非金属防腐设备

2013-08-15聂崇岩中核第四研究设计工程有限公司050021

化工管理 2013年12期

聂崇岩(中核第四研究设计工程有限公司 050021)

一、前言

在化工、医药、石油化工、冶金轻工以及国防等众多领域，容器、管道等经常与各种强腐蚀性介质如酸、碱、盐等接触，腐蚀问题非常严重。腐蚀会引起设备损坏、产品和原料流失、能源浪费等重大经济损失，有时甚至造成火灾、爆炸、中毒恶性安全事故以及环境的污染。

在工程设计过程中，首先根据工作压力、工作温度、盛装的物料、设备造价等方面综合考虑，合理选择材料，以便做到设备设计合理，便于制造，运行中易维护和检修。

二、非金属腐蚀

2.1、非金属腐蚀特点

非金属没有化学溶解作用，其破坏一般是由于化学或物理作用引起的，如氧化、溶解等。非金属（除石墨、玻璃、陶瓷外）耐腐性不以腐蚀率作标准，而是以一定时间内的失强（%）、增重（%）和外形破坏等作为综合考虑的指标。非金属腐蚀不仅是表面腐蚀，内部腐蚀也很常见。非金属也会发生应力腐蚀破坏，如聚乙烯、不透性石墨在化学介质和拉应力的共同作用下破坏。

2.2、腐蚀的控制因素

腐蚀是一个非常复杂的过程，涉及到许多因素，如选材是否正确、结构设计是否合理、加工制造方法是否得当，操作条件是否严格、维修和管理的好坏等。设计时首先要考虑介质和环境的耐腐蚀性，如浓度、温度、不同形态（气、液、固）等的影响，正确的选择材料，然后进行合理的结构设计，最后实施可靠地加工制造技术来确保产品质量。

三、非金属设备

3.1、塑料设备

塑料有比较优异的化学惰性及良好的腐蚀性能，除强氧化性酸（浓硫酸、发烟硫酸）、芳香族及含氟的碳氢化合物和有机溶剂外，对一般的酸、碱介质都是稳定的。它有一定的机械强度，加工成型方便，焊接性能较好。但它热导率小，耐热性能差。广泛用于制造储存各种腐蚀性液体储罐、贮槽、容器等，也适用于储存多种液体，尤其在储存腐蚀性、危险性的液体方面使用效果非常好。

用于制造设备的塑料材质一般有硬聚氯乙烯（PVC）、聚丙烯(PP) 和聚乙烯（LDPE、HDPE）。聚丙烯无毒，耐热性和化学稳定性较高，温度可达到80℃，成型加工良好，机械强度较高，但低温下韧性较差；硬聚氯乙烯PVC 机械强度较高，刚性好，耐热性、韧性及成型加工性差；聚乙烯PE 无毒，韧性、化学稳定性和成型加工性良好，但其强度低、刚性差。

塑料材质普遍强度较低，因此一般内压容器工作压力不大于0.1MPa，真空度不大于0.091 MPa。

塑料设备受温度影响较大，23～50℃范围内材料的强度刚度就发生较大变化。一般最高工作温度为60～80℃。

由于塑料设备的强度刚度均不易保证，故设备容积不能过大。又因其易脆易损坏，也不宜存放极度和高度危害有毒介质。

塑料随着化学介质和环境条件的不同，可出现不同形式、不同程度的化学老化和侵蚀现象。

3.2、玻璃钢设备

环氧玻璃钢具有耐压好、强度高、刚度大、重量轻、寿命长、耐腐蚀、无毒无味、内表面光洁等特性。玻璃钢的耐腐蚀性，主要取决于树脂，尤其乙烯基脂进一步提高了玻璃钢的耐腐蚀性能、物理性能以及耐热性。在腐蚀环境中玻璃钢的耐腐蚀性能优于钢材，为提高玻璃钢的耐磨性，可以在树脂基体中加入适当的填料。玻璃钢的长期使用的温度取决于树脂基体的玻璃化转变温度和热变形温度。玻璃钢制品的力学性能影响因素很多，同种材料的制品会因施工工艺、成型办法、固化条件等因素，其力学性能相差很大。

玻璃钢没有明显的屈服强度，故玻璃钢容器壁厚可根据拉伸强度及合理的安全系数进行计算。机械缠绕玻璃钢容器的工作压力为-0.1 MPa～0.6 MPa;工作温度-40～120℃。玻璃钢材料低温性能好，冲击强度随着温度的降低而升高，在-40℃条件下仍能正常工作。

玻璃钢容器的失效主要是腐蚀渗透和力学破坏。玻璃钢壳体一般由三层组成：内层（树脂层和中间层）、结构层（增强层）和外层（保护层）。

缠绕工艺适于耐腐蚀管道、容器制造。缠绕工艺的特点：缠绕玻璃钢的比强度高于普通钢的三倍。缠绕制品质量稳定，生产的效率高，便于大批量机械化的生产，容易实现机械化和自动化。缠绕玻璃钢制品所用的纤维增强材料无须纺织，可减少纺织工序，从而降低成本。

3.3、石墨制设备

石墨为典型的脆性材料，它具有良好的耐腐蚀性和导热性；线性系数小，耐温度急变性好；机械加工性能良好；耐磨损、质量轻，温度升高但强度不降低。压型石墨元件表面不易结垢，能保证产品的纯度。缺点是机械强度低，弹性变形小，性能很脆，抗冲击能力差，抗拉强度小。石墨设备基本为厚壁设备，一般不发生材料抗压强度达到极限前失稳破坏，一般为筒体的强度破坏。

石墨设备大多用于常压和低压操作状态，且使用温度也不太高。石墨设备设计压力不大于2.4 MPa,设计温度-60～400℃。石墨设备材料一般为浸渍类不透石墨。石墨材料多用于换热器、塔器、过滤器、反应釜、吸收器等设备。

石墨设备设计中应尽量发挥石墨材料的抗压强度的特点，使石墨制元件处于承受压应力，避免或减小受拉应力和弯曲应力。换热器通道走向必须符合石墨各向异性所带来的最佳导热方向。作为加热设备，在采用树脂浸渍石墨、压型石墨及其胶结剂等与金属材料或其它材料相结合制造时应尽量减少用粘接结构。设备的主要石墨制零部件同时应尽量避免用粘接结构。