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    旋塞閥內襯剝落腐蝕的分析

    2022

    08/23 10:16:30
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      分析了普通型PTFE內襯旋塞閥在醋酸系統合成反應釜自循環管線上應用時出現內襯損壞的原因,介紹了T475材料的性能和特點,論述了采用T475替代原有的普通型PTFE內襯和改變旋塞閥內部結構的方法。

      1、概述

      在30萬噸醋酸生產裝置的合成反應釜自循環管線上對溫度有著嚴格的要求。為了能夠達到應有的運行效果,此循環管線一般溫度控制在185~195℃,壓力控制在218~410MPa。此管線上大部分采用普通型PTFE內襯的旋塞閥,在系統運行2~3個月停車檢修時,發現閥門無法關緊,不能進行應有的工藝處理。查看原因主要是由于旋塞閥內襯均有不用程度的脫落,更嚴重的有撕裂現象。

      2、故障分析

      1)冷流導致內襯脫落

      在常溫下,塑料、橡膠和金屬等固體在負荷下發生變形,去掉負荷后不能恢復原形的變形現象稱之為冷流。冷流現象在內襯旋塞閥中普遍存在,尤其是在醋酸工藝條件下使用的特殊內襯旋塞閥。由于特殊閥門訂貨周期較長,一般在基礎建設前期進行采購,有時會存放半年,當閥門安裝于系統上時,可能由于存放原因導致內襯受力,當應力取消時,又無法回到原有的理想狀態,造成變形。對此現象解決方法一方面是注意閥門存儲時保持內襯材料不受任何應力作用,保持旋塞閥流道整潔和暢通,并用非金屬材料擋板(如木板、塑料等)封閉旋塞閥的進出口,使其形成一密閉的環境。另一方面要求對旋塞閥進行全開式存放,也就是使旋塞、內襯和閥體保持緊密貼合,防止內襯由于外力作用發生變形。

      2)操作不穩導致內襯錯位

      由于系統運行過程中經常會開啟或關閉旋塞閥,并且用于此循環管線上的閥門尺寸為大口徑閥門(一般為8in.(200mm)或10in.(250mm)),這就會導致內襯和旋塞的摩擦力過大,當操作人員在旋轉手輪時不能均勻的使旋塞受力,就有可能使旋塞和內襯發生錯位,導致高流速、大流量和高溫度液體沖刷內襯材料,并在內襯和閥體之間積存大量的介質,使內襯逐漸的從閥體上脫落。因此,在操作過程中用加長桿或F型扳手均勻用力,可以減少由于用力不均衡而導致的內襯錯位或損壞。

      3)閥門部分開啟導致內襯變形

      開車初期系統處于試車調試階段,不能立刻達到滿負荷運行,要通過調節閥門的開度控制流量的大小。流量調節一般采用自調式截止閥。一方面數據能很直觀的反映在控制室里,有利于控制人員進行操作。另一方面能保證系統調試時現場無人,確保人員安全。而旋塞閥主要做切斷用,不用于流量調節。但是開車初期系統波動頻繁,系統溫度和流量如果只采用自調式截止閥控制不能起到微調的作用。所以只能是控制室和現場人員互相配合,通過調節旋塞閥開度進行微調,這就出現了旋塞閥存在半開半閉的現象。

      當旋塞閥處于全開狀態時,旋塞和閥體完全把內襯包裹起來,基本上不和介質接觸。當旋塞閥處于全關狀態時,旋塞把介質和內襯全部隔離,內襯基本上也不會和介質發生接觸。這是正確的使用旋塞閥的方法,同時也能延長閥門的使用壽命。但是受條件限制,旋塞閥經常處于部分開啟狀態(圖1a),工藝介質在不斷的沖刷旋塞閥內襯。而開車初期系統處于不穩定階段,溫度、壓力和流量等不斷的變化,使內襯受到無規律的交變應力。普通型PTFE內襯為軟材料,受到交變應力會發生變形,影響其使用壽命。隨著旋塞閥使用時間的加長,閥門入口處內襯因介質沖刷變形與閥體脫離(圖1b)。

      旋塞閥內襯剝落腐蝕的分析與處理

      1.旋塞 2.閥體 3.內襯(a)旋塞閥部分開啟 (b)內襯脫落

      4)內襯受熱膨脹導致旋塞旋轉時剪切脫落

      PTFE晶體在19℃和30℃時存在2個可逆轉變。第一個轉變是PTFE晶體由三斜晶系轉變為六方晶系,體積約增加112%。第二個轉變是30℃時PTFE晶體又發生結晶松弛,C-C鏈螺旋變成無規則纏繞,30℃時的體積變化約為19℃時的10%。在結晶轉變和結晶松弛過程中PTFE的體積發生明顯的變化,相應對普通型PTFE內襯的應用性能產生一定影響。

      (a)內襯受熱膨脹(b)內襯邊緣受剪切

      由于旋塞閥的工作溫度超過了19℃和30℃這兩個溫度膨脹點,所以當旋塞閥處于正常工作狀態時,會發生熱膨脹變形(圖2a)。當關閉閥門時,旋塞會和內襯形成一定的剪切力造成內襯變形。隨著旋塞的進一步旋轉,過大的剪切力很可能把邊緣的內襯材料從旋塞閥中剪切掉(圖2b),這也是導致旋塞閥內漏的一個重要原因。

      5)溫度升高導致PTFE性能下降

      PTFE材料的拉伸強度隨溫度的升高逐步降低,大約以100℃為拐點。在溫度小于100℃時,拉伸強度的變化梯度較溫度高于100℃時的變化梯度大(圖3a)。PTFE材料的極限名義應變為溫度的遞增凸函數。極限名義應變的變化,大約以25℃為界。當溫度小于25℃時極限名義應變隨溫度升高而線性增長。當溫度大于25℃時,極限名義應變幾乎不受溫度影響。這說明低溫時PTFE材料的延伸率低,強度高,高溫時延伸率高,強度低(圖3b)。PTFE材料的彈性模量隨溫度的升高而降低。主要是隨著溫度的逐漸升高,分子間的結合力逐漸減弱的緣故(圖3c)。

      旋塞閥內襯剝落腐蝕的分析與處理

      (a)溫度-拉伸強度變化旋塞閥內襯剝落腐蝕的分析與處理

      (b)溫度-極限名義應變的變化旋塞閥內襯剝落腐蝕的分析與處理

      (c)溫度-彈性模量的變化


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