付建林，鄭九麗，馬小龍，王潔

（1.寧波巨化化工科技有限公司，浙江 寧波 315204）

（2.浙江巨化股份有限公司電化廠(chǎng)，浙江 衢州 324004）

（3.浙江工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院，浙江 杭州 310014）

1 四氟乙烯襯里設(shè)備簡(jiǎn)介

聚四氟乙烯（簡(jiǎn)稱(chēng)F4或PTFE），俗稱(chēng)“塑料王”，具有高化學(xué)穩(wěn)定性。用它加工的襯里設(shè)備，能耐幾乎所有的強(qiáng)酸、強(qiáng)氧化劑、還原劑和各種有機(jī)溶劑的腐蝕，同時(shí)還適用于較寬溫度范圍內(nèi)（-20～180℃）。通過(guò)一定的加工工藝改進(jìn)，可實(shí)現(xiàn)在較高壓力下（≤2.5MPa）的使用。聚四氟乙烯襯里設(shè)備已在耐腐蝕要求較高的化工生產(chǎn)企業(yè)中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

常見(jiàn)聚四氟乙烯襯里結(jié)構(gòu)如圖1。為適用壓力、溫度等復(fù)雜條件的環(huán)境，聚四氟乙烯襯里結(jié)構(gòu)通常有針對(duì)性地得到了改進(jìn)，比如：在四氟層中加入金屬網(wǎng)，可以降低聚四氟乙烯襯里的熱脹冷縮性，提高耐負(fù)壓能力；在四氟層中加入聚全氟乙丙烯，提高耐溫抗變形能力等等。

目前，聚四氟乙烯襯里技術(shù)有兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：HG20536-1993《聚四氟乙烯襯里設(shè)備》和HG/T21562-1994《襯聚四氟乙烯鋼管和管件》。這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)建立了聚四氟乙烯襯里設(shè)備設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)和驗(yàn)收、試驗(yàn)方法等多個(gè)方面的技術(shù)規(guī)范，對(duì)促進(jìn)聚四氟乙烯襯里設(shè)備在我國(guó)防腐領(lǐng)域中的發(fā)展具有重要作用。

圖1 聚四氟乙烯襯里結(jié)構(gòu)圖

2 四氟乙烯襯里工藝介紹

聚四氟乙烯襯里可分為松襯和緊襯兩種。兩者的優(yōu)缺點(diǎn)比較見(jiàn)表1。

表1 松襯和緊襯兩者的優(yōu)缺點(diǎn)比較

優(yōu)點(diǎn) 工藝簡(jiǎn)單，投資少，成型快。1.電火花檢測(cè)不會(huì)有漏點(diǎn)；2.可對(duì)體積較大的設(shè)備整體襯里，減少密封點(diǎn)；3.不受設(shè)備形狀的限制，可以襯多種形式的設(shè)備，如方形。缺點(diǎn)1.在負(fù)壓和溫度變化較大的環(huán)境中，容易引起四氟板內(nèi)癟、鼓泡、法蘭邊開(kāi)裂等問(wèn)題；2.在電火花檢測(cè)中，某些四氟板上的針孔可能無(wú)法檢出。設(shè)備鋼體內(nèi)壁的表面處理和粘結(jié)劑質(zhì)量的好壞決定了襯層的穩(wěn)定性。常見(jiàn)型式普通鋼襯四氟設(shè)備，俗稱(chēng)松襯F4設(shè)備。 四氟乙烯—萘鈉溶液處理粘結(jié)法，見(jiàn)圖2。

由于松襯工藝固有的缺陷，應(yīng)用于生產(chǎn)后出現(xiàn)了較多問(wèn)題。緊襯設(shè)備則因襯里的板材可以進(jìn)行拼接，拼接的縫隙通過(guò)焊接使其成為一個(gè)整體，從而不再受設(shè)備形狀的約束。國(guó)外早在上世紀(jì)80年代就采用緊襯工藝取代了松襯。近年國(guó)內(nèi)許多生產(chǎn)廠(chǎng)家通過(guò)吸收國(guó)外緊襯工藝技術(shù)，研發(fā)了自己的緊襯設(shè)備技術(shù)。目前，我國(guó)聚四氟乙烯緊襯工藝技術(shù)基本達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。

