陶瓷閥在氯堿工業中的應用研討

陳國順 ，鄭淵 ，陳素婷

（1.永嘉縣泵閥科技創新服務中心，永嘉325105 2.特技閥門集團有限公司，永嘉325100）

1 前言

工業生產中，很多工藝操作介質，均包含了鹽酸、次氯酸鈉以及燒堿等具有腐蝕性的液體和氣體，受到化工生產行業本身特殊性的影響，想要保障生產質量，就必須針對加工流水線所配置儀表的標準及規范做好管控。儀表的類型包括過程控制和過程檢測兩種儀表，且為了確保儀表的運行狀態，還必須針對所選擇的儀表材料、形式按照高標準、嚴要求處理，確保氯堿生產效益能夠就此提升。鑒于此，本次研究展開具有重要現實意義。

2 陶瓷材質特性分析

一般而言，陶瓷材料的構成，主要以天然物或是經過成形、高溫燒制而成的化合物所組建而成，從本質上分析，該物質屬于一類無機非金屬物質。對陶瓷材料的特性分析時，可以從兩方面對其加以劃分，即可以分為結構陶瓷和功能性陶瓷兩種[1]。其中，前者主要是指能夠直接應用到工程結構材料中，輔助施工的一類陶瓷材料，此類陶瓷的特性包含了強度高、耐高溫性強、彈性模量高、抗熱震能力強、硬度高以及耐磨損等內容。對結構性陶瓷進行分類時可發現，其可以分化為三個系列，分別是氧化物系列、非氧化物系列以及結構用陶瓷基復合材料系列三種[2]。與前者相比，后者的特性包含了生物、電、磁、光、化學、超導、聲等諸多特性，不同特性之間，甚至還具備了相互之間進行轉化的功能。隨著工業生產技術水平的不斷提升，陶瓷材料在工藝生產領域中的應用范圍以及應用廣度越來越大，并充分憑借硬度高、熔點高以及耐氧化能力、耐磨性強等生產加工應用優勢，受到更多化工企業的關注、加工產業采購青睞[3]。在所有的工程材料中，陶瓷材料的剛度屬于其中最適宜的區間范圍，剛度和硬度具有最高的優勢，且硬度甚至已經超出了1500hV，使得陶瓷材料成為化工生產，尤其是氯堿化工生產的最佳選擇方案[4]。據行業報告顯示，現階段，火力發電、垃圾焚燒、礦山造紙以及鋼鐵冶金等行業中，均紛紛開始采用陶瓷閥門生產廠商的產品，用以支持惡劣的化工生產環境下的加工作業順利完成，促進化工企業效益增長。

3 陶瓷閥門在廢水回收及腐蝕性介質處理中的應用研討

3.1 陶瓷閥門在廢水回收中的應用

工藝生產過程中，部分管道介質本身攜帶一定的變化特性，對其變化原因分析可以發現，主要結合生產工序的變化而隨之產生變化，且變化中，介質的酸堿度也會出現改變[5]。例如，在進行氯堿工業生產時，燒堿生產環節下，電解工序樹脂塔想要實現再生，必須經歷反洗、酸再生、水洗、堿再生的步驟，此時就會出現兩種廢水形式，分別是酸性和堿性兩種廢水。為了提升廢水的利用率，本次研究中技術人員采納了分段回收方案完成廢水處理。在此過程中，技術人員發現，管道之內的廢水，會形成酸、堿兩種廢水出現階段性的交替互換情況[6]。結合現有的工業生產現狀來看，使用該介質的氣動閥門在處理時，均比較傾向于選擇全襯塑單座調節閥，但是此種調節法在應用時，所受到的限制條件比較多，不僅需要保障現場的溫度條件適宜，對于壓力條件的配置也必須處理到位。以F46（FEP）為例，其是一種氟塑料，氯堿生產中，要求介質的溫度不得高于150℃，一旦溫度過高，將會在極短的時間內，各個部件襯的F46 就會出現變形、軟化等狀況，造成閥門關閉不夠緊密，增加產品化工生產液泄漏量，造成生產資源浪費。

