淺析防腐蝕橡膠襯里在磷酸裝置中的應(yīng)用

磷酸裝置常用熱法、濕法這兩生產(chǎn)工藝，考慮到經(jīng)濟(jì)、性能、質(zhì)量等問題，經(jīng)常會使用到橡膠襯里。防腐蝕橡膠襯里是為防止設(shè)備或構(gòu)件金屬本體的腐蝕、磨蝕，根據(jù)需要將橡膠板用粘接劑粘貼在設(shè)備的壁或者構(gòu)件表面所形成的防護(hù)層。接下來讓我們了解一下防腐蝕橡膠襯里在磷酸裝置場景中應(yīng)用需要考慮的要點。

1.1.磷酸生產(chǎn)系統(tǒng)中的腐蝕

磷酸生產(chǎn)系統(tǒng)中的腐蝕熱法的生產(chǎn)方法有兩種，熱法和濕法。

熱法磷酸是以元素磷為原料并經(jīng)氧化、水化等反應(yīng)而制得。產(chǎn)品濃度變化范圍為75-115%磷酸。其中磷酸濃度在105%以上的稱為過磷酸(即多磷酸)。一般商品磷酸濃度為75-85%.

濕法磷酸是用硫酸與磷礦反應(yīng)生成硫酸鈣和磷酸，再過濾除去難溶的硫酸鈣和酸中其他固體 物質(zhì)而得到濾酸(30-45%P₂Og)，然后將濾酸濃縮為商品濃磷酸(50-54%P₂Og)。將 濃磷酸進(jìn)一步濃縮脫水則可制的得濕法過磷酸(68-72%P₂O)。

在磷酸生產(chǎn)工藝過程中，熱法磷酸涉及高溫而極大加劇了設(shè)備的腐蝕，濕法磷酸中的雜質(zhì)會 加劇酸的腐蝕性和磨蝕性。因而，磷酸生產(chǎn)裝置處于十分苛刻的腐蝕環(huán)境。

1.1熱法磷酸生產(chǎn)系統(tǒng)

工藝流程以元素磷為原料生產(chǎn)磷酸的主要反應(yīng)如下:

在燃燒塔中，黃磷經(jīng)霧化后與空氣混合燃燒生成P,Os，然后進(jìn)入水化塔進(jìn)行水化和吸收而 制得磷酸，廢氣送入洗滌器回收酸霧后排放入空氣中。磷在燃燒時會產(chǎn)生高溫，因此燃燒塔 外部須噴淋冷卻水，吸收塔內(nèi)噴入冷循環(huán)酸以求降溫并減輕設(shè)備的腐蝕程度。

燃燒塔和水化塔可以和二為一一燃燒水化塔，使燃燒和水化兩個反應(yīng)在同一塔中分步進(jìn)行。

主要腐蝕設(shè)備熱法磷酸裝置中的主要腐蝕設(shè)備有:燃燒塔、水化塔、燃燒水化塔、洗滌器、 板式換熱器、風(fēng)機(jī)和泵等。

1.2濕法磷酸生產(chǎn)系統(tǒng)

工藝流程用硫酸分解磷礦時，生成磷酸溶液和硫酸鈣結(jié)晶，其主要化學(xué)反應(yīng)如下:

根據(jù)硫酸鈣的水合結(jié)晶形態(tài)，可將濕法磷酸生產(chǎn)系統(tǒng)區(qū)分為二水法和半水法流程。目前雖然 也有由這兩種基本方法組合而成的其他方法，但仍以二水法流程使用很**。

磷礦粉、回流磷酸和硫酸在反應(yīng)槽的一定部位加入。槽內(nèi)反應(yīng)溫度為70-80。C，磷酸濃度 為26-32%P2Og，制得含二水硫酸鈣的反應(yīng)料漿，經(jīng)過濾即可得到所系需濃度的產(chǎn)品酸。 半水法流程是將反應(yīng)槽溫度控制在90-96。C，磷酸濃度為26-32%P2Og，制得含半水石膏的料漿，過濾分離得到產(chǎn)品酸。

主要腐蝕設(shè)備濕法磷酸裝置中的主要設(shè)備有反應(yīng)槽(萃取槽)、過濾機(jī)和料漿泵。工作介 質(zhì)中含有30-45%P2Os，2-4%SO2，1-2%F，0.0-0.05%CI，以及Fe3+、Al*和Mg2+ 等雜質(zhì)。反應(yīng)料漿中含有固體35-45%.

