陶瓷閥在氯堿工業中的應用研討

田 娜

（唐山三友氯堿有限責任公司，河北 唐山063305）

唐山三友氯堿有限公司主要產品為燒堿及PVC。在生產過程中，工藝介質含有燒堿、鹽酸、次氯酸鈉、氯氣、氯化氫等腐蝕性液體和氣體，因其化工生產行業的特殊性，對生產中使用的過程檢測儀表及過程控制儀表都有明確的規范、標準，對于選用何種材質、形式的閥門更是有很高的要求，因此如何選用適合復雜工況的閥門對提高氯堿工業生產控制的安全性、可靠性有很重要的意義。

1 陶瓷材質的特性及應用

陶瓷材料是用天然或合成化合物經過成形和高溫燒結制成的一類無機非金屬材料，按其特性和用途可分為2 大類即結構陶瓷和功能陶瓷。結構陶瓷是指能作為工程結構材料使用的陶瓷，它具有高強度、高硬度、高彈性模量、耐高溫、耐磨損、抗熱震等特性；結構陶瓷大致分為氧化物系、非氧化物系和結構用陶瓷基復合材料。功能陶瓷是指具有電、磁、光、聲、超導、化學、生物等特性，且具有相互轉化功能的一類陶瓷[1]。陶瓷材料在工藝生產領域中的應用越來越多，具有高熔點、高硬度、高耐磨性、耐氧化等優點。陶瓷材料是工程材料中剛度最好、硬度最高的材料，其硬度大多在1 500 hV 以上。目前陶瓷閥門已廣泛應用于火力發電、鋼鐵冶金、垃圾焚燒、硅、鹽化工、礦山造紙、磨具磨料等行業的惡劣工況環境中。

2 陶瓷閥門在生產中應用探討

2.1 陶瓷閥門在廢水回收及腐蝕性介質中的應用探討

在工藝生產中，有些管道介質是一直變化的，隨著生產工序的不同，介質的酸堿性也會發生變化。例如在燒堿生產中電解工序樹脂塔再生環節，經過反洗、酸再生、水洗、堿再生等步驟，會產生酸性廢水和堿性廢水，為了更有效的利用廢水，將廢水進行分段回收，管道內的廢水就會階段性的出現酸性或是堿性。目前應用于此類介質的氣動閥門大都選用全襯塑單座調節閥，但襯塑閥門的使用條件受溫度和壓力的影響較大，因大都采用的氟塑料為是F46（FEP），要求介質溫度不能超過150 ℃，否則，閥門的各部件襯的F46 及易軟化、變形，致使閥門關不死、泄漏量大。

陶瓷被稱為無機材料之母，傳統的陶瓷就具有耐高溫，耐腐蝕、高強度的優越性能，隨著工業的不斷發展，新型陶瓷的性能更是有很大的提高。新型陶瓷的主要原料有氧化鋁、二氧化硅、氧化鎂等，具有很強的耐腐蝕性，現應用于硅、鹽化工行業有全襯陶瓷硬密封陶瓷球閥，閥門閥體采用不銹鋼襯陶瓷形式，金屬與陶瓷接觸部分全部采用熱配工藝，結合牢固可靠，增強了陶瓷的機械強度，讓結構陶瓷真正成為陶瓷鋼，所有與介質接觸的部分均為結構陶瓷材料，因此此類閥門具有極高的耐腐蝕性，應用廣泛，適合除氫氟酸以外的任何介質，最高溫度可達220 ℃，比襯塑閥耐溫能力有很大提高。在氯堿工業生產中大多為酸性、堿性等腐蝕性介質，可考慮采用陶瓷球閥應用于生產。

