1.3.1.2 耐蚀非金属材料
目前国内外耐蚀非金属材料在化工生产中应用非常广泛。非金属材料具有优良的腐蚀性能,而机械性能可切通过増强等途径来弥补,在某些领域已有发展为取代钢材的趋势。
首先,非金属材料可用于制作整体化工设备,管道、风机、净化设备、植罐、容器、换热器、系和阀等。材辭为壁料、增强塑料、 石墨、陶瓷、搪玻璃等。其次,耐蚀衬里层。许多耐浊非金属材料防腐蚀产品是料钢作为外壳内衬非金属材料。这样,既利用了钢的优良机械性能,又充分发挥了非金属材稱优异的耐蚀性能。内衬 研浊非金属材料有耐酸砖板、天然岩石、铸石、橡胶、塑料、玻璃 钢、玻璃等。再者就是耐烛涂层;采用喷、涂、刷、浸等方法将巧 烛非金属材料1^:!涂膜方式附看于设备表面上,形成一层耐浊层•将 腐烛介质与设备隔离,达到防腐蚀的目的。通常也将非金属涂层保 护归人表面巧盖层防巧技术中。
(1)耐蚀塑料
耐浊塑料分为热塑性和热固性两大类。热奧性塑輯中,聚氛乙 播、聚衣筛、聚丙浦的应用占主流;氣塑料、氣化聚挺、荣苯硫挺 等工程塑料具有优异的耐蚀性能应用日益广泛,尤其氛树脂应 用面最广,增长速度也最快。热固性树脂有环氧、酚醛、聚酯、喃为主的四大树脂,大多制成复合材料使用,增氏率低于热塑性树 脂,因其强度和刚度差*通常通过纤维増强来制作防贿烛化工设备。 塑料制化工设备主要有管道、通风设备、净化设备、槽罐、塔器、换热器、泵、阀等,使用量趙来越大,如美国耐蚀塑料的使用占整个 设备费的5%左右>,1995年底塑料管占管道市场的5日;我国塑料 管道的应用也开始逐步増长+按长度计,聚氣乙烁替道占8. 8%,仅 次于碳钢和不锈钢管,名列第三。结构形式通常有全结构、衬里结 构、嵌镶结构和外部加强四种。
国外各种塑料管线及配件的生产已向大型化、专业化、复合化 方向发展。最大管径达800mm,长度Sm。全塑结构的塑料不能己形戒 了多品种、多规格、多系列的化工产品。流里为1〜:1200mVh,扬程 为20^12〇111*使巧温度达180亡材料有秦氛乙猜、聚乙贿、聚丙烯、聚偏二氣乙炼、聚四氣乙掃、聚苯硫隨等。国内全塑栗有离私累、磁力累、潜水果等*流量达扬程50m。全塑料阀口产品有隔膜阀、旋塞闽、球阀、单向阀等,其流体进口管直径已达 lOOmm。国外塑科制换巧器主要有板式和管式两种。板式換热器的 材料有聚两城、聚偏二巧乙稀等*换热面积可达到200m2。国内制造的直径2* 6m、髙15m稍酸吸收塔己使用了近30年,在世界上也是少见的。
(2)玻璃钢
玻璃钢即纤维增强高分子材料。目前国际上每年生产数百万吨, 约有四五万个品种。仅美国1990年巧量就达16万吨位,占玻璃贿 产童的13%。目前国外玻璃辆化工、环保领域应用最广< 菌外化 工用玻璃钢椅脂大多采巧间苯二酸聚醋,部分采用环氧和双配A,玄 赌善树脂的应用也在逐年增加,国内主要为聚酷、环氧、敵趁等树 脂。其中聚酯玻璃钢占玻璃钢总产量的80%。酚醛玻璃钢仍采用模 压成型,至今停滞不前。热塑性玻璃钢如玻璃纤维增强聚丙贿、棄 苯硫醋*近年来才发展起来,但发展非常迅速,前景很好。
耐蚀玻璃钢制品主要有贮罐、槽车、风机、管道等。围外巧璃 钢r罐、植车主要用于胆存化学品、石油、汽油等,用于制作风机 也非常广泛。国内为大化肥装置配套,已成功地研制出3. 5m直径的 轴流式风机叶片,效果很好。国外玻璃钢管道可分为大直径和中小 直径两类。中小直径为50〜lOOmnu多用玻璃纤维增强环氧脂塘 绕成型,一般在中温受压化工介质条件下使用。大口径为4日0〜 4000mm,多用玻璃纤维増强不饱和柔醋树脂缠绕成型,少量用环氧 树脂,主要用于上、下水,巧水处理,海水净化工程中。目前国巧 己巧制出带微机的大型缠绕机*可制造直径4m,长10m的玻璃钢管 道。胆请是化工生产的主要工艺设备,目前国外己成功地制造了 1000〜1500m3的胆槽,最大的可达4000m3,国内在消化吸化国外引 进的大巧化槽制造经验的基础上己能独立制造。
(3)石墨
