用挤压、注塑模压、吹塑以及旋转模塑成型等，亦可采用流化床或静电喷涂工艺。对用于石化领域的装置及管道来说，ECTFE树脂是适宜薄片衬里的材料，例如泵、阀、容器、贮槽以及管件等。013018mm厚的HALAR品牌的ECTFE薄片涂层可耐盐酸、氟硼酸、硫酸、NaOH之类介质腐蚀。a注塑成型料筒成型温度，后段240、中段250、前段260、喷嘴265。清洗料筒，加入适量的ECTFE氟塑料，每次排料后，应稍等一段时间(约23min)，使料筒内ECTFE得以充分塑化。调整注射量，摸具温度120150。注射压力10MPa，注射时间8s，总成型周期30s。熔体的适宜温度在270。b.流化床成型工艺加工部件240，放入ECTFE树脂沸腾12s的时间即可移出。最后在烘箱内加热熔融部件，表面涂层均衡熔融。适用于小部件及复杂部件的涂装。c使ECTFE树脂粉末粒子在一个操作室内带电，紧密黏附于巴预热至240271左右的部件，可得013076mm不同涂装摩度。适用于比较重的部件生产。d旋转模塑成型简称滚衬成型，管道本身即可作为模具。预先加热涂装部件，然后把树脂粉末喷射到处旋转状态的部件表面，利用部件的热量使树脂熔融并黏附在部件表面，保证部件薄片衬里的厚度均匀，部件先除锈，除油达到表面处理标准。铁呈灰白色的金属光泽。保证一定厚度，杜绝针孔，用10000V的电火花检测仪，无针孔为合格。应用实例采用HALAE品牌的ECTFE树脂可用于大型罐衬里，管件、阀件涂覆，涂层粘着牢固、坚韧、抗弯曲抗变形。广泛应用石油、化工、排水、洗涤、污水处理系统。其表面清洁，在食品、纯水领域中也有应用。a氢氟酸辅送管道2550mm管道长约90m，用于输送70HF，采用ECTFE氟塑料薄片衬里，已使用约2年，无渗漏和腐蚀迹象。b次氯酸钠输送管道玉米淀粉的生产过程涉及到复杂碳水化合物的次氯酿钠与其他化学品的处理。最终获得纯而白的产品。次氯酸钠对碳钢管材腐蚀严重，75mm钢管内衬ECTFE薄片，使用2年多未发现腐蚀泄漏，使用良好。(3)聚乙烯塑料衬里管道。聚乙烯可作为化工管道设备和贮槽等的耐腐蚀衬里材料，也可用热喷涂法喷涂衬里层。由于它的刚性小，所以只能用它制造小型的化工管道、阀件、衬套、垫片等、由于它的摩擦性能好，可以用来制造小载荷齿轮、轴承等。聚乙烯的绝缘性能好，作为水底高频电缆或一般电缆的包皮，已得到广泛的应用。聚乙烯塑料的性能聚乙烯具有优良的耐腐蚀性能，在室温下几乎任何有机溶剂都不能使它溶解；但在7080时，脂肪烃、芳香烃、卤代烃等(如丙酮醋酸乙酯、乙醚、汽油、苯、二甲苯、二氯甲烷、四氯化碳)能使它溶胀，当陈去溶剂后它又恢复到原来的状态。当温度超过70时，聚乙烯能少量地溶解在甲苯、醋酸戊酯、二氯乙烯松节油、氯化烃、石油醚、矿物油及石蜡中。在60以下耐50的硫酸、40的硝酸、浓盐酸、各种浓度的盐类和碱类溶液的腐蚀。聚乙烯最主要的缺点是较易被氧化，如在室温下可被氯磺酸破坏，超过60时被硝酸氧化。聚乙烯的耐腐蚀性能同聚氯乙烯差不多，但在一些介质(氢氟酸、甲酸)中它优于硬聚氯乙烯，而在另一些介质(如氯、硝酸、乙醛)中则不如聚氯乙烯。聚乙烯塑料管材聚乙烯加工成型的管材，外径1063mm。聚乙烯塑料由于刚性小，只宜模制零件及小型化工容器。大多用于衬里以及粉末喷涂，作衬里的施工基本相似于硬聚氯乙烯。聚乙烯塑料的机械加工性能近似于硬聚氯乙烯，可以用钻、车、切、刨等方法加工。薄板可以剪切。聚乙烯热成型温度为105120。可以用木制模具或金属模具热压成型，要根据不同密度控制热压时的冷却速度，以控制产品的结晶度，一般多采用速冷成型。聚乙烯通常用单面坡口。聚乙烯焊接机理同聚氯乙烯，惟焊接时不能用压缩空气作载热介质，要用氮气或其他非氧化性气体，以避免聚乙烯塑料的氧化施焊时焊条角度要大于90，约120左右。施焊温度约在280300之间。聚乙烯悬浮液衬里a底漆配方环氧树脂(828)30g甲基乙基酮250g固化剂(四亚乙基五胺)3.6g高压聚乙烯粉(E)40g二甲苯20g注：高压聚乙烯粉(E)为日本产品。按上述次序加入，充分搅拌，马上施工防止固化。b.聚乙烯悬浮液面漆配制，见表4-48表448聚乙烯悬浮液面漆配方原料配比/g白色黑色高压聚乙烯粉10050异丙醇250375高压聚乙烯粉(加0.51炭黑)-100要充分搅拌，白色悬浮液用第一至第三层涂层，黑色悬浮液用于第四至第六层涂层。c.