聚四氟乙烯(PTFE)管道连接施工的几点经验

马永宏 冯江博 邓擎旗(西安航天化学动力厂，陕西 西安 710025)

聚四氟乙烯(PTFE)管道连接施工的几点经验

马永宏 冯江博 邓擎旗(西安航天化学动力厂，陕西 西安 710025)

随着防腐技术的进步,防腐材料不断推陈出新,其中聚四氟乙烯(PTFE)以其优异的化学稳定性、耐高温和耐化学腐蚀特性,越来越受到人们的重视,是理想的防腐首选材料,成为当今不可缺少的重要材料之一。而在具体的应用当中,由于PTFE材料本身具有的高润滑不粘性，所以PTFE管道的连接较麻烦，通过对热风焊条焊接法和手工翻边法两种加工手段的实践对比，来谈谈本次项目实施过程中PTFE管道连接的经验教训。

聚四氟乙烯(PTFE)连接；热风焊条焊接法；手工翻边法

0 引言

聚四氟乙烯(Teflon或PTFE)，俗称“塑料王”，是当今世界耐腐蚀性能最佳的材料之一，由四氟乙烯经聚合而成的高分子化合物，具有优良的化学稳定性、耐腐蚀性、密封性、高润滑不粘性、电绝缘性和良好的抗老化耐力，熔点327℃，沸点400℃。能够耐强酸、强碱、强氧化剂，即使在沸腾的王水中，也能安然无恙。迄今为止，仅发现熔融的碱金属和三氟化氯等极少数物质能与它反应，可以广泛应用于各种需要抗酸碱和有机溶剂的场合。同时，能在-190℃～+250℃的较广温度范围内均保持优良的力学性能，允许骤冷骤热，或冷热交替操作。这种卓越的化学稳定性与热稳定性，使它成为优良的化工防腐材料[1]。用作工程塑料时可制成聚四氟乙烯管、棒、带、板、薄膜等。

某工业厂房的建设过程中，根据工艺要求，该工房部分房间要满足生产产生的废浓硫酸、浓硝酸的排放需求，依据PTFE材料优良的化学稳定性，设计选用PTFE管材作为工艺管道。但由于PTFE材料本身具有高润滑不粘性，所以PTFE管材的连接较麻烦，本文旨在阐述本次项目实施过程中，对PTFE管道连接积累的经验。

1 市场考察

经市场调研发现，PTFE管材和管件价格昂贵且加工难度大，大部分厂家可加工的管材长度为0.2～2m，极少数厂家根据设备条件，管材长度最大加工至4.2m。本次项目所需的排放管道总长度约为300m，在满足工艺需求的前提下，从减少接口和节省投资的角度考虑，管道选择管径为DN75，壁厚为5mm，长度为4.2m的纯PTFE管道，管道转弯、分路连接采用不锈钢弯头和三通，利用不锈钢法兰连接，房间内地漏采用尺寸为10cm*10cm，厚度为1cm的PTFE材质方形地漏，地漏低于耐酸瓷砖5mm，不设置防臭弯头。对于采用机械排污的，污水泵采用不锈钢外壳保护，PTFE管道与污水泵采用不锈钢法兰连接。为了后期维修方便，室内外管道敷设在地沟内，管道安装完成后采用固定支墩(采用300mm*300mm*300mm的C25砼包裹，包裹避开管道接口；在弯头、三通分路200mm处须进行包裹处理)进行固定，室内坡度为2.5%，室外坡度为0.3%。管道整体施工完成后进行闭水试验，经检查试验合格后，再加盖板封盖，并预留维修检查口。房间内地漏与管道对接缝采用耐酸水泥砂浆粘接连接，地漏低于耐酸瓷砖5mm。

2 选择施工方案

2.1 方案

经与工艺、设计、厂家等相关人员专题讨论，确定以下两种方案：

(1)方案1 ：热风焊条焊接法

本方法是用可熔性聚四氟乙烯(PFA)焊条(具有可熔性及熔体流动性好的特点，能有效润湿PTFE表面)，将PTFE管道与PTFE法兰垫片在高温下焊接，然后利用不锈钢法兰连接。

具体做法：先在焊接部位开坡口，采用“V”或“X”坡口，并用丙酮或乙醇溶液把焊接部位擦洗干净。调节焊枪加热器，使离焊枪喷嘴10mm处热气温度达420～480℃，将PFA焊条垂直于焊接处，焊枪以45°倾角靠近焊接面，与焊接面保持5～10mm距离，运条速度60～80mm/min[2]，并微微上下升降，以防止局部过热，使PTFE焊接面熔融，同时将焊条熔融在一起，待冷却后对焊缝机械加工至所需程度。注意焊接时会产生少量的有毒分解气体，所以必须装设局部排气装置，防止作业人员吸入体内[3]。