石墨材料是以其优异的导热性能和耐腐蚀性能而发雁起来的,石墨制化工设备促进了氯碱工业的发展,主要用于制强巧袖介质的換 热设备。由于它的主要缺点是性腹和孔隙率髙,过去都采用扮處、环氧、喊喃等树脂制取浸谦石墨,后来又发展了石墨聚氛乙裙、石墨 聚丙巧和石墨氣塑料。随后又在憐酸、琉酸、石油化工、医药等工业中广泛应用。主要的石墨化工设备除换热器外,还有降膀式吸化 器、合成炉、泵、管道等,换热设备居首位,年产量和使用置均占 石墨搜备的3/4。在换热器中,竞争最激烈的是列营式和块孔式换热 器。目前国外列管式换热器最大换热面积已泣1790m’。固块孔式换 热器换热面积达120m。降膜式吸收器用于烏溶性气体吸收,主要用于生产盐酸,也可用于P〇s、HsS等可溶化气化的吸收。采用吞 墨降膜式吸收,传质怯热效率远高于塔式绝热吸收的效率*是氣巧 工业中一项重大革新。石墨合成炉主要用于燃物的懒烧和合成,如 氣气与氨气燃烧合成盐酸,黄憐槪烧生成Ps化等。国内外大多采用有墨设备,将合成、吸收、冷却等工序合并到一台石墨合成炉中完成,大大简化了生产工艺流程。
(4)搪玻璃
化学工业是搪玻璃设备的使用大户之一。主要的搪玻璃产品有应釜、贮槽、换热器、搅拌器、套管等。国外搪玻璃产品巧规格 很多.与国内外玻璃产品千篇一律的格局形成鲜明的对照。容积大* 是国外搪玻璃产品的一大特点。如搪玻璃反应斧积己达l〇〇m\肛 植容积为113m。更为重要的是:国外搪玻璃厂并不注重在增加产品 的巧量上,而是从瓷釉配方、炉密装置、搪烧工艺及铁泣选材与加 工等方面,保证产品的性能与质量。国内与国外的搪玻璃设备的主 要差距表现在:第一,瓷抽的配方,国内底釉和面釉的各项性能与国外均有较大差距,经不起高温长时间的搪锭;瓷釉配方的理化性能也大大低于国外指标。如美国底待列希公司300S号搪玻巧釉在酸酸性 <气相)介质中腐油速率为0. ‘dK在Imol/LNaOH
介质中腐蚀速率为0.9g/(m2 * d),耐几乎所有的有机酸和无机酸, 温度下可使用*平均寿命为目〜10年。第二搪爲工芝,国 外炉密温度均匀,最大温度差为1日C,产品上最大湿差在22 CUT; 严格地保证搪烧气氛,天然气燃料中不能含疏*含流对产品有致命 的影咱;搪烧时温度的升降缓慢,特别是在400〜600 C的搪烧危陸 区内,更注意温度的缓慢升降,远可由微机进行控制,与国内高温 (高60C)快烧完全不同。(5)工程陶瓷
近年来,世界工程陶瓷发展较巧,据统计,199日年底市场销售 额为200化美元。在化工装备中常用的精细锅瓷材料就是采用高纯 度的人造原料,通过接制原料的组成和材料的细微绍织而制成的一 种炼巧体。化学工业中,常巧的结构陶瓷有:氧化物系,如氧化裕、 氯化賴等;碳化物系,如碳化珪、碳化用等;氧化物系,如氨化珪、 氮化棚;复合物系,如莫来石、里青石等。其中氧化错陶瓷使用最 多最广,占60%左右*碳化赶陶瓷仅限于部分设备中 <如机械密封、 换热器,占20的左右),氧化拽及氮化珪虽引人注目,但目前由于成 本较窝,使用较少。
陶瓷材料具有优异的化学稳定性,除了对氨氣酸及窝精度的材料外,几乎对所有的化学品都具有优异的耐蚀性能。如部分稳定化 的氧化错和氧化馆瓷在典型的酸及巧溶液中的巧浊速率慨于 化05mm/a,a-碳化珪陶瓷在大多数溶液中腐蚀速率小于0• OOlmm/a, 氮化珪在沸腾的硫酸溶液中凡乎不发生巧蚀,这样窩的耐蚀性能是 金属材料及高分子材料不可比拟的。精细陶瓷在化工装备中可部分 代替吕前巧读用的巧热祸、不锈钢、钛合金制作泵、阀、管道、换热器、精密过滤器、检测仪器、塑料加工机械等。巧瓷材树既可lit 制作整体设备,也可以涂层或衬里的表面处理形式使其他材料免 于被侵蚀。
目前,国外开发的陶瓷化工揖备主要有换热器、巧应器、过滤 器、栗、風机等。巧日本百川岛巧磨重工业公司开发成功的梅瓷管 壳式换热器,管材为SiC陶瓷,管内走预热空气(预热至70日C),管 外走烟气(UOO亡),取得T节约4日% W上燃料的巧效果;法国石巧 研巧院开发T蜂窝型导热SiC頗瓷反应器的蒸汽裂解蔚技术,采用 烟道气加热,壁温度达1400仁,停留时间8〇1716, (物质的
量)石脑油的痛姪转化率大大增加,达33.3%。日本旭硝子工程公 司开发了一种多孔质y?堇青石陶瓷智妊巧器,耐热處性好,可连续 处理lOOO C的窝温含尘气体,过滤效率100%。国外陶瓷卧式离心泵、 磁力驱动泵、液环真空泵、所有与液体介质接触的部位采用陶资氧化铅、碳化硅制造,最高使用温度138摄氏度,工作压力为1.1MPa* 输送能力达1500iTi^h。资氧化铅、碳化硅制造,最高使用温度138摄氏度,工作压力为1.1MPa* 输送能力达1500iTi^h。