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万博玻璃钢耐腐蝕玻璃鋼電解槽設計制作

作者:万博体育下载客户端   发布时间:2019-12-03 15:13   浏览:182 次

1前言氯堿生產裝置能力為隔膜堿200kt/a、離子膜堿20kt/a。電解食鹽水制堿工藝的過程中,裝置接觸到的幾乎都是高溫、強酸、強堿、氯氣等腐蝕性很強的介質。腐蝕是制約生產安全、高效運行的一大因素。針對腐蝕的環境情況,采用相應的防腐蝕措施,對生產裝置進行保護,對于安全生產顯得尤為重要。作為氯堿電解的主要設備電解槽,我廠曾采用鋼襯天然耐腐蝕硬橡膠的防腐蝕措施,可是襯里層在80—100℃干濕氯氣以及堿液、氫氣等腐蝕介質下,往往在較短時間內就因腐蝕原因而遭到破壞,必須進行維修更換,使用周期一般為1—2年。為了提高電解槽的耐腐蝕能力,增長使用周期,我廠也曾對電解槽采用襯自硫化丁基橡膠、噴塑等防腐蝕措施,但效果不是太明顯。當然采用鈦電解槽效果較好,但是成本高,一旦發生腐蝕穿孔,維修難度大,對焊接技術要求高。為此我廠不斷應用防腐蝕新技術,積極推廣耐腐蝕非金屬材料。

