探討玻璃纖維在石墨制化工裝備上的應用技術

趙雪松 陳小峰 劉 暢 劉仍禮

（南通星球石墨股份有限公司，江蘇 南通 226541）

0 引言

石墨設備在防腐領域的應用越來越廣，同時對石墨制化工設備的質量要求也逐步提高，特別是石墨制塔類設備中的石墨筒體，石墨筒體由于石墨材料特性影響，通常在加工完成后，需要在筒體外加裝鐵抱箍進行加強，本文探討了一種新型加強方式，即在石墨加工到規定尺寸后，在石墨筒體外使用玻璃纖維混合一定比例的粘接劑，纏繞在石墨塔節外層可以增加石墨筒體的強度，提高耐壓能力，還可以補充石墨的抗滲漏能力，同時相比鐵抱箍成本有所降低，操作工序簡單，可批量化生產。

1 現狀

當前石墨制化工設備中的石墨筒體在加工過程中，對于增強石墨筒體承壓能力的方法大部分采用加裝鐵抱箍的方式。此方式對于壓力不高，工況不苛刻的情況適用，但對于使用壓力較高，工況復雜、客戶物料腐蝕性大的設備，鐵抱箍就不能起到很好的保護作用，客戶在使用過程中就會出現故障，由此帶來的經濟損失較大。故尋求新的加強材料替代鐵抱箍。

經過對多種材料的對比，對耐溫、耐壓以及抗腐蝕能力分析，玻璃纖維符合要求，由于材料特性的相似性，和石墨材料的貼合性較好，使得玻璃纖維能很好的貼附在石墨表面起到加強作用，經過纏繞實驗，確定了該方案的可操作性。

1.1 玻璃纖維纏繞工藝

玻璃纖維纏繞工藝可以采用手糊工藝來補充抗滲漏能力也可以通過機械設備環向、螺旋（交叉）纏繞工藝，使用機械設備纏繞較手糊工藝的生產效率明顯高而且可批量生產。

1.2 操作方案對比

玻璃纖維的纏繞方式分為立式纏繞和臥式纏繞。兩種方式都可以應用于石墨塔節上玻璃纖維的纏繞，但是在具體操作上各有優缺點，兩種纏繞方式的優缺點對比（如表1所示）。

表1 立式纏繞與臥式纏繞優缺點對比

1.3 操作方案選擇

通過對比分析并結合實際操作情況，立式纏繞后期清理所需時間較長，對筒體密封面的密封效果會帶來一定影響，臥式纏繞在玻璃纖維的纏繞過程以及后期處理過程均在可控范圍內，同時臥式纏繞在產品成型后便于持續滾動，以使表面樹脂固化劑更均勻的融合在玻璃纖維中，使得玻璃纖維更緊密的貼附在石墨塔節的表面。綜合加工難度、工件固定方式，質量要求等方面因素，最終建議采用臥式纏繞方案。

1.4 操作過程解析

具體操作流程大致分為：石墨筒體浸漬樹脂，浸漬完成后固化，固化后打磨清理表面纏繞不需要的雜質，將清理達到要求的筒體吊裝至滾輪支架，按筒體直徑大小調整好固定模塊，使筒體受力均勻，轉動時不滑動、不磨損，調整好位置以后按筒體直徑大小、需要纏繞的長度及厚度在自動纏繞機上輸入對應的程序，啟動自動纏繞機，待膠衣初凝，手感軟而不粘時，將調配好的環氧樹脂膠液涂刷到膠凝的膠衣上[1]纏繞時使玻璃纖維均勻的經過調配好的樹脂粘接劑中，均勻緊密的纏繞在石墨筒體的表面，自動纏繞機工作時，人員隨時檢查，出現異常情況及時處理，纏繞達到要求后，滾輪支架持續保持勻速轉動2～3h，待表面樹脂初步固化后，方可吊運。在室溫較低于20℃以下時，可考慮加溫固化，可縮短固化時間，提升工作效率。完成上述步驟，石墨筒體表面玻璃纖維完全固化后，對表面不均勻或者不平整局部平面，進行打磨處理，達到設計要求后視為一次操作流程結束。

2 應用實例

2.1 纏繞厚度

根據設備設計壓力，采取不同的纏繞厚度，設備設計壓力1.0～1.4MPa纏繞玻璃纖維的厚度為20mm，設備設計壓力0.4～0.8MPa纏繞玻璃纖維的厚度為6mm，設備設計壓力0.1～0.3MPa纏繞玻璃纖維的厚度為5mm，纏繞厚度的選擇遵循設備實際使用壓力最大值原則，選取合適的厚度進行加工。

2.2 液壓試驗

2.2.1 工藝說明

水壓試驗所用的水必須是清潔水，容器中應該充滿液體，滯留在容器內的氣體必須排凈，容器外表面應保持干燥，當容器壁溫與液體溫度接近時，才能緩慢升壓。試壓工件內部壓力每升高0.1MPa保壓2～3min，達到試驗壓力后保壓30min，然后緩慢降至設計壓力，保壓足夠時間進行檢查，保壓檢查期間其壓力應該保持不變，不得用連續加壓來維持壓力不變，試壓過程中不得緊固螺栓或向受壓元件施加外力，石墨制壓力容器液壓試驗完畢后，應將試驗介質排盡。

2.2.2 結果分析

試壓過程中壓力指標均達到要求，保壓過程及時間均正常，相比鐵抱箍加強方式，玻璃纖維纏繞對石墨筒體本身整體強度的提升較明顯。玻璃纖維包裹性較強，使得石墨抗滲透能力增強，試壓過程中表面漏點減少甚至完全消失，保壓30min后，外層玻璃纖維表面干燥無水滲出，玻璃纖維無脫落、斷層現象。

2.3 成品分析

抗腐蝕性好、機械強度高、可設計性好是玻璃纖維的關鍵特性，這使得它與石墨材料兼容。玻璃纖維在工業工程中的主要應用是在化學化工行業、建筑行業、建設行業，與鋼材相比，它具有較高的強度、可操作性強和較低的成本等優點。玻璃纖維纏繞石墨筒體成品如圖1所示，從外觀平整度及整體操作流程看出，此種方法的可操作性強，產品質量足以達到要求。

圖1 石墨纏繞玻璃纖維成品圖

3 結語

本文提出了一種以玻璃纖維纏繞替代鐵抱箍加強石墨筒體的加工方法，通過加工過程以及后期液壓試驗數據看出，玻璃纖維與石墨材料的兼容性，使得此種加工方法對批量大規模生產的可操作性強，同時對石墨筒體的全覆蓋替代了之前鐵抱箍的局部覆蓋，對石墨筒體的抗壓、抗漏起到關鍵作用，綜合材料成本以及其他各方面成本，玻璃纖維加強對比鐵抱箍加強均占有優勢，在能源逐漸緊張的情況下，各種鋼材價格飛速上漲，玻璃纖維的價格相對比較穩定，同時對于節能降耗起到關鍵作用，玻璃纖維在石墨加工行業的應用有很大潛力，作為加強用材料在石墨加工行業中具有廣闊的應用前景。