1.3濕法磷酸濃縮系統(tǒng)

二水法和半水法制得的磷酸濃度較低，雖然可以在某些磷酸鹽肥料生產(chǎn)中使用，但是，對于 大多數(shù)用

途來說，采用蒸發(fā)除去部分水分進(jìn)行濃縮處理而達(dá)到商品磷酸濃度(50-54%P2Og)才會 有合理的商品附加值。

工藝流程在濃縮裝置中，借助循環(huán)泵將大量循環(huán)酸送到加熱器內(nèi)，用蒸汽間接加熱后進(jìn)入 閃蒸室，在真空下閃急蒸發(fā)，除去水分以得到所需濃度的磷酸。目前**采用的蒸汽間接加熱、強(qiáng)制循環(huán)真空濃縮的工藝流程。

2.磷酸裝置設(shè)備防腐材料概述

在磷酸及磷肥生產(chǎn)設(shè)備中所采用的襯里材料幾乎都是防腐蝕橡膠襯里，只在個別部分(因為 有氫氟酸存在)需另加襯磚(通常是碳磚)。所采用的橡膠襯里必須承受設(shè)備里的多種負(fù)荷。 主要包含有:化學(xué)負(fù)荷、溫度(包括滲透和/或擴(kuò)散負(fù)荷)、以及機(jī)械負(fù)荷(磨損、真空等)。由 于各種負(fù)荷會在設(shè)備中不同的部位出現(xiàn)，因此，如選用品種單一的橡膠襯里就很難在所有的 部位都達(dá)到理想的防腐效果。很明顯，我們需要根據(jù)不同部位的負(fù)荷參數(shù)選擇不同的橡膠襯 里。通常采用的橡膠襯里有如下幾種:

2.1天然硬橡膠襯里

根據(jù)硫化后分子間交聯(lián)的程度，天然橡膠(NR)或聚異戊二烯橡膠(IR)可分為軟橡膠和 硬橡膠。一般人們認(rèn)為，硬橡膠襯里可適合于各種目的。它們的耐化學(xué)腐蝕性能和耐溫性能 可滿足各種要求，而軟橡膠則具有抗磨損性能好的優(yōu)越性。

2.2天然軟橡膠襯里

基于天然橡膠(或聚異戊二烯)的軟橡膠襯里有極好的抗磨損性能，而其抗化學(xué)腐蝕性能卻經(jīng) 常滿足不了需要。

2.3丁基橡膠襯里

基于丁基橡膠(IR)、氯化丁基橡膠(CIIR)或溴化丁基橡膠(BIIR)的丁基橡膠襯里可 以被硫化成軟橡膠,其硫化后的耐化學(xué)腐蝕和耐磨損性能和由天然橡膠制成的硬橡膠襯里相 當(dāng)，其耐高溫性能和抗磨損性能也很好，但其耐溫性能略次于硬橡膠的襯里。此外，它們可 非常好地阻止如水、酸性氣體和氧氣等的滲透。除了硬橡膠襯里外，丁基橡膠襯里是用于磷酸裝置的重要的防腐蝕材料。

2.4氯丁橡膠

氯丁橡膠(CR)也可被硫化成具有良好抗化學(xué)腐蝕性能的軟橡膠，其耐油性能很好。在許 多情祝下氯丁橡膠在磷酸裝置中的用途與丁基膠的相似，但其對鹵化和氧化介質(zhì)的防腐性能 不如丁基橡膠，其抗?jié)B透能力也遠(yuǎn)低于丁基橡膠，因此它們對有些裝置不適用。

3.防腐襯膠施工方法

3.1襯里的粘貼

為使橡膠襯里完好地粘貼在鋼制的結(jié)構(gòu)件上，需襯膠的部件和裝置的結(jié)構(gòu)和制造必須滿足襯 膠施工的要求。需襯膠的表面(以及焊縫表面)在經(jīng)過符合要求的打磨、噴砂、除銹(有時 還需脫脂)后，要反復(fù)地刷上合適的底涂料和粘結(jié)劑，然后再將被切割成所需尺寸的膠板粘 貼在部件的表面。

3.2橡膠板的硫化

以上所有提到的橡膠襯里材料必須經(jīng)過硫化(即分子間交聯(lián))才能達(dá)到所需的防腐蝕性能。硫 化有下列幾種可能方式:

3.2.1硫化罐硫化

粘貼好的橡膠板送入硫化罐內(nèi)，并在逐漸升高的溫度和壓力下硫化，通常的范圍為溫度120-145C，壓力為3-6巴，硫化罐內(nèi)的熱傳遞通過蒸汽或熱空氣而產(chǎn)生。在硫化罐內(nèi)的 加熱、保溫和冷卻步驟應(yīng)嚴(yán)格按專為該種襯里材料而設(shè)計的工藝進(jìn)行。

3.2.2高壓蒸汽本體硫化

如果構(gòu)件為壓力容器并且不超過某一尺寸，則它們本身也可用作為硫化罐。在這種情況下膠 板被粘貼于基體上，然后在容器內(nèi)充入高壓蒸汽進(jìn)行硫化。重要的是，容器應(yīng)嚴(yán)格密封并且 所有開口處都要加法蘭盲板。

3.2.3常壓蒸汽硫化

若容器不能受壓，則可通入常壓蒸汽進(jìn)行硫化，但所襯的膠板須配制成在低溫下能進(jìn)行硫化 的膠種。

3.2.4熱水硫化

膠板被粘貼于基體上后，容器內(nèi)要充水。應(yīng)予注意的是，水面應(yīng)比襯里高出約1米(特別對硬橡膠襯里)，必要時應(yīng)在容器上端焊接一道環(huán)柱。然后，在水里通入蒸氣將水加 熱。為減少水和硫化系統(tǒng)的相互作用，加熱應(yīng)在24小時內(nèi)完成。對于硬橡膠，水溫應(yīng)升 至90-95C。對軟橡膠，按照其材料組成，低溫就足夠了，而且水位也不用充得那么高。

3.2.4熱水硫化

膠板被粘貼于基體上后，容器內(nèi)要充水。應(yīng)予注意的是，水面應(yīng)比襯里高出約1米（特別對硬橡膠襯里），必要時應(yīng)在容器上端焊接一道環(huán)柱。然后，在水里通入蒸氣將水加 熱。為減少水和硫化系統(tǒng)的相互作用，加熱應(yīng)在24小時內(nèi)完成。對于硬橡膠，水溫應(yīng)升 至90-95°C。對軟橡膠，按照其材料組成，低溫就足夠了，而且水位也不用充得那么高。

3.2.5冷硫化

橡膠襯里的冷硫化(自硫化)并不需要上述的能量輸入，它們是軟橡膠，根據(jù)其配比，它們的 分子能在常溫(大約25°C以上)和常壓下發(fā)生內(nèi)部交聯(lián)。

由于這些材料的硫化能在常溫下發(fā)生，在生產(chǎn)時硫化過程實際上已經(jīng)開始。因此特別在運輸周期較長時，自硫化膠板必須裝在冷藏箱內(nèi)。在工地上這種膠板也不能儲藏太長的時間。原則上，這種材料在工地也須在冷藏柜中儲藏。

粘貼后的襯里材料仍需要(在約25C下)約8星期時間才能達(dá)到足夠的硫化度，此后襯里 才能接觸介質(zhì)，若充入熱空氣或用熱水或蒸汽加熱，時間可被大幅度地縮短。

3.2.6預(yù)硫化

通過混煉膠配方的選擇，可使生產(chǎn)出的襯里膠板在生產(chǎn)廠的硫化罐內(nèi)部分或完全硫化，配以 合適的粘結(jié)劑即可在工地上進(jìn)行施工，這種襯里材料實際上可被無限期地儲存，即使在極端 的氣候下也不需要特別的冷藏措施。并且由于它們已被預(yù)硫化，因此它們能很好地耐化學(xué)腐 蝕，這樣，構(gòu)件在襯膠后可馬上投入使用。需注意的只是，粘結(jié)系統(tǒng)的固化需要一段較短的 時間，已粘貼在構(gòu)件上的膠板在未達(dá)到一定的硫化程度時，不適于需在真空狀態(tài)下的工藝操作。

        上海富晨企業(yè)集團(tuán)對防腐蝕橡膠襯里在磷酸裝置的使用有著豐富的經(jīng)驗以及完善的解決方案，在真空設(shè)備、常壓設(shè)備、真空管道、磷酸萃取槽等各個部位都有針對性的方案設(shè)計。無論是尺寸相對較小的真空洗滌設(shè)備、真空管道，還是尺寸較大的常壓設(shè)備，又或者是腐蝕介質(zhì)和溫度條件更為苛刻的應(yīng)用場景，上海富晨企業(yè)集團(tuán)均會依據(jù)所設(shè)計的設(shè)備的規(guī)格和設(shè)計，選擇適合的材料，綜合性能、質(zhì)量和價格等因素，為用戶量身定制解決方案。