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- 造纸行业主要材料
正确的选材是最重要也是最广泛应用的防腐方法。选材的目的是保证设备或管件能正常运行,有合理的使用寿命和最低经济支出。因此在任何一个“材料-环境”系统中,对材料的要求是:①化学性能或耐蚀性能满足生产要求 ②物理、机械和加工工艺性能等能满足设计要求 ③总的经济效果优越。根据调查及查阅资料将造纸行业所用的主要材料归纳如下。
(1)碳钢
普通钢铁的价格低廉,机械加工性能优良,资源丰富,所以选材时应首先考虑。同时,经过调查,碳钢是造纸行业主要用的金属材料。并且文献[7]证明当水的回用率维持在70-75%时,其腐蚀率在0.1399~ 0.17689/m2h r即0.1565~0.1975毫米/年,即在碳钢0.1-0.2毫米/年缓蚀要求范围之内,即设备的主体可以选用碳钢材料。
(2)不锈钢
调查中的一小型造纸厂,旧的造纸机主要材料为碳钢,新造纸机从国外引进,机身支架主要为不锈钢,如下图1所示。
图1 造纸机照片
(3)聚氯乙稀(PVC)
聚氯乙稀是热塑性的塑料,有一定的强度,加工成型性能良好,可用热空气熔焊,价格低,是防腐领域中用途最多的塑料之一。聚氯乙烯具有优良的耐腐蚀性能,耐酸、碱、盐、气体、水等的腐蚀性,其使用温度在60-65 ℃,适合白水30 ℃左右的要求。实验表明当白水回用率为96%时,腐蚀率在0.7771毫米/年,看出普通碳钢已不符合要求,可以选用聚氯乙烯材料作管材。
(4)树脂及玻璃钢
自20 世纪以来,随着塑料树脂工业的发展,现了某些热固性塑料树脂和玻璃纤维相结合的新型复合材料-玻璃钢,它既保持了树脂本身所具有的优异特性同时又具备玻璃纤维高强度的特点。下面是其在我国纸厂装备包括在漂泊塔,废水池,制浆及造纸机中的应用。
漂白塔作为漂白系统的重要设备,其防腐蚀处理方法和效果将直接影响到设备的使用寿命和生产的正常运转。目前世界上发达国家提高纸浆白度的首选工艺就是采用漂白[9].但是一种易爆、有毒且有高度腐蚀性的漂白剂,因此漂白系统设备的防腐蚀处理显得极其重要。在广东鼎丰项目中,上海富晨化工的技术人员和设计院及业主单位的相关设计人员在查阅了大量的资料文献后发现,国外主要是用采用双酚A型环氧乙烯基酯树脂的玻璃钢来制作的反应罐、吸收塔,漂白工段D级、C/D级的滤液槽等,用双酚A型环氧乙烯基酯树脂配制耐腐蚀胶泥来粘贴耐酸砖板的方式来对漂白工段的D级、C/D级漂白搭等设备进行防腐蚀内衬处理。在20世纪90年代,引进设备时如果一起引进防腐蚀材料,不但增加了投资,且引进的耐蚀树脂和胶泥由于有贮存期不超过3~6个月,需冷藏运输、存放受到限制,给现场施工带来极大困难。经过反复论证和多次对比实验,最后决定选用上海富晨化工的标准型双酚A环氧乙烯基酯树脂FUCHEM854来取代国外某品牌的树脂作为基体材料。根据评定标准,两种树脂都可以作为该段防腐区域的防腐蚀材料。在综合了技术、经济评价的基础上,最终选定FUCHEM854乙烯基酯树脂胶泥作为C/D段和D段碳钢漂白塔内衬砖板衬里的主要材料。
而在废水处理池中,由于废水中含有大量的腐蚀性介质,如废酸、氧化性化学品等,对以混凝土为基础的处理池的腐蚀性较大,未经防腐蚀处理的砼处理池,一般情况下,2~3个月就会出现池表面的损坏,强度明显下降。因此,必须对混凝土基础的处理池进行防腐蚀处理,针对纸浆行业的情况,可选用整体玻璃钢(FRP)内衬和乙烯基酯树脂鳞片(VEGF)内衬方式。玻璃钢衬里是最常见的防腐蚀处理方法,它是利用玻璃纤维增强塑料(俗称“玻璃钢”)结构在混凝土基础上形成一层防护,玻璃钢衬里具有整体性、抗渗性好和造价合理的特点,同时选用适当的防腐蚀树脂就能够达到良好的防腐蚀效果。在玻璃钢衬里防腐蚀方法中,一般采用玻璃纤维加玻璃纤维短切毡或表面毡的复合结构,厚度在1~3 mm之间。在国外防腐蚀工程制作中已经很少采用环氧树脂,一般情况下会采用环氧树脂改性的乙烯基酯树脂,乙烯基酯树脂正逐渐成为防腐蚀材料的首选材。