搪玻璃反應(yīng)釜亦稱搪瓷化工設(shè)備,由于其既有金屬的強(qiáng)度,又有玻璃的耐腐蝕性等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于制藥、染料、石油化工、食品、國(guó)防等工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究領(lǐng)域,以代替昂貴的不銹鋼和有色金屬,為經(jīng)濟(jì)建設(shè)做出了巨大的貢獻(xiàn)。但是大多數(shù)企業(yè)在固定資產(chǎn)管理中,卻由于搪玻璃反應(yīng)釜具有金屬與非金屬二重材質(zhì),非金屬瓷釉易破裂而將其列為低值易耗品管理,從而使搪玻璃反應(yīng)釜在企業(yè)裝備管理上的地位顯得不突出。加之使用不當(dāng)也比較容易損壞,因此壽命周期不盡一致,一般都比較短。一旦損壞,品質(zhì)明顯下降,迅速被淘汰。有的企業(yè)廢舊搪玻璃反應(yīng)釜堆積如山,這就明顯地降低了設(shè)備的投資效益。因此,如何延長(zhǎng)搪玻璃反應(yīng)釜的壽命應(yīng)當(dāng)引起有關(guān)設(shè)備管理工作者的高度重視,認(rèn)真地加以研究。筆者從多年的工作實(shí)踐中得到幾點(diǎn)體會(huì)。
l、配置搪玻璃反應(yīng)釜應(yīng)充分考慮工藝條件的適應(yīng)性
搪玻璃反應(yīng)釜是用含硅量較高的瓷釉在高溫(900℃)條件下燒制于金屬冶體表面,使二者發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng),以化學(xué)鍵方式牢固地結(jié)合成一整體,從而具有抗沖擊、耐腐蝕、光滑美觀、絕緣、耐熱、耐磨等性能,既具有較高的強(qiáng)度,又具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性。因此可以用于氣態(tài)、液態(tài)、液固態(tài)的各種化工過(guò)程,如化學(xué)反應(yīng)、蒸發(fā)、濃縮,結(jié)晶、聚合、合成、萃取、皂化、磺化、氯化、硝化等單元操作。由于瓷釉又有其缺點(diǎn),質(zhì)脆、熱穩(wěn)定性差、不能經(jīng)受急劇的溫度變化和局部過(guò)熱,故在配置時(shí)應(yīng)充分考慮工藝條件的適應(yīng)性。
耐腐蝕是搪玻璃反應(yīng)釜較突出的一個(gè)特點(diǎn),在一定的溫度和壓力條件下,它對(duì)于無(wú)機(jī)酸、有機(jī)酸、弱堿液、有機(jī)溶劑等介質(zhì)有很強(qiáng)的抗腐蝕性,尤其在鹽酸、硝酸、王水等強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)中優(yōu)于不銹鋼。但它對(duì)于氫氟酸、濃磷酸、強(qiáng)堿等耐腐蝕性差。經(jīng)驗(yàn)證明:搪玻璃反應(yīng)釜對(duì)于任何濃度及溫度的氫氟酸、濃度10%~30%溫度大于200℃的硫酸、RH>12,溫度大于100℃的堿液都不能耐腐蝕在濃度30%以上溫度大于180℃的磷酸中,濃度10%一20%溫度大于150℃的鹽酸中都會(huì)被強(qiáng)烈地腐蝕,因此搪玻璃反應(yīng)釜的配置,必須有的放矢,切不可盲目濫用。
據(jù)有關(guān)資料介紹,瓷釉的抗拉強(qiáng)度為29-88MPa,抗壓強(qiáng)度為588-1226MPa,抗彎強(qiáng)度為24.5-49MPa,許用溫度不大于120℃,耐溫急變小于120℃,甚至70℃。可見(jiàn)瓷釉的強(qiáng)度較低,熱沖擊性能差,所以作為壓力容器配置時(shí),必須慎重,嚴(yán)禁作高、中壓或低溫容器配置,若用于低壓容器也應(yīng)認(rèn)真校核其許用壓力。一般來(lái)說(shuō),承受內(nèi)壓不很過(guò)0.196MPa,承受外壓不很過(guò)0.589MPa,允許操作負(fù)壓應(yīng)小于500mmHg,同時(shí)操作溫度應(yīng)限于~180℃。
2、使用搪玻玻設(shè)備應(yīng)充分注意瓷釉保護(hù)延長(zhǎng)搪瓷設(shè)備的壽命