衬里工艺被涂部件除油(需3002h)、喷砂、涂底漆要匀一些，100干10min、150烧结30min后自然冷却。涂聚乙烯第一层涂层100干10min、150烧结30min，第二、三、四层涂层与第一层一样。涂第五层涂层100干10min、150烧结3060min后自然冷却。中间检查针孔，涂第六层涂层100干10min、150烧结200min后，从炉中取出立刻淬火，即为完成。用兆欧表检查，要求通过2500V电压，涂膜厚度(1204)mmd聚乙烯塑料喷涂方法管道喷砂除锈后加热到200250，用喷粉枪将聚乙烯粉喷到加热管道上，速溶在管道表面，与衬涂管道同步冷缩为一体，无接头，无焊缝，无气泡，衬层均匀。一般衬塑管道规格，DN25100mm，长30006000mm，涂层2.54mm，直径越大，厚度也越大。(4)线性低密度聚乙烯(LLDPE)滚塑才里管道。滚塑防腐技术的原理，将衬的管道作为模具放到滚台上，然后加热旋转，到一定温度，把塑料粉加到管道上。塑料熔化涂覆在管道上，冷却后为成品衬里管道。滚塑工艺选用LLDPE为原料，耐腐蚀性能好、熔体流动性好、热稳定性好、力学性能好。能将熔体中的气体迅速排出。把LLDPE、少量的添加剂按配比混合，经粉碎机粉碎，过4080目筛备用。滚塑工艺如下表面喷砂除锈上滚台试转旋转加热(一定温度)加LLPE粉(反复多次)冷却检测(用电火花仪或针孔仪)制品表面除绣达到级，见国际涂装前钢材表面绣蚀等级和除锈等级(GB892388)。衬里层必须100用电火花检测仪(或针孔仪)检测，不允许有击穿现象。最低检测电压(u)的确定：u=7843(为衬里层厚度，mm)。滚塑衬里管道，防腐管道含直管和管配件，规格为DN10300mm等，直管一般推荐长度L25DN为好。对DN25以下的小规格产品，用滚塑成型相当容易，但用衬胶等方法却很难做出合格产品。LLDPE的耐腐蚀性能目前滚塑衬里所用的原料主要以LLDPE为主，它具有PE的耐蚀性，耐温性高于普通PE(聚乙烯)，耐温65。根据实际应用经验，它可到100左右。对非氧化性酸，如盐酸、稀H2S04、HF、稀HNO3、碱和盐溶液都有良好的耐蚀性，尤其是对36HCI、50HF等，特别稳定，但不耐浓HN03和其他强氧化剂的腐蚀。对有机溶剂常温下一般耐蚀性良好，有些溶剂能使其溶胀。LLDPE滚塑防腐产品的主要技术特性线性低密度聚乙烯(LLDPE)塑料的传热性差导热系数=029W(mK)，是一种良好的保温材料，工程中利用这一特性，将它制成管材，用来输送热水或原油。在输送原油时，可减少石蜡的析出，具有防结垢和耐氢氟酸等介质腐蚀的性能。(见表4-49)。表4-49LLDPE滚塑防腐产品的主要技术特性项目测试方法指标密度/gcm-3ASTMD15080.920.96使用温度/-60100厚度/mmASTMG1277(GB121485)48结合力/Nm-1ASTMB57179(GB121485)4.68105断裂伸长率/ASTMD63813.5拉伸强度/MPaASTMD638(GB527085)17.10弯曲强度/MPaASTMD638(GB9343)16.70冲击强度/kJm-2ASTMD256(GB1843)41.8表面电阻/ASTMD26731043105导热系数/W(mk-1)0.29应用实例a沈阳化工股份公司输送纯盐酸、盐水管道、用滚塑衬里LLDFE管道DN80、DNl00的管道约1000m，使用效果良好。b制药厂在生产磺胺管道上应用，效果良好，使用3年多。介质为30HCl、HCI气、混合稀酸(氯磺酸、盐酸、硫酸等)、磺化液(对乙基酰胺基等磺酸)，温度为室温65。c沈阳化工集团蜡化股份公司给排水分厂，用DN50150mm约1000m衬LLDPE管道，效果十分理想。d抚顺热电厂的水处理管道，已采用滚衬LLDPE的管道。滚衬防腐技术在100左右的盐酸、次氯酸、湿氯气、稀硫酸(80以下)等介质使用效果很好，可取代衬橡胶、R-PVC和部分搪玻璃防腐技术，是衬橡胶、衬塑(PVC、PE、PP等)、玻璃钢和部分搪玻璃防腐技术的换代产品。滚塑防腐技术由于具有操作简单、方便、成本低、衬里层光滑、无接缝，防腐效果好等优点，为防腐技术开辟了一条新途径，是很有推广价值的防腐实用技术。第 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