陶瓷阀在氯碱工业中的应用研讨

2022-11-23 20:33陈国顺郑渊陈素婷
佛山陶瓷 2022年8期
关键词:陶瓷材料工业生产介质

陈国顺 ,郑渊 ,陈素婷

(1.永嘉县泵阀科技创新服务中心,永嘉325105 2.特技阀门集团有限公司,永嘉325100)

1 前言

工业生产中,很多工艺操作介质,均包含了盐酸、次氯酸钠以及烧碱等具有腐蚀性的液体和气体,受到化工生产行业本身特殊性的影响,想要保障生产质量,就必须针对加工流水线所配置仪表的标准及规范做好管控。仪表的类型包括过程控制和过程检测两种仪表,且为了确保仪表的运行状态,还必须针对所选择的仪表材料、形式按照高标准、严要求处理,确保氯碱生产效益能够就此提升。鉴于此,本次研究展开具有重要现实意义。

2 陶瓷材质特性分析

一般而言,陶瓷材料的构成,主要以天然物或是经过成形、高温烧制而成的化合物所组建而成,从本质上分析,该物质属于一类无机非金属物质。对陶瓷材料的特性分析时,可以从两方面对其加以划分,即可以分为结构陶瓷和功能性陶瓷两种[1]。其中,前者主要是指能够直接应用到工程结构材料中,辅助施工的一类陶瓷材料,此类陶瓷的特性包含了强度高、耐高温性强、弹性模量高、抗热震能力强、硬度高以及耐磨损等内容。对结构性陶瓷进行分类时可发现,其可以分化为三个系列,分别是氧化物系列、非氧化物系列以及结构用陶瓷基复合材料系列三种[2]。与前者相比,后者的特性包含了生物、电、磁、光、化学、超导、声等诸多特性,不同特性之间,甚至还具备了相互之间进行转化的功能。随着工业生产技术水平的不断提升,陶瓷材料在工艺生产领域中的应用范围以及应用广度越来越大,并充分凭借硬度高、熔点高以及耐氧化能力、耐磨性强等生产加工应用优势,受到更多化工企业的关注、加工产业采购青睐[3]。在所有的工程材料中,陶瓷材料的刚度属于其中最适宜的区间范围,刚度和硬度具有最高的优势,且硬度甚至已经超出了1500hV,使得陶瓷材料成为化工生产,尤其是氯碱化工生产的最佳选择方案[4]。据行业报告显示,现阶段,火力发电、垃圾焚烧、矿山造纸以及钢铁冶金等行业中,均纷纷开始采用陶瓷阀门生产厂商的产品,用以支持恶劣的化工生产环境下的加工作业顺利完成,促进化工企业效益增长。

3 陶瓷阀门在废水回收及腐蚀性介质处理中的应用研讨

3.1 陶瓷阀门在废水回收中的应用

工艺生产过程中,部分管道介质本身携带一定的变化特性,对其变化原因分析可以发现,主要结合生产工序的变化而随之产生变化,且变化中,介质的酸碱度也会出现改变[5]。例如,在进行氯碱工业生产时,烧碱生产环节下,电解工序树脂塔想要实现再生,必须经历反洗、酸再生、水洗、碱再生的步骤,此时就会出现两种废水形式,分别是酸性和碱性两种废水。为了提升废水的利用率,本次研究中技术人员采纳了分段回收方案完成废水处理。在此过程中,技术人员发现,管道之内的废水,会形成酸、碱两种废水出现阶段性的交替互换情况[6]。结合现有的工业生产现状来看,使用该介质的气动阀门在处理时,均比较倾向于选择全衬塑单座调节阀,但是此种调节法在应用时,所受到的限制条件比较多,不仅需要保障现场的温度条件适宜,对于压力条件的配置也必须处理到位。以F46(FEP)为例,其是一种氟塑料,氯碱生产中,要求介质的温度不得高于150℃,一旦温度过高,将会在极短的时间内,各个部件衬的F46 就会出现变形、软化等状况,造成阀门关闭不够紧密,增加产品化工生产液泄漏量,造成生产资源浪费。