搪玻璃反應(yīng)釜外表的瓷釉容易破裂,一旦破裂,介質(zhì)從破裂處滲入金屬表面,引起殼體腐蝕穿孔;輕則使物料流失污染環(huán)境,重則釀成中毒、爆炸、火災(zāi)等重大事故。搪瓷設(shè)備大名用于有毒、易腐蝕、易然易爆及防止金屬離子污染的化工效程,安全程度和產(chǎn)品潔凈度要求都比較高,因此必須充分注意瓷面保護(hù),免遭損傷。局部受力或受力不均是瓷釉破裂的主要原因,在運(yùn)輸、安裝過(guò)程中嚴(yán)禁磕碰、倒置、刮劃、不平衡受力等。閑置、待裝的搪玻璃反應(yīng)釜,裸露的瓷面應(yīng)妥善保護(hù),防止被金屬等硬物砸傷。使用時(shí)發(fā)現(xiàn)壁面粘結(jié)物料,或出料時(shí)物料堵塞應(yīng)采用軟質(zhì)工具清除、疏通。溫度急變、局部受力、氫爆是瓷釉損傷的工藝因素。瓷層一般都較薄,約0.8-1.5mm,故有一定的導(dǎo)熱性,因此搪玻璃反應(yīng)釜多用作既要求耐腐蝕,又需要傳熱的場(chǎng)合。生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格控制工藝條件,正確操作,嚴(yán)禁很溫很壓運(yùn)行,加載或卸載的速度不宜太快,避免設(shè)備冷態(tài)時(shí)加熱料、熱態(tài)時(shí)加冷料,防止因壓力和溫度的大幅度波動(dòng),驟冷驟熱而產(chǎn)生熱應(yīng)力。嚴(yán)禁在搪玻璃反應(yīng)釜外壁直接施焊,必須在夾套上開(kāi)孔或焊接時(shí),應(yīng)采用電焊快速焊接,并有可靠的冷卻措施。不允許采用氣焊,防止局部過(guò)熱。另外,由于酸與鐵接觸產(chǎn)生氫效反應(yīng)會(huì)使瓷層發(fā)生氫爆而剝落,因此使用中應(yīng)防止搪瓷鋼板一側(cè)與酸液接觸或夾套內(nèi)注入的冷、熱流體含有酸性介質(zhì)。瓷釉保護(hù)有利于延長(zhǎng)搪玻璃反應(yīng)釜使用壽命。
3、修補(bǔ)技術(shù)
采用修補(bǔ)技術(shù)主要是修復(fù)破裂瓷面,瓷面破裂并不意味著搪玻璃反應(yīng)釜壽命的終結(jié),現(xiàn)代維修技術(shù)提供了修復(fù)的手段。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)搪玻璃反應(yīng)釜的修補(bǔ),大致有金屬修補(bǔ)法、中頻或紅外線加熱修補(bǔ)法和膠接劑修補(bǔ)法等幾種方法。金屬修補(bǔ)法是將黃金、鉭等耐腐蝕金屬鉚于搪瓷上,由于黃金、鉭等都是貴重金屬,使用中有很大局限性。如果將搪瓷粉料涂于設(shè)備破損處,采用中頻電感應(yīng)加熱,使粉料熔化成瓷,這種方法由于燒結(jié)溫度較高(800-900℃),溫度梯度不易掌握,易造成舊瓷崩裂。
膠接劑修補(bǔ)法是一種較普遍、較簡(jiǎn)單的方法。常用的膠接劑有無(wú)機(jī)膠接劑,如水玻璃膠泥;有機(jī)膠接劑,如酚醛膠泥、吠喃膠泥、環(huán)氧膠泥等。由于其特性各異,選用時(shí)同樣應(yīng)考慮工藝介質(zhì)的適應(yīng)性。水玻璃膠泥對(duì)濃硝酸、濃硫酸介質(zhì)是較經(jīng)濟(jì)、較合理的粘結(jié)材料,但這種材料抗?jié)B透能力差,耐稀酸和耐水性不好。樹脂膠泥的抗?jié)B性和粘結(jié)強(qiáng)度都較好,其中環(huán)氧膠泥的粘結(jié)強(qiáng)度較高,但其耐酸性不如酚醛膠泥,耐堿性不如吠喃膠泥。酚醛膠泥耐堿性較差。為了提高膠泥的性能,在非氧化性稀酸介質(zhì)設(shè)備上,多采用環(huán)氧一酚醛或環(huán)氧一吠喃膠泥作粘結(jié)劑。在強(qiáng)氧化性介質(zhì)的破損瓷面修補(bǔ)時(shí),宜采用水玻璃膠泥。水玻璃膠泥在強(qiáng)氧化介質(zhì)中具有穩(wěn)定的耐蝕性能,是一般膠泥無(wú)法相比的。為改善、提高水玻璃耐酸膠泥的抗?jié)B性,除對(duì)原材料的選用、配合比和養(yǎng)護(hù)條件加以控制外,還可以適當(dāng)摻入吠喃樹脂或磷礦渣,這些化合物起著隔離薄膜作用,防止殘存的硅酸鹽和固化劑的滲出,提高抗?jié)B性。膠接劑的性能關(guān)系到修補(bǔ)質(zhì)量、選擇時(shí)不僅要分析其耐蝕性,還要綜合考慮諸如粘接力、溫差應(yīng)力、收縮應(yīng)力等性能指標(biāo)。
(1)粘接力搪瓷釉是由硅酸鹽燒結(jié)而成,而常用的膠接劑均為有機(jī)高分子物質(zhì),二者由于分子結(jié)構(gòu)上的差異,粘接力不易滿足修補(bǔ)要求。