3 四氟乙烯襯里設(shè)備常見(jiàn)故障和處理

無(wú)論是松襯還是緊襯，襯里設(shè)備的主要故障有：內(nèi)癟、鼓泡、開(kāi)裂、滲透等（見(jiàn)圖3）。造成這些故障的原因多種多樣，需結(jié)合實(shí)際進(jìn)行分析，并采取針對(duì)性措施。

產(chǎn)生上述故障的主要原因有：

(1)因工藝設(shè)備和管道設(shè)計(jì)復(fù)雜，襯里加工技術(shù)（例如焊接等技術(shù)）不成熟引起的故障；

(2)聚四氟乙烯在20～250℃時(shí)的熱脹冷縮均值為169.5×10-6/℃，是鋼鐵材料(12.8×10-6/℃)的13倍，松襯四氟設(shè)備在負(fù)壓和溫度變化較大的環(huán)境中使用引起的故障；

(3)工藝操作中，因泵啟動(dòng)時(shí)造成瞬間較大的沖擊壓力、泵停止時(shí)液體回落產(chǎn)生負(fù)壓而引起的故障；

(4)因四氟乙烯樹(shù)脂原材料質(zhì)量問(wèn)題引起的故障。

為解決以上這些問(wèn)題，可采取如下措施：

3.1 針對(duì)聚四氟乙烯襯里設(shè)備的加工特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)工藝設(shè)備和管道時(shí)應(yīng)以“從簡(jiǎn)”為原則。設(shè)備上盡量減少管口數(shù)量，降低設(shè)備管口處聚四氟乙烯襯層的焊接點(diǎn)。管道上應(yīng)盡量減少非常規(guī)管件的使用，如異徑三通、偏心異徑管等，從設(shè)計(jì)源頭降低襯里設(shè)備的故障率。

圖2 某緊襯設(shè)備

圖3 內(nèi)癟、開(kāi)裂、鼓泡、滲透的四氟襯里

3.2 改進(jìn)聚四氟乙烯板材的連接工藝。聚四氟乙烯板材的連接方法主要有搭接法和焊接法兩種。搭接法有一條重疊的密封線(xiàn)，能分離，會(huì)影響到設(shè)備的密封；焊接法可靠性低，穩(wěn)定性差。兩者的抗拉強(qiáng)度都較低。根據(jù)聚四氟乙烯板材在385℃左右具有一定熔融性的特點(diǎn)，可采用聚四氟乙烯板材熔融連接法。在熔融過(guò)程中可以添加SiO2、AL粉等填料，改變四氟表面結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，增加粘結(jié)強(qiáng)度。但這些填料與四氟的結(jié)合度卻不高，直接影響了四氟板與鋼體的粘結(jié)強(qiáng)度。因此，有的廠(chǎng)家研制了一種硅烷類(lèi)偶聯(lián)劑-F溶液，通過(guò)表面處理，改善了四氟表面燒結(jié)狀態(tài)，提高了熔融法粘結(jié)強(qiáng)度，效果很明顯。實(shí)踐證明，這種連接方法外表美觀(guān)，抗拉強(qiáng)度高。

3.3 從四氟板的表面改性出發(fā)，通過(guò)一定的化學(xué)工藝，對(duì)四氟板表面進(jìn)行活化處理，增加四氟板與鋼體之間的粘結(jié)力。常用的為萘鈉處理液。萘鈉處理液主要成分是萘鈉絡(luò)合物，由萘和鈉在四氫呋喃溶劑中反應(yīng)制得。萘鈉絡(luò)合物和四氟的反應(yīng)，實(shí)際上就是固相電化學(xué)反應(yīng)。經(jīng)過(guò)反應(yīng)，四氟表面氟原子被提取，與溶液中鈉離子結(jié)合，生成NaF，處理后的四氟表面為剩下的碳碳骨架，此時(shí)便可以被任何粘結(jié)劑粘合。

3.4 松襯設(shè)備不適用于負(fù)壓和溫度變化較大的環(huán)境中，但為了使松襯設(shè)備適用于負(fù)壓環(huán)境和較低的溫度變化環(huán)境，可考慮如下方法：

3.4.1 設(shè)備設(shè)計(jì)為雙層鋼殼結(jié)構(gòu)，即帶“夾套”。在內(nèi)層鋼殼上開(kāi)設(shè)小孔，聚四氟乙烯板襯于內(nèi)層鋼殼內(nèi)，當(dāng)負(fù)壓操作時(shí)，設(shè)備內(nèi)部與“夾套”同時(shí)抽真空，可以維持聚四氟乙烯襯板兩側(cè)的壓力，從而解決了負(fù)壓操作的問(wèn)題。

