在生產(chǎn)過程中, 工藝介質(zhì)含有燒堿、鹽酸、次氯酸鈉、氯氣、氯化氫等腐蝕性液體和氣體, 因其化工生產(chǎn)行業(yè)的特殊性, 對生產(chǎn)中使用的過程檢測儀表及過程控制儀表都有明確的規(guī)范、標準, 對于選用何種材質(zhì)、形式的閥門更是有很高的要求, 因此如何選用適合復雜工況的閥門對提高氯堿工業(yè)生產(chǎn)控制的安全性、可靠性有很重要的意義。陶瓷閥門主要有陶瓷球閥 陶瓷刀閘閥 陶瓷排渣閥 陶瓷止回閥 陶瓷進料閥 陶瓷蝶閥等。

1 陶瓷材質(zhì)的特性及應(yīng)用

陶瓷材料是用天然或合成化合物經(jīng)過成形和高溫燒結(jié)制成的一類無機非金屬材料, 按其特性和用途可分為2大類即結(jié)構(gòu)陶瓷和功能陶瓷。結(jié)構(gòu)陶瓷是指能作為工程結(jié)構(gòu)材料使用的陶瓷, 它具有高強度、高硬度、高彈性模量、耐高溫、耐磨損、抗熱震等特性;結(jié)構(gòu)陶瓷大致分為氧化物系、非氧化物系和結(jié)構(gòu)用陶瓷基復合材料。功能陶瓷是指具有電、磁、光、聲、超導、化學、生物等特性, 且具有相互轉(zhuǎn)化功能的一類陶瓷。陶瓷材料在工藝生產(chǎn)領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越多, 具有高熔點、高硬度、高耐磨性、耐氧化等優(yōu)點。陶瓷材料是工程材料中剛度****、硬度****的材料, 其硬度大多在1 500 hV以上。目前陶瓷閥門已廣泛應(yīng)用于火力發(fā)電、鋼鐵冶金、垃圾焚燒、硅、鹽化工、礦山造紙、磨具磨料等行業(yè)的惡劣工況環(huán)境中。

2 陶瓷閥門在生產(chǎn)中應(yīng)用探討

2.1 陶瓷閥門在廢水回收及腐蝕性介質(zhì)中的應(yīng)用探討

在工藝生產(chǎn)中, 有些管道介質(zhì)是一直變化的, 隨著生產(chǎn)工序的不同, 介質(zhì)的酸堿性也會發(fā)生變化。例如在燒堿生產(chǎn)中電解工序樹脂塔再生環(huán)節(jié), 經(jīng)過反洗、酸再生、水洗、堿再生等步驟, 會產(chǎn)生酸性廢水和堿性廢水, 為了更有效的利用廢水, 將廢水進行分段回收, 管道內(nèi)的廢水就會階段性的出現(xiàn)酸性或是堿性。目前應(yīng)用于此類介質(zhì)的氣動閥門大都選用全襯塑單座調(diào)節(jié)閥, 但襯塑閥門的使用條件受溫度和壓力的影響較大, 因大都采用的氟塑料為是F46 (FEP) , 要求介質(zhì)溫度不能超過150℃, 否則, 閥門的各部件襯的F46及易軟化、變形, 致使閥門關(guān)不死、泄漏量大。

陶瓷被稱為無機材料之母, 傳統(tǒng)的陶瓷就具有耐高溫, 耐腐蝕、高強度的優(yōu)越性能, 隨著工業(yè)的不斷發(fā)展, 新型陶瓷的性能更是有很大的提高。新型陶瓷的主要原料有氧化鋁、二氧化硅、氧化鎂等, 具有很強的耐腐蝕性, 現(xiàn)應(yīng)用于硅、鹽化工行業(yè)有全襯陶瓷硬密封陶瓷球閥, 閥門閥體采用不銹鋼襯陶瓷形式, 金屬與陶瓷接觸部分全部采用熱配工藝, 結(jié)合牢固可靠, 增強了陶瓷的機械強度, 讓結(jié)構(gòu)陶瓷真正成為陶瓷鋼, 所有與介質(zhì)接觸的部分均為結(jié)構(gòu)陶瓷材料, 因此此類閥門具有極高的耐腐蝕性, 應(yīng)用廣泛, 適合除氫氟酸以外的任何介質(zhì), ****溫度可達220℃, 比襯塑閥耐溫能力有很大提高。在氯堿工業(yè)生產(chǎn)中大多為酸性、堿性等腐蝕性介質(zhì), 可考慮采用陶瓷球閥應(yīng)用于生產(chǎn)。

