探讨玻璃纤维在石墨制化工装备上的应用技术

赵雪松 陈小峰 刘 畅 刘仍礼

（南通星球石墨股份有限公司，江苏 南通 226541）

0 引言

石墨设备在防腐领域的应用越来越广，同时对石墨制化工设备的质量要求也逐步提高，特别是石墨制塔类设备中的石墨筒体，石墨筒体由于石墨材料特性影响，通常在加工完成后，需要在筒体外加装铁抱箍进行加强，本文探讨了一种新型加强方式，即在石墨加工到规定尺寸后，在石墨筒体外使用玻璃纤维混合一定比例的粘接剂，缠绕在石墨塔节外层可以增加石墨筒体的强度，提高耐压能力，还可以补充石墨的抗渗漏能力，同时相比铁抱箍成本有所降低，操作工序简单，可批量化生产。

1 现状

当前石墨制化工设备中的石墨筒体在加工过程中，对于增强石墨筒体承压能力的方法大部分采用加装铁抱箍的方式。此方式对于压力不高，工况不苛刻的情况适用，但对于使用压力较高，工况复杂、客户物料腐蚀性大的设备，铁抱箍就不能起到很好的保护作用，客户在使用过程中就会出现故障，由此带来的经济损失较大。故寻求新的加强材料替代铁抱箍。

经过对多种材料的对比，对耐温、耐压以及抗腐蚀能力分析，玻璃纤维符合要求，由于材料特性的相似性，和石墨材料的贴合性较好，使得玻璃纤维能很好的贴附在石墨表面起到加强作用，经过缠绕实验，确定了该方案的可操作性。

1.1 玻璃纤维缠绕工艺

玻璃纤维缠绕工艺可以采用手糊工艺来补充抗渗漏能力也可以通过机械设备环向、螺旋（交叉）缠绕工艺，使用机械设备缠绕较手糊工艺的生产效率明显高而且可批量生产。

1.2 操作方案对比

玻璃纤维的缠绕方式分为立式缠绕和卧式缠绕。两种方式都可以应用于石墨塔节上玻璃纤维的缠绕，但是在具体操作上各有优缺点，两种缠绕方式的优缺点对比（如表1所示）。

表1 立式缠绕与卧式缠绕优缺点对比

1.3 操作方案选择

通过对比分析并结合实际操作情况，立式缠绕后期清理所需时间较长，对筒体密封面的密封效果会带来一定影响，卧式缠绕在玻璃纤维的缠绕过程以及后期处理过程均在可控范围内，同时卧式缠绕在产品成型后便于持续滚动，以使表面树脂固化剂更均匀的融合在玻璃纤维中，使得玻璃纤维更紧密的贴附在石墨塔节的表面。综合加工难度、工件固定方式，质量要求等方面因素，最终建议采用卧式缠绕方案。

1.4 操作过程解析

具体操作流程大致分为：石墨筒体浸渍树脂，浸渍完成后固化，固化后打磨清理表面缠绕不需要的杂质，将清理达到要求的筒体吊装至滚轮支架，按筒体直径大小调整好固定模块，使筒体受力均匀，转动时不滑动、不磨损，调整好位置以后按筒体直径大小、需要缠绕的长度及厚度在自动缠绕机上输入对应的程序，启动自动缠绕机，待胶衣初凝，手感软而不粘时，将调配好的环氧树脂胶液涂刷到胶凝的胶衣上[1]缠绕时使玻璃纤维均匀的经过调配好的树脂粘接剂中，均匀紧密的缠绕在石墨筒体的表面，自动缠绕机工作时，人员随时检查，出现异常情况及时处理，缠绕达到要求后，滚轮支架持续保持匀速转动2～3h，待表面树脂初步固化后，方可吊运。在室温较低于20℃以下时，可考虑加温固化，可缩短固化时间，提升工作效率。完成上述步骤，石墨筒体表面玻璃纤维完全固化后，对表面不均匀或者不平整局部平面，进行打磨处理，达到设计要求后视为一次操作流程结束。

2 应用实例

2.1 缠绕厚度

根据设备设计压力，采取不同的缠绕厚度，设备设计压力1.0～1.4MPa缠绕玻璃纤维的厚度为20mm，设备设计压力0.4～0.8MPa缠绕玻璃纤维的厚度为6mm，设备设计压力0.1～0.3MPa缠绕玻璃纤维的厚度为5mm，缠绕厚度的选择遵循设备实际使用压力最大值原则，选取合适的厚度进行加工。

2.2 液压试验

2.2.1 工艺说明

水压试验所用的水必须是清洁水，容器中应该充满液体，滞留在容器内的气体必须排净，容器外表面应保持干燥，当容器壁温与液体温度接近时，才能缓慢升压。试压工件内部压力每升高0.1MPa保压2～3min，达到试验压力后保压30min，然后缓慢降至设计压力，保压足够时间进行检查，保压检查期间其压力应该保持不变，不得用连续加压来维持压力不变，试压过程中不得紧固螺栓或向受压元件施加外力，石墨制压力容器液压试验完毕后，应将试验介质排尽。

2.2.2 结果分析

试压过程中压力指标均达到要求，保压过程及时间均正常，相比铁抱箍加强方式，玻璃纤维缠绕对石墨筒体本身整体强度的提升较明显。玻璃纤维包裹性较强，使得石墨抗渗透能力增强，试压过程中表面漏点减少甚至完全消失，保压30min后，外层玻璃纤维表面干燥无水渗出，玻璃纤维无脱落、断层现象。

2.3 成品分析

抗腐蚀性好、机械强度高、可设计性好是玻璃纤维的关键特性，这使得它与石墨材料兼容。玻璃纤维在工业工程中的主要应用是在化学化工行业、建筑行业、建设行业，与钢材相比，它具有较高的强度、可操作性强和较低的成本等优点。玻璃纤维缠绕石墨筒体成品如图1所示，从外观平整度及整体操作流程看出，此种方法的可操作性强，产品质量足以达到要求。

图1 石墨缠绕玻璃纤维成品图

3 结语

本文提出了一种以玻璃纤维缠绕替代铁抱箍加强石墨筒体的加工方法，通过加工过程以及后期液压试验数据看出，玻璃纤维与石墨材料的兼容性，使得此种加工方法对批量大规模生产的可操作性强，同时对石墨筒体的全覆盖替代了之前铁抱箍的局部覆盖，对石墨筒体的抗压、抗漏起到关键作用，综合材料成本以及其他各方面成本，玻璃纤维加强对比铁抱箍加强均占有优势，在能源逐渐紧张的情况下，各种钢材价格飞速上涨，玻璃纤维的价格相对比较稳定，同时对于节能降耗起到关键作用，玻璃纤维在石墨加工行业的应用有很大潜力，作为加强用材料在石墨加工行业中具有广阔的应用前景。