3.4.2 在襯層內(nèi)加設(shè)金屬網(wǎng)，金屬網(wǎng)格能將聚四氟乙烯各點(diǎn)的熱應(yīng)力分散，從而較好地控制聚四氟乙烯襯層的伸縮量，其熱脹冷縮量可降低到與鋼殼基本一致。為了提高耐負(fù)壓能力，溫州某公司通過(guò)在襯層中盤(pán)上鋼絲，像彈簧一樣，鋼絲有粗有細(xì)，可對(duì)應(yīng)不同的耐負(fù)壓能力。

3.4.3 利用波紋補(bǔ)償器的原理，鋼體每隔一段距離就均勻設(shè)置一個(gè)金屬支撐環(huán)（外包四氟），可有效提高襯層與鋼體的結(jié)合度，增加耐負(fù)壓性能并能有效引導(dǎo)熱量的均勻分布，消除因兩種材質(zhì)熱膨脹系數(shù)不同造成的熱應(yīng)力集中。

3.5 工藝操作導(dǎo)致的襯里設(shè)備故障，可通過(guò)加強(qiáng)和完善工藝操作來(lái)避免。如泵在啟動(dòng)后，出口閥應(yīng)緩慢打開(kāi)；泵停止前，應(yīng)首先關(guān)閉出口閥后再停泵，從而避免管線(xiàn)誘導(dǎo)振動(dòng)的加??；設(shè)備加料時(shí)，應(yīng)避免采用抽負(fù)壓的方式；設(shè)備放料時(shí)，應(yīng)注意打開(kāi)進(jìn)氣閥或放空閥等。只要認(rèn)真執(zhí)行操作規(guī)程，了解襯里設(shè)備的特殊性，就可以避免損壞襯里設(shè)備。

3.6 聚四氟乙烯襯里工藝中，最關(guān)鍵的防腐材料是聚四氟乙烯樹(shù)脂。樹(shù)脂的質(zhì)量直接影響到聚合物的性能。聚四氟乙烯生產(chǎn)作為一種成熟的工藝，國(guó)內(nèi)外均有眾多廠(chǎng)家進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)，其品質(zhì)也是參差不齊，有正品，也有次品，甚至是回收品，價(jià)格相差懸殊。

聚四氟乙烯具有很好的不滲透性，如圖3所示的滲透問(wèn)題，是某廠(chǎng)用于輸送液溴的一截襯聚四氟乙烯管道，壓力0.2MPa，常溫，液溴呈紅棕色。發(fā)現(xiàn)泄漏時(shí)，管道法蘭密封面及管道內(nèi)部襯里均完好無(wú)損，但與物料直接接觸的四氟襯層表面已變色并呈紅棕色。將法蘭處襯層撬開(kāi)，從斷面上可以明顯看到液溴已經(jīng)滲入了將近5 mm，相當(dāng)于整根內(nèi)襯層全部被液溴滲透。查據(jù)相關(guān)資料得知，聚四氟乙烯對(duì)0.27 nm以上直徑的分子具有完全的不滲透性，而溴分子直徑明顯高于0.27 nm。在正常情況下，聚四氟乙烯襯里層不應(yīng)被滲透，后經(jīng)查證是聚四氟乙烯樹(shù)脂原料不合格造成。因此絕不能使用次品或回收料生產(chǎn)聚四氟乙烯板材。在購(gòu)置關(guān)鍵襯里設(shè)備前，設(shè)備使用單位應(yīng)到襯里設(shè)備加工廠(chǎng)實(shí)地考察，確認(rèn)原材料品級(jí)，避免以次充好。

4 總結(jié)

聚四氟乙烯襯里設(shè)備在防腐領(lǐng)域有著無(wú)與倫比的耐腐蝕性能，得到了越來(lái)越廣泛的使用。只要襯里設(shè)備制造企業(yè)嚴(yán)格按照相關(guān)技術(shù)要求生產(chǎn)、加工、制造，使用單位嚴(yán)格按照操作規(guī)程操作，在規(guī)定的工藝條件下，聚四氟乙烯襯里設(shè)備的使用壽命是可以進(jìn)一步延長(zhǎng)的。

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