延长搪玻璃设备的寿命

延长搪玻璃设备的寿命桑临春、项龙文翻译译者注：目前，随着我国化工、医药、染料、冶金、生物化工、食品等工业的高速发展，搪玻璃设备的需要量越来越大，应用更加广泛。但是，由于搪玻璃设备价格高，且又容易损坏，在实际使用过程中，一个很小的操作失误都会导致设备损坏，严重时整台设备都会废弃，给企业造成很大的经济损失。虽然现在搪玻璃设备修补技术有了较大的发展，出现了许多修补方法。但由于修补材料不过关，适用局限性大，这些修补方法只能修补一些使用条件不苛刻的设备，且使用时间短。而对于温度较高、腐蚀性较强的介质则束手无策。科学的操作和使用设备，熟知造成设备损坏的原因可大大延长搪玻璃设备的寿命。因此，我们翻译了美国一位搪玻璃设备专家的这篇文章，希望对我国搪玻璃设备的用户有所帮助，减少失误操作，减少财产损失。第一部分内部损伤1.碰撞和硬质研磨物的落入而造成的损伤。机械冲击是搪玻璃设备最普遍的破坏原因，如搅拌器掉入罐中这种大的正面冲击损坏。但也有些不易发现的破坏原因，如象螺帽、螺栓这些小金属件和一些固体颗粒或小东西不知不觉的掉入或从操作者的口袋中漏出掉入反应罐内。这些东西有可能会反应生成其他物质，特别是在酸性溶液中，但他们刚掉下去时会对设备造成不易觉察的损伤。这些硬质研磨物还会损伤搅拌器、挡板、温度计套管等。但当我们后来发现设备损坏时，已无法知道原因，因为金属块已溶解或从容器中排出。2.由于小的操作失误造成的损坏。搪玻璃是很坚固的，能承受一定的机械冲击。维修过程中，除因操作人员的鞋底有研磨物而造成搪玻璃面磨损外，人在容器内的来回走动是不成问题的。但在另外一些情况下，很小的失误也能造成设备损伤。例如，一只扳手敲在容器外部，从外面看无任何损伤，但在这个冲击力的作用下，里面的搪玻璃层可能会碎裂。3.搅拌轴的损伤在实际生产中一个较常见的操作方法是先把一批固体物料倒入容器内，然后添加液体介质，通过搅拌器将二者混合。有时，这样做是可以的，然而有时会因过载而使搅拌器无法启动，在这种情况下，操作者可能通过反复开、关来启动搅拌器，这种操作是不可取的。它可能会使搅拌轴受力过大而使搪玻璃层损坏。特别在聚合反应过程中，有时由于一种粘性物质的生成而引起搅拌轴挠度过大而使搪玻璃层损坏。有时，由于某种物质的形成可能使搅拌轴的转速达到临界状态，产生有害振动，导致轴弯曲，使搪玻璃层破坏，甚至还会损坏容器壁。搪玻璃设备在出厂时，都带有一定功率的电机以保证一定的转速。有时，随着工艺条件的变化要求改变转速，这时一定要小心，以防驱动装置和搅拌器不匹配而过载，损坏传动装置（电机），如齿轮，或使搅拌器受力过大而损坏搪玻璃。如果搅拌器的转速增加的太多，就会达到其临界转速而造成破坏。4.由于过大的热应力而造成的损坏搪玻璃容器允许一定范围的温度急变，制造厂也给出使用温度范围。对于一个容器，有夹套和无夹套的部分热应力相差较大。另外，由于设备管口搪玻璃层内的压力较小，因此有时虽然温差急变在制造厂允许的温度范围内，也有可能使搪玻璃层遭到破坏。另外，夹套上的进、出口的位置设计不当也会引起过大的热应力。夹套出口管要尽量靠近上接环。如果从出口反引入换热介质会导致过大热应力的产生而损坏设备。5.不合适的修补材料设备损坏后，用来修补的材料性能，必须达到容器的使用要求。目前美国搪玻璃设备用的标准修补材料是由钽、聚四氟乙烯垫和树脂胶组成的。钽的耐腐蚀性与玻璃很相似，但有几种化合物玻璃能耐其腐蚀而钽却不能，例如，三氧化硫或温度高于150℉的发烟硫酸及初生态氢气。氢气对钽无害，但当氢被激发成氢原子时就会对钽发生危害，例如，当把金属屑加入酸性介质中，发生还原反应，生成初生态氢，就会导致钽螺栓失效。除个别情况外，聚四氟乙烯耐腐蚀性相当好。修复材料中最弱的部分是树脂胶，不论多好的树脂胶，使用温度都不能超过375℉。并且树脂不能用于强氧化条件下，例如热硝酸、浓硫酸、溴、碘或氯气。修复材料的使用范围有一定的限制，不同的情况选用不同的修复材料。