3.2 陶瓷閥門在腐蝕性介質處理中的應用

在工業生產領域內，專業人員一般會將陶瓷視作“所有無機材料之母”。長期以來，傳統的陶瓷一直帶有耐腐蝕、耐高溫以及強度高的優勢，隨著工業產業規模不斷伴隨市場需求量增長而擴大、發展，為新型陶瓷的性能提升、適用范圍以及使用領域拓展起到了促進作用。在此行業背景下，經過技術人員的深入分析發現，在新型陶瓷中，其構成中的主要原材料有三種，分別是氧化鎂、氧化鋁以及二氧化硅，正是此類物質的存在，才賦予了陶瓷極強的耐腐蝕能力[7]。

目前，在硅、鹽等類型的化工生產行業中，陶瓷閥的應用率極高，分析其構成，主要是一類全襯陶瓷硬密封陶瓷球閥，閥門的閥體主要以陶瓷形式為主，陶瓷的構成以不銹鋼襯陶瓷為主，陶瓷表面所有與金屬之間需要銜接的部位，均使用熱配工藝進行了加工處理，以此提升不銹鋼與陶瓷之間銜接的牢固性和可靠性，對于陶瓷的整體機械強度增長也發揮了重要作用。當結構陶瓷被制作成陶瓷鋼時，與介質相接觸的位置，材料構成都是結構陶瓷材料。

現階段，由陶瓷材料所生產的閥門應用于專業領域后，顯著提升了閥門的耐腐蝕能力，可以滿足除了氫氟酸以外其他任何化工介質產品的產生需求。另外，在溫度配置上，陶瓷閥門可以承受的最高溫度已經達到220℃，相較于傳統襯塑閥來講，耐高溫能力明顯升高。由此可見，在氯堿工業生產中，因生產介質通常以堿性或是酸性一類腐蝕性較強的材料輔助生產，此時充分將陶瓷材質的球閥應用于生產中，對于生產效益提升具有重要作用。

4 液氯充裝工序及高壓負壓條件下陶瓷閥門的應用研究

氯堿工業生產中，經常需要使用到液氮這一材料輔助生產。從生產原理上來分析，液氮的生產，主要是依賴于對氣體性質的調控，即通過施加壓力和降低環境溫度的方式，將氯氣做液化處理。分析液氮時可發現，純度足夠高的液氮，對于工業生產管道乃至閥門，并不具備腐蝕性。但是，當在原料氯氣之中，所含有的水量過高時，就會隨之出現腐蝕類問題。氯堿工業現場生產中，當運輸管道及生產流水線平穩運行一段時間之后，就會造成閥門卡塞一類問題出現，并伴有不同程度地調節困難類問題，致使生產線停工檢修，影響工業生產企業運營效益。面對上述情況，技術人員需要做管道拆分處理，拆除后一般會發現閥門位置會堆積大量呈黑色或是褐色的物質，堆積物質中含有大量的二價鐵、三價鐵。對此進行原因整理后，技術人員認為，當生產系統中所包含的水分過高時，會開始對管道形成腐蝕，隨著腐蝕程度的加深，會導致管道內鐵銹開始脫落并慢慢堆積起來，隨著液氮的流動，統一涌至閥門處，造成閥門故障問題。

一般來講，充裝液氮時，所流經的工藝程序十分復雜，要求技術人員必須保障充裝現場的安全性與可靠性，尤其需要做好自動切斷閥以及調節閥的管理，確保關鍵時刻發揮斷閥功能。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1000℃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。

5 電石渣漿以及固體顆粒介質中陶瓷閥門的應用分析

5.1 電石渣漿中陶瓷閥門的應用

本次研究中，所用于生產的氯乙烯材料，主要以乙炔法為主。具體的生產加工過程中，電石的主要結構材料以碳化鈣為主，而碳化鈣的構成，則包括焦炭等一系列碳素原材料，且碳化鈣中還會含有一定量的生石灰材料，上述兩種材料需要經過加工處理后，才能合成出碳化鈣，合成場景的設定，需要在電阻電弧爐之內完成，且需要保持爐內一直為高溫狀態。