(2)溫差應(yīng)力由于金屬殼體、搪瓷釉與膠接劑等材質(zhì)的熱膨脹系數(shù)、彈性模量的差異,在交變溫度作用下產(chǎn)生的溫差應(yīng)力不同,其應(yīng)力幾乎抵消了其粘結(jié)強(qiáng)度,造成假補(bǔ),膠接劑只是附在搪瓷表面上,外界稍有影響就會(huì)脫落。
(3)收縮應(yīng)力一般膠接劑、樹脂的固化過(guò)程都是縮聚反應(yīng),收縮應(yīng)力較大,固化產(chǎn)生的收縮應(yīng)力明顯地降低了粘結(jié)強(qiáng)度。
可見(jiàn),膠接劑修補(bǔ)搪玻璃反應(yīng)釜的關(guān)鍵是改進(jìn)膠接劑的性能,克服收縮應(yīng)力,減少溫差應(yīng)力,提高膠接劑與搪瓷釉面的膠接強(qiáng)度。為了克服膠接劑的收縮應(yīng)力,可采用輝綠巖粉和石墨粉作膠接劑的混合填料。輝綠巖粉中含的金屬氧化物與膠接劑中酸性固化劑發(fā)生作用,引起體積膨脹,克服膠接劑的收縮。而不透性石墨粉的加入有效地彌補(bǔ)了由膨脹引起的孔隙率增大,使其既有一定的耐腐蝕性,又有足夠的高溫粘結(jié)強(qiáng)度。為彌補(bǔ)孔隙率增大還可以采用粘貼玻璃片的措施,將底層膠接劑保護(hù)起來(lái)
隨著改革的深化和社會(huì)的發(fā)展,市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈。企業(yè)為優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu),增強(qiáng)發(fā)展后勁,都希望加快設(shè)備的更新改造。由于受資金限制,不可能在短期內(nèi)更新太多設(shè)備,而適時(shí)采用國(guó)內(nèi)外日趨完善和成熟的數(shù)控技術(shù)改造舊設(shè)備則成為行之有效的措施。這是因?yàn)椋簲?shù)控技術(shù)改造舊設(shè)備投入少,見(jiàn)效快經(jīng)過(guò)數(shù)控技術(shù)改造后的機(jī)床,其加工精度、整機(jī)性能都得到不同程度的提高。保留原機(jī)床的普通絲杠.改造后的機(jī)床將不低干新普通機(jī)床的精度;采用滾珠絲杠的可達(dá)到經(jīng)濟(jì)型玫左車床的精度;若采用中檔與介質(zhì)隔離,相對(duì)地提高了膠接劑修補(bǔ)的效果。修補(bǔ)時(shí),膠接劑越薄,粘接強(qiáng)度越高,但膠薄,介質(zhì)容易侵蝕,粘貼玻璃片可以解決這一問(wèn)題。為了減少由于膠接劑與搪瓷設(shè)備兩者材質(zhì)的熱膨脹系數(shù)和彈性模量不同,而在溫度變化時(shí)產(chǎn)生的溫差應(yīng)力,采用帶溫施工可以使高分子量的膠接劑降低稠度,使其內(nèi)聚力小,浸潤(rùn)性好,粘結(jié)強(qiáng)度高。粘結(jié)強(qiáng)度隨施工溫度增高而增大,但溫度太高不易施工,一般施工時(shí)將設(shè)備升溫到50℃左右,保持3小時(shí),待被修補(bǔ)部位預(yù)熱,在帶溫條件下粘接并固化,當(dāng)降到常溫時(shí),由于殼體和膠接劑收縮系數(shù)不同,使其產(chǎn)生一定的預(yù)應(yīng)力。當(dāng)運(yùn)行時(shí)的溫度變化,溫差應(yīng)力首先抵消這部分預(yù)應(yīng)力,以達(dá)到補(bǔ)償作用。為了提高修補(bǔ)質(zhì)量,防止假補(bǔ),施工前還應(yīng)認(rèn)真除銹和脫脂。局部修補(bǔ),銹面不大較好采用砂布、刮刀等除銹;大面積修補(bǔ)或銹蝕嚴(yán)重,不易機(jī)械除銹可采用化學(xué)方法,如酸洗。除銹后應(yīng)用無(wú)水乙醇擦凈修補(bǔ)面的粉塵和油污,及時(shí)施工,防止二次銹。雖然修補(bǔ)技術(shù)是一種補(bǔ)救的辦法,但是只要方法得當(dāng),仍然可以收到較好的效果,這是延長(zhǎng)搪玻璃反應(yīng)釜壽命的有效途徑。
總之,搪玻璃反應(yīng)釜在化工生產(chǎn)中占有很大比重,盡可能地延長(zhǎng)其使用壽命,不僅有效地提高企業(yè)的設(shè)備投資效益,充分發(fā)揮設(shè)備的綜合效能,降低生產(chǎn)成本消耗,也有利于安全生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)。