不合适的材料或不正确的修补方法将导致钢基体的腐蚀，造成搪玻璃衬里进一步腐蚀。6.由于形成原电池而造成高级合金钢配件和修复材料失效。搪玻璃设备上经常要用到插管、温度计套管和阀门等附属件，这些部件的材料一般为20号合金，镍基合金或不锈钢，这些附件和水溶液、修复材料钽一起形成了原电池，从而引起附件的电化学腐蚀，更严重的是，如果这些附件为阴极，就会产生激发氢，从而导致修补材料钽的脆化。解决方法：最简单的方法是不要使用不同的材料，附件要搪玻璃或用聚四氟乙烯制造。另一种方法是把钢壳体与附件进行电绝缘，但这样做起来很难。有一家制造厂在修复钉上加了一个陶瓷衬片，使钢壳与钽金属绝缘而解决了这个问题。在钽钉上安装一个小铂金头也可以从根本上解决氢裂问题。7.垫片失效一个垫片失效的原因可能在于：a与使用要求不适应；b安装时压力过重而失效；c在使用过程中由于温度变化造成的应力松弛，使不合适的或质量不好的垫片损坏。最严重的问题是引起鳞爆，由于垫片失效，酸液漏滴到钢壳上，生成初生态氢，它们渗透钢板聚集在搪玻璃层和铁胎的交界处，引起鳞爆。8.由于测温系统的原因而造成的热冲击破坏。容器内介质的温度是通过夹套中的换热介质来调节的，而夹套中换热介质的温度是根据容器中介质的温度高低来调节的，有时由于测温仪滞后，测温触头被污染，或由于物料位太低而测温头无法接触到等原因，造成无法获得物料的准确温度，从而使夹套中的换热介质过热或过冷而引起过高的应力。9.PH值的偶变和强腐蚀剂的直接加入引起的损坏。对于搪玻璃设备，在一定的温度范围，要求介质的PH值不能波动太大，但有时由于各种原因而引起PH值偶然增高或降低，使搪玻璃层遭受腐蚀损坏。有时，通过加入热的强酸或强碱来调节介质的PH值，这种高浓度的强酸或强碱有很强的腐蚀性，如果从管口加入，强腐蚀介质顺管壁流下，就会强烈腐蚀管口和容器壁。10.搪玻璃层的磨蚀。由于搪玻璃是硬的，所以耐磨性较好，然而有些介质是有研磨性的，以致于管口和配件都遭到严重的磨蚀（如搅拌器和折流板）。11.温度计套管的损坏。在设备运行时，温度计套管由于介质的冲击和磨损而损坏，甚至断掉。另外，温度计套管的垫片也会由于承受压力、温度变化、腐蚀、磨损而失效。温度计套管的损坏是不易发现的，除非它断掉，这样会引起更严重的设备损伤，特别是断掉的温度计套管头，会通过输送管而进入下面的设备，造成更大的危害。12.水和汽的腐蚀。除HF和热的浓磷酸（H3PO4）外，搪玻璃在很大程度上能耐几乎所有的强酸性腐蚀剂，在给定的PH值范围内，搪玻璃也能耐碱，但碱溶液的温度必须低于制造厂指定的温度。这有助于确保设备的预期寿命。当介质是中性时也会出现不容易被发觉的问题，因为在212℉或更高温度下的中性水能腐蚀搪玻璃层。13.由于不合理的焊接而引起的热冲击破坏。由于违章操作，在搪玻璃容器器壁上施焊，由于过大的热应力会造成容器内部搪玻璃层开裂，严重的是这种裂纹存在于搪玻璃层次表面，而外面看起来完好无损，但容器一经使用搪玻璃层就会剥落下来。14.高电压试验。所有的搪玻璃设备在出厂前，都要经受10～20KV的直流高电压火花试验。有时，用户也对搪玻璃容器进行40～50KV的交流高电压火花试验，结果在好好的搪玻璃层上出现了针孔。15.游离氟离子浓度太高引起的损坏。搪玻璃设备能容许一定量的氟离子，但有时在强腐蚀的环境中F+离子浓度可高达20ppm，这样高的浓度应引起注意。在操作过程中化学物质的周期性加入，F+离子浓度可达到很危险的地步，氟的聚合物如PTFE能游离出足够的F+而损坏搪玻璃层，回收酸中，特别是HCl，一般含有较高的氟离子，有的含氟化合物可作为反应物而不会有损伤作用，但如果发生分解，则会损害搪玻璃层。16.冷冻损坏。搪玻璃部件，例如：搅拌器、折流板、温度计套管都是用无缝钢管制成的。水和冷凝的蒸汽会进入这些构件，在较低的环境和生产温度下这些水会结冰，当它结冰后会膨胀，对搪玻璃复合体施加压力，引起搪玻璃层碎裂。冷冻损坏是比较普遍的，损伤的部件要替换或重搪。17.