當電石與水之間生成反應后，會隨之生成渣漿，此類渣漿主料以氫氧化鈣為主，同時還會伴有一定量的焦炭、二氧化硅、焦油雜質以及碳酸鈣等原材料。生產中，受到電石渣漿中含有物的影響，會對渣漿管道的閥門形成極大的沖擊力，尤其是焦炭、矽鐵以及碳酸鈣等物質的存在，對于管道的沖擊力以及磨損更為嚴重。

為此，技術人員在針對此問題進行處理時，主要選用的排渣閥是一種金屬閘板閥，該閥門主要被安裝在發生器的底部位置，因此閥板也主要以金屬構成為主。經過技術人員現場的分析能夠發現，閘板的磨損問題，主要是受到電石渣漿中的雜質沖擊所出現，且由于閘板原本的表面抗沖擊能力比較弱，在較短的生產時間段之內，閘板表面就變得粗糙，甚至在長期投用于生產后，還會形成閥門內漏等一系列問題。

為了避免出現上述問題，閘板維護人員工作中不得不針對其增加檢修頻率，不僅增加了檢修任務量，還會在一定程度上浪費生產資源。此外，氯堿工業生產中，還會存在一些含有固體顆粒的生產區域，該類區域一般攜帶一定的腐蝕性，如果在此區域中僅是使用襯塑閥芯完成施工，必然會在一定程度上造成發閘板出現磨損問題，長時間生產運行后，必然會出現閘板表面粗糙問題，致使閘門內部開始出現更多的內漏故障，同時也會誘發卡塞類問題出現。

5.2 固體顆粒介質中陶瓷閥門的應用

在結構陶瓷中含有一種材質，其屬于一類氧化硅，該物質具有超硬的特征，密度比較小，潤滑性能、抗腐蝕性能以及耐磨損能力比較突出。經過技術人員的深入分析發現，此種氧化硅所具備的特性，可以考量將其應用在氯堿工業生產中，并使用此種材料制造陶瓷閥。隨后為了驗證結構陶瓷中的氧化硅材質是否可以應用于閥門生產，技術人員搜集了氧化硅在其他領域中的應用資料，發現其主要被應用于機械密封環、軸承、永久性模具以及汽輪機葉片等各類機械構件的生產之中。

技術人員為了進一步提升結構陶瓷在不同生產工況中的應用價值，還同步開發了更多形式的閥門生產和試驗工作。經過一系列的試驗研究后，技術人員整理各項分析資料后認為，選擇全陶瓷或是鋼襯陶瓷兩種產品形式，可以滿足氯堿生產中的各項需求。

此外，陶瓷型產品的材質本身就攜帶一定的潤滑功用，有利于促進工業生產中的密封性得到進一步提升，在耐磨性方面也更為突出，使得金屬密封面泄漏類問題能夠在第一時間得以解決和優化，抗腐蝕能力也比較強大。進行硬度較高的介質顆粒生產，或是開展既有顆粒又有腐蝕性的介質生產時，陶瓷類材料的優勢仍舊無可比擬，完全可以滿足氯堿工業生產中的嚴苛要求，提升生產效率及生產效益。

6 結論

綜上所述，結合本次研究內容可以發現，結構陶瓷在工業生產中屬于一類新型的陶瓷，此類陶瓷在結構優勢上具有硬度大、強度高、絕緣性突出、可耐高溫、抗腐蝕能力和抗氧化能力均比較突出等優勢，同時還具有抵抗沖擊力的條件。氯堿生產中，將陶瓷閥應用于強酸或是強堿環境中，均可憑借其穩定的物理性能，保持在穩定的狀態下。伴隨著現代化工業生產的不斷發展和進步，結構陶瓷對于生產條件的要求并不高，即便是極為嚴苛或是工程作業條件下，均能夠憑借穩定的機械性能保持工業生產產品的質量。目前，在多個行業與領域中，結構陶瓷這一工業材料的應用優勢以及受青睞度均比較高。未來的行業發展中，必然會伴隨著的陶瓷行業不斷進步，在化工以外領域中的應用，也會陸續得以拓展，促使陶瓷工藝水平隨之提升，最終為我國工業產業發展開啟新思路。