碳化硅耐磨管道在石灰工序中的应用

李晓光

（唐山三友化工股份有限公司，河北 唐山063305）

在纯碱生产中，在石灰工序所生产的渣浆、污水等使用管道进行输送。因工艺条件不同，生产的这些介质溶液表现出不同的酸碱值，对管道具有一定腐蚀性；其流体在输送过程中会对管道造成一定的冲刷磨损。

近年来，随着科技进步，碳化硅耐磨材质的应用得到广泛的推广。我厂与设备厂家共同探讨，试用碳化硅材质耐磨工艺管道，对石灰工序电除尘、洗涤塔设备排放的弱酸溶液管道，石灰乳、电石灰等渣浆系统的碱性溶液管道进行改造替换。经过长时间使用，效果良好，渗漏现象并不明显。

1 与普通耐磨陶瓷、铸铁材质管道的比较

1.1 管道的工况环境

在我车间的工艺管道中工况条件并不相同，我们只以污水管道、灰乳和渣浆管道为例，将其工况条件概括说明如表1。

表1 工艺管道所处的工况

1.2 管道的使用周期

在特定的工况条件下，我车间除使用碳钢管道外，在特殊材质选用上，曾前后应用过普通陶瓷管道、球墨铸铁管道和碳化硅管道。在表1中的工况条件下，将使用周期总结如表2。

表2 各种管道在不同工况下的使用周期

经过长期积累判定，对比使用不同材质管道的使用经验，碳化硅材质的管道优越于其他材质，其原因是由于这种材质具有很大的硬度、耐热性、耐氧化性、耐腐蚀性的特点。

2 碳化硅管道的安装及使用经验

2.1 管道的安装要求

2.1.1 法兰的联接

由于局限于碳化硅管道的制造要求，备件形式基本类似于双法兰铸铁管或双法兰陶瓷管，联接形式多为法兰联接。在高温或低温下运行的管道在安装后应按规定进行热紧或冷紧，一般在试运行期间保持工作温度24h后进行。低温管道，由于法兰的螺栓表面凝结冰霜，应用甲醇将其融化后再进行冷紧操作。为了保证进行热、冷紧工作人员的安全，在可能的场合应进行泄压。若设计压力小于6MPa（表压）的管道，热紧的最大内压为0.3MPa（表压）；设计压力大于6MPa（表压）的管道，热紧的最大内压为0.5MPa（表压）。冷紧一般应卸压进行。热、冷紧的紧固力应适度，并应有相应的安全措施，以保证操作人员的安全。

2.1.2 法兰之间的密封

法兰密封面应清洁干净，在垫片的两面涂上防咬合剂：工作温度不大于100℃或低于0℃时，螺栓的螺纹部分应涂上防咬合剂。选用防咬合剂的材质应考虑其是否会与管道内使用的介质相互反应的因素。

2.1.3 耐压试验

式中Ps——耐压试验压力，MPa；

PG——工作压力，MPa；

［σ］——常温时材料的许用应力，MPa；

［σ］τ——工作温度时材料的许用应力，MPa。

另外耐压试验以规定时间（一般为10min）内压力不降，无泄漏及无可见变形为合格。

2.2 管道的使用经验

普通陶瓷管道内壁采用陶瓷片与工业铸胶融合，在管道内壁形成一道硬度较高的保护层，从而保护管道不受砂石磨损，降低溶液腐蚀的原理。但这种陶瓷管道在使用过程中容易造成贴片脱落，造成阀门堵死，降低泵体、叶轮的使用寿命；或因铸胶灌浆制作陶瓷管道过程中有气泡生成造成灌浆不均，因而造成管道局部泄漏，较难修复。

普通铸铁管道在制造成本上要低于普通陶瓷管道，但制作周期长，单批次生产费用较量高，且铸铁件开炉熔炼容易污染环境，该工艺受到国家相关法规限制，因此给管件的供应带来一定弊端。

普通碳钢管道在耐磨、抗腐蚀、抗冲刷等方面的表现均不如特殊材质的管道优越，但易于安装维护，采购周期短，价钱合理。

碳化硅管道在制作上是使用注浆成型法，基本可以满足厂家使用的各种管道尺寸和复杂结构。特别是在异径三通、四通的管壁设计可以自由掌控冲刷区域的厚度；在泵出口、入口附近含有汽蚀的高流速区有较好的抗震性能；另外在北方的冬季温度较低，经常会出现倒泵时因液体与管道温差大，会发生较大的弹性热胀冷缩现象，严重时会导致管道炸裂，此时有些厂家在相应部位会采用复合聚氯乙烯管道替代，但往往不能一举两得，而碳化硅管道适应瞬间冷热温差波动较大环境的能力极强，使用中并无炸裂、渗漏现象发生，一般碳化硅管道可适应－40～160℃长期工作，在现场环境中比较安全可靠，在使用性能上将优于上述类型的管道。

3 技术改造建议

3.1 管道尺寸的标准化

由于碳化硅管道的烧结后，附着在碳钢管道上的耐磨层较厚，因此在保证管道的公称直径的同时，管道外壁尺寸将大于一般国家标准。建议厂家在管道配用的法兰制作上尽量参照国家标准。例如：短节两片法兰的对开螺栓孔轴线需要与管道轴线平行。

3.2 易于管路联接密封的方法

碳化硅管道的生产厂家供货形式多为成型件，法兰联接，接口密封填充为四氟垫，安装后的接口有渗漏的现象。解决办法如下：法兰的螺栓孔距、密封水线、厚度应依照国家或化工部的制作标准，且满足客户的要求，法兰垫片在密封形式上可根据使用环境不同使用金属缠绕垫片或者橡胶垫。例如我车间的管道接口处于液体流动的湍流区，易冲刷磨损，可使用聚氨酯橡胶垫配合防咬合剂，使用收效明显。另外在增设角度、配有阀门的复杂管路对法兰与管道之间不做固定，以此施工单位可根据现场环境判定管路走向后进行灵活处理。

3.3 根据使用周期合理制定拆检计划

若生产单位第一次投用碳化硅管道，应在正常使用的同时制定合理的定人、定时、定点的拆检计划，以此检测管道的适用情况，保证生产连续稳定运行。

4 结 语

化工管道的耐磨、耐腐蚀、抗冲刷的性能决定着化工生产流程的稳定性，完全解决管道泄漏和长周期使用是一个技术难题。试用碳化硅管道2年时间来看，其产品稳定性好、安装简便，大大降低了维护成本，生产流程的稳定运行和现场环境有了明显改观。

［1］ 化学工业部化工工艺配管设计技术中心站.化工管路手册［M］.北京：化学工业出版社，1994

［2］ 李缨，黄凤萍，梁振海.碳化硅陶瓷的性能与应用［M］.咸阳：咸阳陶瓷研究设计院，2007

［3］ 郝寅雷，赵文兴.反应烧结碳化硅陶瓷的制备及烧结原理［M］.长春：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，2000