2.2 陶瓷閥門在液氯充裝工序及高壓、負壓條件下的使用探討

液氯的生產是利用氣體的性質，對氯氣加壓、降溫將其進行液化。純液氯對管道和閥門是沒有腐蝕性的，但是如果原料氯氣中含水份多，便會造成腐蝕。現場生產運行一段時間后，閥門就會出現卡塞、調節困難等故障，經拆檢管道發現，在管道內部有黑、褐色的物質堆積在閥門處，經過實驗室分析其中含有Fe3+、Fe2+，這是因為系統氯氣含水分多從而導致對管道造成腐蝕，腐蝕過程中形成鐵銹脫落后慢慢堆積，至閥門處而造成閥門故障[2]。液氯充裝過程工藝復雜，需要自動切斷閥和調節閥保證整個過程安全可靠。因介質特性，管道壓力大、溫度低、且在抽真空階段中有負壓情況，對閥門的選型要求很高。采用金屬硬密封球閥抗壓、抗拉，但是如果氯氣處理階段水分含量高，便會腐蝕密封面及閥芯，造成閥門內漏，存在安全隱患。襯塑閥門有很好的耐腐蝕性，可是其使用條件不能有負壓，如有負壓，會造成閥門內腔的襯氟塑層被吸出、脫殼，導致閥門開啟、關閉發生故障。

陶瓷材質球閥具有陶瓷抗腐蝕的特性，而且還能抵抗冷熱沖擊，在空氣中加熱到1 000 ℃以上，急劇冷卻再急劇加熱，也不會碎裂。通過對液氯充裝工藝進行分析，選擇合適材質的陶瓷球閥，可以滿足此工況。通過與陶瓷閥生產廠家進行技術交流，對現有閥門進行結構改進，陶瓷閥應用于液氯充裝是有條件可以實現的。

2.3 陶瓷閥門在電石渣漿及含固體顆粒介質中的使用探討

唐山三友氯堿有限責任公司采用乙炔法生產氯乙烯，電石主要成分為碳化鈣，碳化鈣是由碳（焦炭等碳素材料）和氧化鈣（生石灰）在電阻電弧爐內于高溫條件下化合而成的，電石和水反應后會產生以氫氧化鈣為主的渣漿，另外還有水、焦炭、碳酸鈣、焦油雜質、矽鐵、二氧化硅，以及R2O3、MgO 等。因電石渣漿中含有焦炭、碳酸鈣、矽鐵等物質，對用于渣漿管道上的閥門磨損較大，該公司用于發生器底部的排渣閥為金屬閘板閥，其采用的是金屬閥板，電石渣漿中雜質對閘板磨損，閘板表面很快粗糙，使用一段時間后，就會出現閥門內漏現象，檢修頻繁。生產中其他含有固體顆粒的腐蝕性區域，采用襯塑閥閥芯很快就會因為磨損而粗糙，導致閥門易出現內漏、卡塞等故障。

結構陶瓷中有一種氮化硅材質，是一種超硬物質，密度小，具有潤滑性，并且耐磨損，抗腐蝕能力強。正是氮化硅具有如此良好的特性，人們常常用它來制造軸承、汽輪機葉片、機械密封環、永久性模具等機械構件。這種材料在近幾年已應用于閥門內件生產，目前市場上使用最多的為陶瓷球閥，為了能夠廣泛的適用各種工況，其他型式的閥門也在不斷的研發生產中，可以采用全陶瓷或是鋼襯陶瓷等形式滿足生產。陶瓷材質的自潤滑性，可以取得很好的密封性，且具有高耐磨性，能徹底解決金屬密封面易泄漏、不耐腐蝕的缺點。對于高硬度的介質顆粒，或是有顆粒又有腐蝕的介質陶瓷材料具有無可比擬的優勢，完全能滿足工藝生產的苛刻要求。

3 結語

結構陶瓷作為一種新型陶瓷，具有良好的的硬度、強度、絕緣性、耐高溫、耐氧化、耐腐蝕、耐沖擊等特點。不管是在強酸還是強堿的狀態下，都能保持其固有的物理性能，處于一個相對穩定的狀態[3]。隨著現代工業的不斷發展，結構陶瓷在非常嚴苛的環境或工程應用條件下，所展現的高穩定性與優異的機械性能，在材料工業上已倍受矚目，其適用領域、生產規模亦日漸擴大。隨著陶瓷行業的不斷興起，新型材質的不斷研發、新型裝配工藝的不斷進步，陶瓷材料應用于化工生產領域也會越來越廣泛。