從技術角度考慮,對于電解槽的腐蝕與防護,電解槽內防腐蝕層應采用耐腐蝕性能最佳的材料,但從經濟上來考慮,材質的選擇最終應兼顧材料的耐腐蝕性能、機械性能以及經濟因素。眾所周知,玻璃鋼因其本身的優良性能,已成為現代氯堿工業防腐蝕材料中使用最多、最廣泛的防腐蝕材料。它被廣泛應用于與氯氣、鹽水、堿液、鹽酸以及廢酸、廢水等介質接觸的設備和管道上。本研究在進行新型防腐蝕設計的基礎上,采用乙烯基酯樹脂和玻璃磷片制作耐腐蝕玻璃鋼,實現對電解槽的防腐蝕處理,取得了良好的應用效果。2電解槽腐蝕破壞原因分析電解槽在氯堿工業隔膜電解系統中與許多腐蝕介質接觸,常見的腐蝕性介質有:高溫氯化鈉溶液、高溫(100℃左右)濕氯氣、含氯堿液和高溫飽和氯的水蒸汽等,它還受到電解過程中雜散電流的腐蝕。電解槽陽極室產生的高溫濕氯氣帶有大量的水蒸汽,氯氣水解將生成腐蝕性很強的鹽酸和氧化性很強的次氯酸。生成的次氯酸又可分解,釋放出新生態氧。這些介質的化學性質非常活潑,除金屬鈦材外,大部分金屬和非金屬材料在這種環境下都將遭受嚴重的腐蝕。我廠原防腐蝕措施為鋼襯天然硬橡膠,其耐溫范圍為0—80℃,低于腐蝕環境溫度,而且天然硬橡膠不耐次氯酸腐蝕,襯里層在汽液環境中很易遭受腐蝕破壞,造成金屬殼體腐蝕穿孔而失效。3電解槽防腐蝕玻璃鋼的設計與制作3.1選材針對電解槽腐蝕環境的特點,電解槽采用整體玻璃鋼(FRP)。其中,樹脂采用MFE3型乙烯基酯不飽和聚酯樹脂(華昌聚合物有限公司產品),增強材料采用中堿玻璃纖維布、短切氈、表面氈、玻璃鱗片及適當的輔料,采用優良的施工工藝將它們復合制作成整體玻璃鋼(FRP)防腐蝕構造。乙烯基酯不飽和聚酯樹脂又稱為乙烯基酯樹脂、丙烯酸類聚酯樹脂或環氧丙烯酸聚酯樹脂,是上世紀六十年代末開發的一種超耐腐蝕樹脂,八十年代已在許多領域中逐步取代了雙酚A型不飽和聚酯樹脂。目前,國內外玻璃鋼制作采用的多為乙烯基酯樹脂。乙烯基酯樹脂除具有酯密度低而耐腐蝕性好以及具有環氧樹脂的粘結和不飽和樹脂的加工工藝性能外,由于乙烯基酯樹脂分子中羥基的存在,提高了樹脂對玻璃纖維的浸潤性,具有更優良的施工工藝性。乙烯基酯樹脂種類較多,根據乙烯基樹脂類型以及生產工藝條件,我們選擇對氯氣耐腐蝕性好、耐溫性高的MFE3型乙烯基不飽和聚酯樹脂。玻璃磷片具有較高的耐熱性能,耐酸堿性能良好,熱膨脹系數小,有良好的彈性和韌性,在樹脂中覆蓋性強,附著力較高。由于鱗片在樹脂涂層中疊合排列,能提高玻璃鋼的密實性和抗滲性,大大增強玻璃鋼的防腐蝕作用。3.2結構設計在大多數手糊法玻璃鋼制作工藝中,采用的結構為膠衣層、增強層及外表層。其制品在實際生產運用中,使用周期不長,表現為耐腐蝕FRP在酸、堿、鹽等液體以及氣體介質中,使用一段時間,少則數周或數月,長則1—2年后,FRP表面便出現冒汗現象,繼而出現腐蝕液體、氣(汽)體滲漏,嚴重的則出現FRP分層破壞,究其原因,主要有幾個方面的問題:玻璃纖維存在細微的缺陷以及玻璃纖維的構成物在外界條件下極易析出,發生纖維自身劣化;樹脂的選擇不當;樹脂纖維的粘結不佳;樹脂與纖維在材質上存在剛性差異。從影響FRP的抗滲性因素分析可知,玻璃鋼中玻璃纖維的存在及其含量的高低是影響FRP質量的主要因素。因而減少FRP中纖維含量,增加樹脂含量是改善抗滲性的主要方向。故而在設計FRP的結構中,采用高樹脂層設計的原理,其結構設計為表面防腐蝕層、中間防腐蝕層、增強層和外表層。其結構示意圖如圖1所示。表面防腐蝕層:采用玻璃磷片樹脂涂層、表面氈(中堿BMT,30g/m)與樹脂結構,其含膠量可達90%以上,以提高耐腐蝕性和抗滲性能。中間防腐蝕層:6mm以上。采用短切纖維氈(中堿450g/m)與樹脂結構,其含膠量可達80%以上,同時再鋪一層表面氈作為埋伏防線,起到第二次防滲作用。增強層:厚度隨設計而定,采用0.2—0.4mm中堿玻纖布與樹脂結構,其含膠量可達45%左右(盡可能多采用0.2mm布)。外表層:涂刷耐腐蝕樹脂清漆。采用這種結構設計,環境中的化合物或蒸汽向金屬基體的擴散能很好地被施加的玻璃鋼防腐蝕層所阻擋。圖2所示為鱗片涂層中物質的滲透示意圖。3.3制作工藝3.3.1膠料配制首先稱取定量的樹脂,準確稱取引發劑和促進劑。將樹脂和促進劑攪拌均勻后加引發劑,切忌將引發劑和促進劑同時加入。配好的膠料必須在適用期內用完,隨用隨配,用多少配多少,要充分攪拌均勻方可使用。施工配合比由小試驗確定。3.3.2施工工藝3.3.2.1制模及裝模:模具采用木制模具,同時襯貼0.2mm玻璃布兩層,固化后進行修整,然后刷清漆兩遍。把處理好的木模按圖紙進行組裝,同時用膩子刮滿縫隙。3.3.2.2脫模劑:刷脫摸劑或貼0.04mm聚酯薄膜,要求均勻,不得起皺和有氣泡存在。3.3.2.3底漆:在表面均勻涂刷2遍玻璃磷片樹脂清漆,刷涂應均勻,不得有流掛、漏涂。3.3.2.4襯貼:在底漆開始凝膠時,鋪貼表面氈,要求氈鋪貼平整,不得出現懸空、起皺和氣泡。搭接處重疊30—50mm,表面氈貼至設計厚度后,襯貼短切纖維氈。防腐蝕層與中間防腐蝕層施工完后,自然固化4—8h,再進行打磨,然后襯貼0.2—0.4mm玻纖布,在一定厚度時將預埋吊耳固定,然后繼續襯貼玻纖布。層與層間玻纖布錯縫應大于200mm,在施工時要嚴格控制樹脂與玻璃布的含量比例,以防樹脂膠料流淌和布皺折。每一層均應檢查,以防分層、泛白、氣泡、剝離、纖維裸露、樹脂流掛結塊、異物夾雜和色澤不均等異常現象。3.3.2.5自然固化24h后脫模,同時將制品進行盛水試漏,24h試水不漏為合格。3.3.2.6工藝接管的制作:在制品上按圖紙尺寸進行開孔打磨,工藝接管模具固定后,作好脫模處理,然后襯貼表面氈、短切氈及0.2—0.4mm玻纖布。3.3.2.7制作完工后進行修整、打磨、刷樹脂清漆兩遍,養護15天后方可使用。4結論根據氯堿工業中隔膜法制堿工藝電解槽的腐蝕破壞原因,通過高樹脂層玻璃鋼結構設計,采用乙烯基酯樹脂和玻璃磷片等制作了耐腐蝕玻璃鋼結構,并實現了對電解槽的防腐蝕處理。MFE3樹脂虎克16型玻璃鋼電解槽于1997年4月投入使用,使用效果良好,跟蹤檢查,外觀無變化。2000年又投入玻璃鋼電解槽5臺,至今使用良好。實際應用情況表明,耐腐蝕玻璃鋼電解槽的結構合理,選材和制作工藝正確。采用此法制作的玻璃鋼防護層在氯堿工業環境中具有非常優良的防腐蝕性能。值得指出的是,玻璃鋼電解槽在氯堿工業中運用成功與否,關鍵在于耐腐蝕材料的選擇、耐腐蝕結構的合理設計與施工質量。同時,玻璃鋼電解槽投入到實踐中要做到精心操作,減少異常情況和人為因素造成玻璃鋼電解槽的破壞。