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耐腐蚀玻璃钢电解槽设计制作
双击自动滚屏 发布者:本站 发布时间:2012-5-7 阅读:3934次 【字体:

1 前言
                                 
                              氯碱生产装置能力为隔膜碱200kt/a、离子膜碱20kt/a。电解食盐水制碱工艺的过程中,装置接触到的几乎都是高温、强酸、强碱、氯气等腐蚀性很强的介质。腐蚀是制约生产安全、高效运行的一大因素。针对腐蚀的环境情况,采用相应的防腐蚀措施,对生产装置进行保护,对于安全生产显得尤为重要。作为氯碱电解的主要设备电解槽,我厂曾采用钢衬天然耐腐蚀硬橡胶的防腐蚀措施,可是衬里层在80—100℃干湿氯气以及碱液、氢气等腐蚀介质下,往往在较短时间内就因腐蚀原因而遭到破坏,必须进行维修更换,使用周期一般为1—2年。为了提高电解槽的耐腐蚀能力,增长使用周期,我厂也曾对电解槽采用衬自硫化丁基橡胶、喷塑等防腐蚀措施,但效果不是太明显。当然采用钛电解槽效果较好,但是成本高,一旦发生腐蚀穿孔,维修难度大,对焊接技术要求高。为此我厂不断应用防腐蚀新技术,积极推广耐腐蚀非金属材料。

                                 
                              从技术角度考虑,对于电解槽的腐蚀与防护,电解槽内防腐蚀层应采用耐腐蚀性能最佳的材料,但从经济上来考虑,材质的选择最终应兼顾材料的耐腐蚀性能、机械性能以及经济因素。众所周知,玻璃钢因其本身的优良性能,已成为现代氯碱工业防腐蚀材料中使用最多、最广泛的防腐蚀材料。它被广泛应用于与氯气、盐水、碱液、盐酸以及废酸、废水等介质接触的设备和管道上。本研究在进行新型防腐蚀设计的基础上,采用乙烯基酯树脂和玻璃磷片制作耐腐蚀玻璃钢,实现对电解槽的防腐蚀处理,取得了良好的应用效果。
                              2 电解槽腐蚀破坏原因分析
                                 
                              电解槽在氯碱工业隔膜电解系统中与许多腐蚀介质接触,常见的腐蚀性介质有:高温氯化钠溶液、高温(100℃左右)湿氯气、含氯碱液和高温饱和氯的水蒸汽等,
                              它还受到电解过程中杂散电流的腐蚀。电解槽阳极室产生的高温湿氯气带有大量的水蒸汽,氯气水解将生成腐蚀性很强的盐酸和氧化性很强的次氯酸。生成的次氯酸又可分解,释放出新生态氧。这些介质的化学性质非常活泼,除金属钛材外,大部分金属和非金属材料在这种环境下都将遭受严重的腐蚀。我厂原防腐蚀措施为钢衬天然硬橡胶,其耐温范围为0—80℃,低于腐蚀环境温度,而且天然硬橡胶不耐次氯酸腐蚀,衬里层在汽
                              液环境中很易遭受腐蚀破坏,造成金属壳体腐蚀穿孔而失效。
                              3 电解槽防腐蚀玻璃钢的设计与制作
                              3.1 选材
                                  针对电解槽腐蚀环境的特点,电解槽采用整体玻璃钢(FRP)。其中,树脂采用MFE
                              3型乙烯基酯不饱和聚酯树脂(华昌聚合物有限公司产品),增强材料采用中碱玻璃纤维布、短切毡、表面毡、玻璃鳞片及适当的辅料,采用优良的施工工艺将它们复合制作成整体玻璃钢(FRP)防腐蚀构造。
                                 
                              乙烯基酯不饱和聚酯树脂又称为乙烯基酯树脂、丙烯酸类聚酯树脂或环氧丙烯酸聚酯树脂,是上世纪六十年代末开发的一种超耐腐蚀树脂,八十年代已在许多领域中逐步取代了双酚A型不饱和聚酯树脂。目前,国内外玻璃钢制作采用的多为乙烯基酯树脂。乙烯基酯树脂除具有酯密度低而耐腐蚀性好以及具有环氧树脂的粘结和不饱和树脂的加工工艺性能外,由于乙烯基酯树脂分子中羟基的存在,提高了树脂对玻璃纤维的浸润性,具有更优良的施工工艺性。乙烯基酯树脂种类较多,根据乙烯基树脂类型以及生产工艺条件,我们选择对氯气耐腐蚀性好、耐温性高的MFE
                              3型乙烯基不饱和聚酯树脂。
                                 
                              玻璃磷片具有较高的耐热性能,耐酸碱性能良好,热膨胀系数小,有良好的弹性和韧性,在树脂中覆盖性强,附着力较高。由于鳞片在树脂涂层中叠合排列,能提高玻璃钢的密实性和抗渗性,大大增强玻璃钢的防腐蚀作用。
                              3.2 结构设计
                                 