3.2 陶瓷阀门在腐蚀性介质处理中的应用

在工业生产领域内,专业人员一般会将陶瓷视作“所有无机材料之母”。长期以来,传统的陶瓷一直带有耐腐蚀、耐高温以及强度高的优势,随着工业产业规模不断伴随市场需求量增长而扩大、发展,为新型陶瓷的性能提升、适用范围以及使用领域拓展起到了促进作用。在此行业背景下,经过技术人员的深入分析发现,在新型陶瓷中,其构成中的主要原材料有三种,分别是氧化镁、氧化铝以及二氧化硅,正是此类物质的存在,才赋予了陶瓷极强的耐腐蚀能力[7]。

目前,在硅、盐等类型的化工生产行业中,陶瓷阀的应用率极高,分析其构成,主要是一类全衬陶瓷硬密封陶瓷球阀,阀门的阀体主要以陶瓷形式为主,陶瓷的构成以不锈钢衬陶瓷为主,陶瓷表面所有与金属之间需要衔接的部位,均使用热配工艺进行了加工处理,以此提升不锈钢与陶瓷之间衔接的牢固性和可靠性,对于陶瓷的整体机械强度增长也发挥了重要作用。当结构陶瓷被制作成陶瓷钢时,与介质相接触的位置,材料构成都是结构陶瓷材料。

现阶段,由陶瓷材料所生产的阀门应用于专业领域后,显著提升了阀门的耐腐蚀能力,可以满足除了氢氟酸以外其他任何化工介质产品的产生需求。另外,在温度配置上,陶瓷阀门可以承受的最高温度已经达到220℃,相较于传统衬塑阀来讲,耐高温能力明显升高。由此可见,在氯碱工业生产中,因生产介质通常以碱性或是酸性一类腐蚀性较强的材料辅助生产,此时充分将陶瓷材质的球阀应用于生产中,对于生产效益提升具有重要作用。

4 液氯充装工序及高压负压条件下陶瓷阀门的应用研究

氯碱工业生产中,经常需要使用到液氮这一材料辅助生产。从生产原理上来分析,液氮的生产,主要是依赖于对气体性质的调控,即通过施加压力和降低环境温度的方式,将氯气做液化处理。分析液氮时可发现,纯度足够高的液氮,对于工业生产管道乃至阀门,并不具备腐蚀性。但是,当在原料氯气之中,所含有的水量过高时,就会随之出现腐蚀类问题。氯碱工业现场生产中,当运输管道及生产流水线平稳运行一段时间之后,就会造成阀门卡塞一类问题出现,并伴有不同程度地调节困难类问题,致使生产线停工检修,影响工业生产企业运营效益。面对上述情况,技术人员需要做管道拆分处理,拆除后一般会发现阀门位置会堆积大量呈黑色或是褐色的物质,堆积物质中含有大量的二价铁、三价铁。对此进行原因整理后,技术人员认为,当生产系统中所包含的水分过高时,会开始对管道形成腐蚀,随着腐蚀程度的加深,会导致管道内铁锈开始脱落并慢慢堆积起来,随着液氮的流动,统一涌至阀门处,造成阀门故障问题。

一般来讲,充装液氮时,所流经的工艺程序十分复杂,要求技术人员必须保障充装现场的安全性与可靠性,尤其需要做好自动切断阀以及调节阀的管理,确保关键时刻发挥断阀功能。因介质特性,管道压力大、温度低且在抽真空阶段中有负压情况,对阀门的选型要求很高。采用金属硬密封球阀抗压、抗拉,但是如果氯气处理阶段水分含量高,便会腐蚀密封面及阀芯,造成阀门内漏,存在安全隐患。衬塑阀门有很好的耐腐蚀性,可是其使用条件不能有负压,如有负压,会造成阀门内腔的衬氟塑层被吸出、脱壳,导致阀门开启、关闭发生故障。陶瓷材质球阀具有陶瓷抗腐蚀的特性,而且还能抵抗冷热冲击,在空气中加热到1000℃以上,急剧冷却再急剧加热,也不会碎裂。通过对液氯充装工艺进行分析,选择合适材质的陶瓷球阀,可以满足此工况。通过与陶瓷阀生产厂家进行技术交流,对现有阀门进行结构改进,陶瓷阀应用于液氯充装是有条件可以实现的。