乙烯基酯树脂较环氧树脂更好的工艺特性、耐腐蚀性和耐候性。目前选用的低收缩FUCHEM891乙烯基酯树脂的收缩率<1%,较环氧树脂的线收缩率低,这种树脂更具有高耐蚀性、与填料良好的浸润性的特点,尤其适合胶泥的制作或者玻璃钢内衬制作。目前,在国内一些纸浆工厂(金光纸业等)均有成功的应用案例。所谓的乙烯基酯树脂鳞片衬,就是将具有一定片径和厚度的玻璃鳞片,分别与各类耐腐蚀树脂等混合,经专用机械配制成胶泥(涂料),再经施工涂敷于混凝土表面,室温固化后得到防腐蚀内衬。
制浆造纸工艺中还涉及到蒸煮,涂布,加工等环节,在这些环节中大量的物质也有很强的腐蚀性,所以涉及到这些工艺的一些设备及输送环节都需要严格的防腐蚀处理,目前在纸浆行业中有许多玻璃钢设备成功应用的案例。防腐蚀树脂的选择可据不同部位选用不同的树脂,但主要防腐蚀部位是传输高温湿氯气的管道,现在基本都采用玻璃钢结构。该设备中的防腐蚀树脂可选用HET酸树脂或酚醛环氧乙烯基酯树脂。
在制浆设备方面如粗浆洗涤设备:漂白工段的真空洗浆机,浆机系统的浓缩机和粗选用的高频跳筛等所用的排气罩,过去都是采用金属板制作,虽然涂有耐腐蚀涂料,但仍然容易受到腐蚀损坏。现在有些造纸厂改用玻璃钢材料做的气罩后既耐腐蚀又很轻便等优点。
玻璃钢在造纸设备方面的应用如:圆网造纸机的网槽和低车速长网造纸机的流浆箱:过去在传统都是使用上等木材经过加工而制成,即使油漆保护得很好,时间使用长了也避免不了有腐朽的问题。现在使用玻璃钢材料制造后,解决了以上一些问题。如:现在天津有些造纸厂使用玻璃钢材料制作的白水盘,既轻便、刚度又好、还便于清洗、国内长网纸机的案辊、网辊、麻花辊及帆布辊、毛布辊等,现均有用玻璃钢材材料制造的辊面,其辊面经过精车加工处理后,再涂上一层树脂胶而辊面已非常光滑,用来代替橡胶辊面和铜辊面,而且重量大大减轻,电耗也有所下降,又如:天津新华造纸厂的纸机毛布麻花辊引毯辊改用玻璃钢材料代替铜质或镀铜分毯辊已使用了12年至今尚未发现问题和缺陷。
(5)铸铁
烘缸是干燥部的核心部分,烘缸作为主要的传热部件,在造纸机械中占有很大的比重。采用铸铁材料制成的烘缸,几乎占据了整个造纸机烘缸产品市场。铸铁材料有良好的铸造和机加工性能、良好的导热性能和纸张在其表面的剥离性能。
(6)铜镍合金
流体对金属表面不仅产生腐蚀,还产生磨损,这称为磨损腐蚀。它是局部腐蚀的一种,它的危害比均匀腐蚀大的多。局部腐蚀常常是突发性和灾难性的,可能引起各类事故。因此在选材操作维护时,对局部腐蚀都应高度警惕暴露在运动流体的设备,如管道、三通、阀、叶轮都能产生磨损腐蚀,同时在流体改变方向的地方,如三通、弯头等,还易于发生冲击腐蚀。所调查某中型纸厂的生产实践也说明这些地方易产生腐蚀、毁坏部件影响生产。选择铜镍合金应用于易损坏的泵轮等处。因铜和镍合金耐蚀性优良,由于铜的电位比氢正,在非氧化性酸中不可能产生放氢反应,所以对稀硫酸、稀盐酸等耐蚀良好,但当这些酸被空气饱和(含有氧)时则腐蚀严重,而且不耐氧化性酸(浓硫酸、硝酸)的腐蚀。所以一般选用铜镍合金( N il0~30% ),也有选择镍70,铜30的合金(国外商品名为蒙耐尔),其含硅40 %的铸材,则有较高的耐磨性,但因价格较贵,常以薄层衬里或双金属应用。
(7)钛合金
过去钛由于冶炼工艺复杂,价格昂贵,且加工困难,大大地限制了其使用范围。近年来,我国已掌握了冶炼和加工技术,现在很多民用工业已在使用,随着造纸工业的发展,钛在我国造纸工业的用量也得到进一步增长,如氯水加热装置、进漂白塔的药液混合器、漂白塔的高浓浆泵、升流漂白塔塔顶的搅拌器等都用钛合金制造。此外用各种方法(例如广西贺县造纸厂进口的制造装置, 是用氯酸钾在强酸溶液下发生反应产生) 生产的发生器的潮湿部分衬以钛合金。发生器外的循环泵、管路、阀门等、均应用钛合金制造。
除此之外,所调查的某小型造纸厂的碎浆池及大部分造纸厂的废水处理池都是以混凝土为基础。