偶然的超压力损坏压力容器在设计时，在一定温度下都有特定的压力或真空度，但当容器使用后，在恶劣的条件下就会由于某种原因造成压力或真空度过高。例如：在聚合反应中，有时投料要比预计的反应速度快（大概是因为过催化或控制仪表失准的原因），大量的投料泡沫升起堵塞与减压装置连在一起的管口，压力超过设计压力，引起搪玻璃层产生裂缝，容器内过高的压力，甚至会危及人身安全。偶然的真空度过高也能引起搪玻璃层损坏，一个压力容器有一定的设计真空度，但有时真空度会猛增，例如，通气孔的聚四氟乙烯密封有可能倒塌，堵塞通气孔使真空度升高，当钢制压力容器内真空度超过一定值时，就会破坏搪玻璃层。18.搅拌器机械密封面的腐蚀搅拌器的机械密封装置中一般需提供冷却剂、润滑剂，这些液体会慢慢漏入容器中。但在生产过程中不允许有杂质掺入，因此用蒸馏水或去离子水代替冷却剂或润滑油，但没有经过处理的水会腐蚀密封垫外侧的钢搅拌末端，引起机械密封失效，最终损坏搅拌器末端的搪玻璃层。19.夹套温度急变损伤。这种不平常的损伤通常是由热急变引起的。当容器夹套内的蒸汽冷凝从而形成真空，驱使换热介质从循环层倒流回夹套，引起搪玻璃层损伤。例如，用蒸汽将投入的料加热，然后关掉蒸汽，夹套中的蒸汽冷凝，形成真空度，如果与夹套连接的冷水没关掉，那么冷水就会倒流而冲击容器壁。这会引起大面积温度急变损伤，这种损坏面太大以至于用钽钉或别的修补是不可能的，只能重搪。如果出现的损伤在一段时间内没发现，损伤处就会遭受更严重的腐蚀，容器就会报废。即使不超过生产厂允许的最大温差，温度急变损伤有时也会出现。20.静电释放失效。在一个容器中有不同状态的介质在运动，有的是导电的，例如含酸的溶液，有的是非导电的，如苯或非极性溶剂——能产生电荷。搅拌器的搅拌和物料自由落入容器都会增加静电产生的机会，由于静电的释放，就会产生两个问题：（1）如果容器内有可燃性气体，则会产生爆炸；（2）形成的静电放出的50000～100000V或更高的电压会损伤搪玻璃。聚增的电压能击穿搪玻璃层，虽然由高电压引起的针孔可以修补，但问题在于这些针孔在没有发现之前会扩大，随着投料次数的增加，这些孔会越来越多，最后导致无法修补。第二部分外部损伤1.设备的外部腐蚀虽然搪玻璃对酸浸蚀有很高的耐腐蚀性，但容器外部的铁胎对酸是没有抵抗力的。当罐盖或管接口没有拧紧或密封垫失效时就会有酸液漏出来而腐蚀铁胎。另外从所投原料中散发出的蒸汽会通过垫片渗漏出来，当他们遇到周围的冷空气时会冷凝沉积在管口法兰的外边缘和罐盖法兰的边缘腐蚀铁胎和搪玻璃层，使密封面宽度逐渐缩小直到失去有效的密封，更严重的冷凝酸滴到容器上，浸蚀铁胎引起容器内搪玻璃层鳞爆。当粉状物料投入管口时会出现一个问题：粉状化学药品留在容器外突出部位，由于有湿度而反应，引起鳞爆。2.容器支撑件的腐蚀。搪玻璃设备在安装时，支座或别的支撑件有时会直接安装在地板上，而地板上可能会沉积着腐蚀介质，从而腐蚀设备的支撑件，使各个支撑件的支撑力发生变化，导致内应力发生变化而损坏搪玻璃层，严重时还会引起管口和连接管道损坏。3.管口的应力在搪玻璃设备上，当用钢性管道和管口连接时，由于容器的热变形和管道受热或受冷产生的应力会损坏管道。另外，回流蒸汽和冷液体产生的热急变也会引起管口搪玻璃层失效。第三部分夹套出现的问题1.夹套腐蚀。在搪玻璃设备的夹套底部，很容易集积沉积物，特别是劣质冷水或废气残渣，一旦这些废物聚集在底部，就很容易产生原电池反应，大大加快腐蚀速度。2.夹套清洗时引起的鳞爆当用劣质水（如河里的冷水）作为换热介质时，随着时间的延长，夹套表面会出现水垢和氧化层，降低换热效率，这就要求定期清洗夹套。清洗时，如果清洗剂使用不当就引起鳞爆。3.由于盐水、蒸汽的相互作用引起的夹套腐蚀当CaCl2作为冷却剂和蒸汽进行热交换时，会出现一个普遍的问题：当热蒸汽和CaCl2溶液热交换时，盐分也被带到蒸汽中进入夹套，这大大加快了夹套的腐蚀速度，导致夹套过早失效。4.挡板的冲击损失夹套上所有热或冷介质的入射管口都按切线方向排列，以增