碳化硅耐磨管道在石灰工序中的應用

李曉光

（唐山三友化工股份有限公司，河北 唐山063305）

在純堿生產中，在石灰工序所生產的渣漿、污水等使用管道進行輸送。因工藝條件不同，生產的這些介質溶液表現出不同的酸堿值，對管道具有一定腐蝕性；其流體在輸送過程中會對管道造成一定的沖刷磨損。

近年來，隨著科技進步，碳化硅耐磨材質的應用得到廣泛的推廣。我廠與設備廠家共同探討，試用碳化硅材質耐磨工藝管道，對石灰工序電除塵、洗滌塔設備排放的弱酸溶液管道，石灰乳、電石灰等渣漿系統的堿性溶液管道進行改造替換。經過長時間使用，效果良好，滲漏現象并不明顯。

1 與普通耐磨陶瓷、鑄鐵材質管道的比較

1.1 管道的工況環境

在我車間的工藝管道中工況條件并不相同，我們只以污水管道、灰乳和渣漿管道為例，將其工況條件概括說明如表1。

表1 工藝管道所處的工況

1.2 管道的使用周期

在特定的工況條件下，我車間除使用碳鋼管道外，在特殊材質選用上，曾前后應用過普通陶瓷管道、球墨鑄鐵管道和碳化硅管道。在表1中的工況條件下，將使用周期總結如表2。

表2 各種管道在不同工況下的使用周期

經過長期積累判定，對比使用不同材質管道的使用經驗，碳化硅材質的管道優越于其他材質，其原因是由于這種材質具有很大的硬度、耐熱性、耐氧化性、耐腐蝕性的特點。

2 碳化硅管道的安裝及使用經驗

2.1 管道的安裝要求

2.1.1 法蘭的聯接

由于局限于碳化硅管道的制造要求，備件形式基本類似于雙法蘭鑄鐵管或雙法蘭陶瓷管，聯接形式多為法蘭聯接。在高溫或低溫下運行的管道在安裝后應按規定進行熱緊或冷緊，一般在試運行期間保持工作溫度24h后進行。低溫管道，由于法蘭的螺栓表面凝結冰霜，應用甲醇將其融化后再進行冷緊操作。為了保證進行熱、冷緊工作人員的安全，在可能的場合應進行泄壓。若設計壓力小于6MPa（表壓）的管道，熱緊的最大內壓為0.3MPa（表壓）；設計壓力大于6MPa（表壓）的管道，熱緊的最大內壓為0.5MPa（表壓）。冷緊一般應卸壓進行。熱、冷緊的緊固力應適度，并應有相應的安全措施，以保證操作人員的安全。

2.1.2 法蘭之間的密封

法蘭密封面應清潔干凈，在墊片的兩面涂上防咬合劑：工作溫度不大于100℃或低于0℃時，螺栓的螺紋部分應涂上防咬合劑。選用防咬合劑的材質應考慮其是否會與管道內使用的介質相互反應的因素。

2.1.3 耐壓試驗

式中Ps——耐壓試驗壓力，MPa；

PG——工作壓力，MPa；

［σ］——常溫時材料的許用應力，MPa；

［σ］τ——工作溫度時材料的許用應力，MPa。

另外耐壓試驗以規定時間（一般為10min）內壓力不降，無泄漏及無可見變形為合格。

2.2 管道的使用經驗

普通陶瓷管道內壁采用陶瓷片與工業鑄膠融合，在管道內壁形成一道硬度較高的保護層，從而保護管道不受砂石磨損，降低溶液腐蝕的原理。但這種陶瓷管道在使用過程中容易造成貼片脫落，造成閥門堵死，降低泵體、葉輪的使用壽命；或因鑄膠灌漿制作陶瓷管道過程中有氣泡生成造成灌漿不均，因而造成管道局部泄漏，較難修復。

普通鑄鐵管道在制造成本上要低于普通陶瓷管道，但制作周期長，單批次生產費用較量高，且鑄鐵件開爐熔煉容易污染環境，該工藝受到國家相關法規限制，因此給管件的供應帶來一定弊端。

普通碳鋼管道在耐磨、抗腐蝕、抗沖刷等方面的表現均不如特殊材質的管道優越，但易于安裝維護，采購周期短，價錢合理。

碳化硅管道在制作上是使用注漿成型法，基本可以滿足廠家使用的各種管道尺寸和復雜結構。特別是在異徑三通、四通的管壁設計可以自由掌控沖刷區域的厚度；在泵出口、入口附近含有汽蝕的高流速區有較好的抗震性能；另外在北方的冬季溫度較低，經常會出現倒泵時因液體與管道溫差大，會發生較大的彈性熱脹冷縮現象，嚴重時會導致管道炸裂，此時有些廠家在相應部位會采用復合聚氯乙烯管道替代，但往往不能一舉兩得，而碳化硅管道適應瞬間冷熱溫差波動較大環境的能力極強，使用中并無炸裂、滲漏現象發生，一般碳化硅管道可適應－40～160℃長期工作，在現場環境中比較安全可靠，在使用性能上將優于上述類型的管道。

3 技術改造建議

3.1 管道尺寸的標準化

由于碳化硅管道的燒結后，附著在碳鋼管道上的耐磨層較厚，因此在保證管道的公稱直徑的同時，管道外壁尺寸將大于一般國家標準。建議廠家在管道配用的法蘭制作上盡量參照國家標準。例如：短節兩片法蘭的對開螺栓孔軸線需要與管道軸線平行。

3.2 易于管路聯接密封的方法

碳化硅管道的生產廠家供貨形式多為成型件，法蘭聯接，接口密封填充為四氟墊，安裝后的接口有滲漏的現象。解決辦法如下：法蘭的螺栓孔距、密封水線、厚度應依照國家或化工部的制作標準，且滿足客戶的要求，法蘭墊片在密封形式上可根據使用環境不同使用金屬纏繞墊片或者橡膠墊。例如我車間的管道接口處于液體流動的湍流區，易沖刷磨損，可使用聚氨酯橡膠墊配合防咬合劑，使用收效明顯。另外在增設角度、配有閥門的復雜管路對法蘭與管道之間不做固定，以此施工單位可根據現場環境判定管路走向后進行靈活處理。

3.3 根據使用周期合理制定拆檢計劃

若生產單位第一次投用碳化硅管道，應在正常使用的同時制定合理的定人、定時、定點的拆檢計劃，以此檢測管道的適用情況，保證生產連續穩定運行。

4 結 語

化工管道的耐磨、耐腐蝕、抗沖刷的性能決定著化工生產流程的穩定性，完全解決管道泄漏和長周期使用是一個技術難題。試用碳化硅管道2年時間來看，其產品穩定性好、安裝簡便，大大降低了維護成本，生產流程的穩定運行和現場環境有了明顯改觀。

［1］ 化學工業部化工工藝配管設計技術中心站.化工管路手冊［M］.北京：化學工業出版社，1994

［2］ 李纓，黃鳳萍，梁振海.碳化硅陶瓷的性能與應用［M］.咸陽：咸陽陶瓷研究設計院，2007

［3］ 郝寅雷，趙文興.反應燒結碳化硅陶瓷的制備及燒結原理［M］.長春：中國科學院長春光學精密機械與物理研究所，2000