现场对焊接完成后的样品进行检查和破坏性实验后发现，多数样品焊缝不均匀，存在质量缺陷。究其原因，是焊接过程中电焊机的电流、电压与管道的转速、冷却时间、管道端面对齐等因素不易控制，过分依赖焊工的经验和责任心，稍有不慎，就会产生不合格的焊缝，而不合格的焊缝会给整个管道系统带来不可估量的危害，因此方案被否定。

(2)方案2：手工翻边法。

即对PTFE管道端口进行加热翻边，利用PTFE管道自身的翻边代替PTFE垫片，然后利用不锈钢法兰连接。

翻边设备包括工作台、电炉、耐热容器、不锈钢平板、扩口模具、翻边模具、切割机等。(部分设备见图1)

具体流程如下：

①锯口：用切割机将PTFE管道端面切割平整；

②定尺：将PTFE管道预留10mm的翻边尺寸；

③扩口：将耐热容器放置在电炉上，把扩口模具固定在耐热容器底部，为便于经加热软化的PTFE管道与扩口模具分离，在耐热容器中加入硝酸钠粉末(熔点为306.8℃，在扩口过程中为熔融状态)(见图2)。将PTFE管道套在一个120°的圆锥体形状的扩口模具上加热，同时加压，缓慢进行扩口，要保持该模具维持在380～400℃为宜；

④翻边：经扩口后，PTFE管道的端面温度达到300℃左右，这时将其移至固定在不锈钢平板上的翻边模具，完成翻边(翻边完的样品见图3)。如翻边挡住法兰孔，可用砂轮机、磨光机打磨清除即可；

⑤检测：主要察看翻边好的PTFE管道端面是否平整、光滑，不能有裂痕、凹陷、偏移以及杂质附着。

⑥安装：在翻边后的PTFE管道上加设不锈钢法兰片，后将两个管道接口采用不锈钢螺栓、螺帽组装；在转弯、分路时采用不锈钢弯头、三通对接安装。

⑦试验：管道安装完成后，对地漏排放，先采用清水进行灌水试验、通球试验，管道无渗无漏、畅通后，再采用浓硫酸进行试验；对利用潜污泵排放的管道，根据设计要求采用水进行压力试验，经试验管道无渗漏后，再加盖盖板。

⑧试运行：设备试验完毕后，地面废弃的浓硫酸、浓硝酸根据地面坡度，自然流入地漏内，地下室内废弃的浓硫酸、浓硝酸流入集水坑后，采用潜污泵排放，待排放结束后，从检查口观察管道的使用情况，确保后期使用安全。

经现场对翻边后的样品进行检查，发现大部分样品的翻边沿管道端口整个圆周面平滑对称，无裂痕、凹陷及杂质附着，效果良好。因聚四氟乙烯是典型的柔软聚合物，大分子间的相互引力较小，刚度、硬度、强度都较小，在应力长期作用下会变形，受载时容易出现蠕变现象，是典型的具有冷流性的塑料，进而影响法兰间密封的可靠性，连接时在PTFE管道与不锈钢法兰之间垫一个PTFE垫圈。

2.2 工艺的确定

综上所述，方案2较方案1对施工人员的技术要求低，易于实现，且加工后的PTFE管道端部整体性好，管道之间连接部位密封可靠。最终选择方案2作为施工工艺。

在此排废酸系统后续运行过程中，所安装的PTFE管道系统质量可靠，接头牢固，未发生废浓硫酸、浓硝酸渗漏的现象，避免了发生生产安全事故和环境受到污染，为安全生产奠定了坚实的基础。

3 结语

随着化工工艺技术的不断发展，腐蚀性介质的物料越来越多，材料防腐问题越来越受到关注。在大量的防腐生产实践中，由于PTFE材料具有的独特性能，使它成为目前工业防腐上应用最多、效果最佳的材料之一。随着科研手段和生产工艺的进步，适合PTFE管道连接的工艺将不断完善，PTFE材料在工业上将有更大的作为。

[1]张国晖.聚四氟乙烯在化工防腐方面的加工与应用[J].化学部成都有机硅应用研究中心.

[2]董高峰.聚四氟乙烯工件常用粘接和焊接方法[J].巨化工程有限公司仪表厂，有机氟工业.2005,4.

[3]陈新康.聚四氟乙烯的胶结和焊接[J].上海市有机氟材料研究所，塑料工业.1983.

[4]建筑工程施工质量验收统一标准GB50300—2013[S].