2.2 陶瓷閥門在液氯充裝工序及高壓、負壓條件下的使用探討

液氯的生產(chǎn)是利用氣體的性質(zhì), 對氯氣加壓、降溫將其進行液化。純液氯對管道和閥門是沒有腐蝕性的, 但是如果原料氯氣中含水份多, 便會造成腐蝕?，F(xiàn)場生產(chǎn)運行一段時間后, 閥門就會出現(xiàn)卡塞、調(diào)節(jié)困難等故障, 經(jīng)拆檢管道發(fā)現(xiàn), 在管道內(nèi)部有黑、褐色的物質(zhì)堆積在閥門處, 經(jīng)過實驗室分析其中含有Fe3+、Fe2+, 這是因為系統(tǒng)氯氣含水分多從而導致對管道造成腐蝕, 腐蝕過程中形成鐵銹脫落后慢慢堆積, 至閥門處而造成閥門故障[2]。液氯充裝過程工藝復雜, 需要自動切斷閥和調(diào)節(jié)閥保證整個過程安全可靠。因介質(zhì)特性, 管道壓力大、溫度低、且在抽真空階段中有負壓情況, 對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壓, 如有負壓, 會造成閥門內(nèi)腔的襯氟塑層被吸出、脫殼, 導致閥門開啟、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1 000℃以上, 急劇冷卻再急劇加熱, 也不會碎裂。通過對液氯充裝工藝進行分析, 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)廠家進行技術(shù)交流, 對現(xiàn)有閥門進行結(jié)構(gòu)改進, 陶瓷閥應(yīng)用于液氯充裝是有條件可以實現(xiàn)的。

2.3 陶瓷閥門在電石渣漿及含固體顆粒介質(zhì)中的使用探討

唐山三友氯堿有限責任公司采用乙炔法生產(chǎn)氯乙烯, 電石主要成分為碳化鈣, 碳化鈣是由碳 (焦炭等碳素材料) 和氧化鈣 (生石灰) 在電阻電弧爐內(nèi)于高溫條件下化合而成的, 電石和水反應(yīng)后會產(chǎn)生以氫氧化鈣為主的渣漿, 另外還有水、焦炭、碳酸鈣、焦油雜質(zhì)、矽鐵、二氧化硅, 以及R2O3、MgO等。因電石渣漿中含有焦炭、碳酸鈣、矽鐵等物質(zhì), 對用于渣漿管道上的閥門磨損較大, 該公司用于發(fā)生器底部的排渣閥為金屬閘板閥, 其采用的是金屬閥板, 電石渣漿中雜質(zhì)對閘板磨損, 閘板表面很快粗糙, 使用一段時間后, 就會出現(xiàn)閥門內(nèi)漏現(xiàn)象, 檢修頻繁。生產(chǎn)中其他含有固體顆粒的腐蝕性區(qū)域, 采用襯塑閥閥芯很快就會因為磨損而粗糙, 導致閥門易出現(xiàn)內(nèi)漏、卡塞等故障。

結(jié)構(gòu)陶瓷中有一種氮化硅材質(zhì), 是一種超硬物質(zhì), 密度小, 具有潤滑性, 并且耐磨損, 抗腐蝕能力強。正是氮化硅具有如此良好的特性, 人們常常用它來制造軸承、汽輪機葉片、機械密封環(huán)、****性模具等機械構(gòu)件。這種材料在近幾年已應(yīng)用于閥門內(nèi)件生產(chǎn), 目前市場上使用****的為陶瓷球閥, 為了能夠廣泛的適用各種工況, 其他型式的閥門也在不斷的研發(fā)生產(chǎn)中, 可以采用全陶瓷或是鋼襯陶瓷等形式滿足生產(chǎn)。陶瓷材質(zhì)的自潤滑性, 可以取得很好的密封性, 且具有高耐磨性, 能徹底解決金屬密封面易泄漏、不耐腐蝕的缺點。對于高硬度的介質(zhì)顆粒, 或是有顆粒又有腐蝕的介質(zhì)陶瓷材料具有無可比擬的優(yōu)勢, 完全能滿足工藝生產(chǎn)的苛刻要求。

3 結(jié)語

結(jié)構(gòu)陶瓷作為一種新型陶瓷, 具有良好的的硬度、強度、絕緣性、耐高溫、耐氧化、耐腐蝕、耐沖擊等特點。不管是在強酸還是強堿的狀態(tài)下, 都能保持其固有的物理性能, 處于一個相對穩(wěn)定的狀態(tài)。隨著現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展, 結(jié)構(gòu)陶瓷在非常嚴苛的環(huán)境或工程應(yīng)用條件下, 所展現(xiàn)的高穩(wěn)定性與優(yōu)異的機械性能, 在材料工業(yè)上已倍受矚目, 其適用領(lǐng)域、生產(chǎn)規(guī)模亦日漸擴大。隨著陶瓷行業(yè)的不斷興起, 新型材質(zhì)的不斷研發(fā)、新型裝配工藝的不斷進步, 陶瓷材料應(yīng)用于化工生產(chǎn)領(lǐng)域也會越來越廣泛。