5 电石渣浆以及固体颗粒介质中陶瓷阀门的应用分析

5.1 电石渣浆中陶瓷阀门的应用

本次研究中,所用于生产的氯乙烯材料,主要以乙炔法为主。具体的生产加工过程中,电石的主要结构材料以碳化钙为主,而碳化钙的构成,则包括焦炭等一系列碳素原材料,且碳化钙中还会含有一定量的生石灰材料,上述两种材料需要经过加工处理后,才能合成出碳化钙,合成场景的设定,需要在电阻电弧炉之内完成,且需要保持炉内一直为高温状态。

当电石与水之间生成反应后,会随之生成渣浆,此类渣浆主料以氢氧化钙为主,同时还会伴有一定量的焦炭、二氧化硅、焦油杂质以及碳酸钙等原材料。生产中,受到电石渣浆中含有物的影响,会对渣浆管道的阀门形成极大的冲击力,尤其是焦炭、矽铁以及碳酸钙等物质的存在,对于管道的冲击力以及磨损更为严重。

为此,技术人员在针对此问题进行处理时,主要选用的排渣阀是一种金属闸板阀,该阀门主要被安装在发生器的底部位置,因此阀板也主要以金属构成为主。经过技术人员现场的分析能够发现,闸板的磨损问题,主要是受到电石渣浆中的杂质冲击所出现,且由于闸板原本的表面抗冲击能力比较弱,在较短的生产时间段之内,闸板表面就变得粗糙,甚至在长期投用于生产后,还会形成阀门内漏等一系列问题。

为了避免出现上述问题,闸板维护人员工作中不得不针对其增加检修频率,不仅增加了检修任务量,还会在一定程度上浪费生产资源。此外,氯碱工业生产中,还会存在一些含有固体颗粒的生产区域,该类区域一般携带一定的腐蚀性,如果在此区域中仅是使用衬塑阀芯完成施工,必然会在一定程度上造成发闸板出现磨损问题,长时间生产运行后,必然会出现闸板表面粗糙问题,致使闸门内部开始出现更多的内漏故障,同时也会诱发卡塞类问题出现。

5.2 固体颗粒介质中陶瓷阀门的应用

在结构陶瓷中含有一种材质,其属于一类氧化硅,该物质具有超硬的特征,密度比较小,润滑性能、抗腐蚀性能以及耐磨损能力比较突出。经过技术人员的深入分析发现,此种氧化硅所具备的特性,可以考量将其应用在氯碱工业生产中,并使用此种材料制造陶瓷阀。随后为了验证结构陶瓷中的氧化硅材质是否可以应用于阀门生产,技术人员搜集了氧化硅在其他领域中的应用资料,发现其主要被应用于机械密封环、轴承、永久性模具以及汽轮机叶片等各类机械构件的生产之中。

技术人员为了进一步提升结构陶瓷在不同生产工况中的应用价值,还同步开发了更多形式的阀门生产和试验工作。经过一系列的试验研究后,技术人员整理各项分析资料后认为,选择全陶瓷或是钢衬陶瓷两种产品形式,可以满足氯碱生产中的各项需求。

此外,陶瓷型产品的材质本身就携带一定的润滑功用,有利于促进工业生产中的密封性得到进一步提升,在耐磨性方面也更为突出,使得金属密封面泄漏类问题能够在第一时间得以解决和优化,抗腐蚀能力也比较强大。进行硬度较高的介质颗粒生产,或是开展既有颗粒又有腐蚀性的介质生产时,陶瓷类材料的优势仍旧无可比拟,完全可以满足氯碱工业生产中的严苛要求,提升生产效率及生产效益。

6 结论

综上所述,结合本次研究内容可以发现,结构陶瓷在工业生产中属于一类新型的陶瓷,此类陶瓷在结构优势上具有硬度大、强度高、绝缘性突出、可耐高温、抗腐蚀能力和抗氧化能力均比较突出等优势,同时还具有抵抗冲击力的条件。氯碱生产中,将陶瓷阀应用于强酸或是强碱环境中,均可凭借其稳定的物理性能,保持在稳定的状态下。伴随着现代化工业生产的不断发展和进步,结构陶瓷对于生产条件的要求并不高,即便是极为严苛或是工程作业条件下,均能够凭借稳定的机械性能保持工业生产产品的质量。目前,在多个行业与领域中,结构陶瓷这一工业材料的应用优势以及受青睐度均比较高。未来的行业发展中,必然会伴随着的陶瓷行业不断进步,在化工以外领域中的应用,也会陆续得以拓展,促使陶瓷工艺水平随之提升,最终为我国工业产业发展开启新思路。

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