                              在大多数手糊法玻璃钢制作工艺中,采用的结构为胶衣层、增强层及外表层。其制品在实际生产运用中,使用周期不长,表现为耐腐蚀FRP在酸、碱、盐等液体以及气体介质中,使用一段时间,少则数周或数月,长则1—2年后,FRP表面便出现冒汗现象,继而出现腐蚀液体、气(汽)体渗漏,严重的则出现FRP分层破坏,究其原因,主要有几个方面的问题:玻璃纤维存在细微的缺陷以及玻璃纤维的构成物在外界条件下极易析出,发生纤维自身劣化;树脂的选择不当;树脂
                              纤维的粘结不佳;树脂与纤维在材质上存在刚性差异。
                                 
                              从影响FRP的抗渗性因素分析可知,玻璃钢中玻璃纤维的存在及其含量的高低是影响FRP质量的主要因素。因而减少FRP中纤维含量,增加树脂含量是改善抗渗性的主要方向。故而在设计FRP的结构中,采用高树脂层设计的原理,其结构设计为表面防腐蚀层、中间防腐蚀层、增强层和外表层。其结构示意图如图1所示。
                                 
                              表面防腐蚀层:采用玻璃磷片树脂涂层、表面毡(中碱BMT,30g/m)与树脂结构,其含胶量可达90%以上,以提高耐腐蚀性和抗渗性能。中间防腐蚀层:6mm以上。采用短切纤维毡(中碱450g/m)与树脂结构,其含胶量可达80%以上,同时再铺一层表面毡作为埋伏防线,起到第二次防渗作用。
                                 
                              增强层:厚度随设计而定,采用0.2—0.4mm中碱玻纤布与树脂结构,其含胶量可达45%左右(尽可能多采用0.2mm布)。
                                  外表层:涂刷耐腐蚀树脂清漆。
                                 
                              采用这种结构设计,环境中的化合物或蒸汽向金属基体的扩散能很好地被施加的玻璃钢防腐蚀层所阻挡。图2所示为鳞片涂层中物质的渗透示意图。
                              3.3 制作工艺
                              3.3.1 胶料配制
                                 
                              首先称取定量的树脂,准确称取引发剂和促进剂。将树脂和促进剂搅拌均匀后加引发剂,切忌将引发剂和促进剂同时加入。配好的胶料必须在适用期内用完,随用随配,用多少配多少,要充分搅拌均匀方可使用。施工配合比由小试验确定。
                              3.3.2 施工工艺
                              3.3.2.1 制模及装模:模具采用木制模具,同时衬贴0.2mm玻璃布两层,固化后进行修整,然后刷清漆两遍。把处理好的木模按图纸进行组装,同时用腻子刮满缝隙。
                              3.3.2.2 脱模剂:刷脱摸剂或贴0.04mm聚酯薄膜,要求均匀,不得起皱和有气泡存在。
                              3.3.2.3 底漆:在表面均匀涂刷2遍玻璃磷片树脂清漆,刷涂应均匀,不得有流挂、漏涂。
                              3.3.2.4
                               衬贴:在底漆开始凝胶时,铺贴表面毡,要求毡铺贴平整,不得出现悬空、起皱和气泡。搭接处重叠30—50mm,表面毡贴至设计厚度后,衬贴短切纤维毡。防腐蚀层与中间防腐蚀层施工完后,自然固化4—8h,再进行打磨,然后衬贴0.2—0.4mm玻纤布,在一定厚度时将预埋吊耳固定,然后继续衬贴玻纤布。层与层间玻纤布错缝应大于200mm,在施工时要严格控制树脂与玻璃布的含量比例,以防树脂胶料流淌和布皱折。每一层均应检查,以防分层、泛白、气泡、剥离、纤维裸露、树脂流挂结块、异物夹杂和色泽不均等异常现象。
                              3.3.2.5 自然固化24h后脱模,同时将制品进行盛水试漏,24h试水不漏为合格。
                              3.3.2.6 工艺接管的制作:在制品上按图纸尺寸进行开孔打磨,工艺接管模具固定后,作好脱模处理,然后衬贴表面毡、短切毡及0.2—0.4mm玻纤布。
                              3.3.2.7 制作完工后进行修整、打磨、刷树脂清漆两遍,养护15天后方可使用。
                              4 结论
                                 
                              根据氯碱工业中隔膜法制碱工艺电解槽的腐蚀破坏原因,通过高树脂层玻璃钢结构设计,采用乙烯基酯树脂和玻璃磷片等制作了耐腐蚀玻璃钢结构,并实现了对电解槽的防腐蚀处理。MFE
                              3树脂虎克
                              16型玻璃钢电解槽于1997年4月投入使用,使用效果良好,跟踪检查,外观无变化。2000年又投入玻璃钢电解槽5
                              台,至今使用良好。实际应用情况表明,耐腐蚀玻璃钢电解槽的结构合理,选材和制作工艺正确。采用此法制作的玻璃钢防护层在氯碱工业环境中具有非常优良的防腐蚀性能。
                                 
                              值得指出的是,玻璃钢电解槽在氯碱工业中运用成功与否,关键在于耐腐蚀材料的选择、耐腐蚀结构的合理设计与施工质量。同时,玻璃钢电解槽投入到实践中要做到精心操作,减少异常情况和人为因素造成玻璃钢电解槽的破坏。


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