内衬复合管（精选5篇）
内衬复合管 篇1
纤维增强复合防腐内衬以高性能环氧树脂为主要成膜物, 玻璃纤维作为增强体的内防腐覆盖层, 耐腐蚀性和机械性能优良, 且具有较强的厚涂性。该技术目前在全国并未得到大范围推广应用, 尚无相应的施工技术规范和质量验收规范。但近年来, 中国石油长庆油田为解决因内壁腐蚀造成的管道破漏, 减少环境污染事故的发生, 保证正常生产运行, 将该项技术运用油田原油、污水管道的内壁腐蚀防治, 取得了良好的效果。
1 工艺介绍
1.1 工艺流程
工艺流程为:施工准备→管线整体检查→除垢/热洗、酸洗→压力检验 (旧) →吹扫→涂敷器→在线喷砂除锈→风送挤涂→质量检验→补口。
1.2 主要施工工序
1) 管线整体检查。沿管线的安装位置检查管线的起伏状态, 精确丈量管线的长度, 确认管线的起端与末端。
2) 除垢/热洗、酸洗。旧管线由于已经投用, 管壁结垢, 喷砂除锈一般不容易清除掉, 这种情况下采用管线除垢器除垢。管壁上存在油垢、结蜡等, 则采用热洗、酸洗。
3) 压力检验。旧管道压力检验的强度实验压力应达到原设计压力的70%, 梯度升压, 并稳压4h, 管道压降小于1%, 无渗漏、变形, 则压力检验合格, 满足进行纤维增强复合防腐内衬处理的基本条件。
4) 在线喷砂除锈。针对具有一定连续长度的管道, 用压缩空气或其他方法向管道内金属表面强力喷射砂粒, 使表面净化或粗化, 达到sa2.5级的表面处理要求, 保证内涂层连续完整性[1]。
5) 风送挤涂。利用压缩空气推动挤涂器, 使挤涂器在管道内匀速行进, 使防腐原料均匀涂覆于管道[2,3]。
6) 质量检验。由于纤维增强复合防腐内衬技术尚无相关质量验收规范, 实际应用过程中, 参照SY/T 0457-2010《钢制管道液体环氧涂料内防腐层技术标准》, 选取耐磨性、耐冲击、附着力、及耐化学稳定性、耐原油稳定性、硬度、外观等指标实现对内衬的质量控制[4], 外观检验和电火花检漏可在现场完成, 其他指标在有资质的试验检测机构完成。
2 使用范围及现场应用
2.1 使用范围
纤维增强复合防腐内衬材料按照其使用环境分为5类, 具体使用范围见表1。
2.2 现场应用
2.2.1 应用统计
长庆油田2012年至2015年间在输油管道、油田污水注水管道、供水管道上共计应用达到5478km以上, 其中输油管线共计4 312km, 占总量的78.7%;注水管线共计应用732km, 占总量的13.3%;供水管线共计应用434km, 占总量的7.9%。
2.2.2 实例
长庆油田分公司采油二厂华池油田投产于20世纪80年代, 单井综合含水60.5%, 由于区块进入高含水期开发, 内腐蚀导致管线频繁破漏。尤其是剖53-8井组至华十二转、华201-1井组至华十三转两条输油管线情况最为严重, 管道具体情况见表2。
2010年5月对两条输油管线进行纤维增强复合防腐内衬处理, 正式内衬施工前, 先参照SY/T 0457-2010《钢制管道液体环氧涂料内防腐层技术标准》并结合管道的实际使用工况, 确定10项主要技术指标进行施工工艺评定, 试挤涂管道, 分别经过现场检测和专业检测机构检测, 检测结果见表3。
根据检测结果, 技术指标符合参照标准要求, 并据此确定施工工艺。
2012年6月和2013年8月分两次随机截取华201-1井组至华十三转输油管道100mm长管段进行内衬层外观复检, 如图1、图2所示。
管线内壁涂层完整、无起泡、无脱落, 其防腐效果良好且5k V电火花检漏无漏点。
运行6年后, 再对两条管线运行情况与未涂覆纤维增强复合防腐内衬前的运行情况进行比对分析, 华201-1井组至华十三转输油管道内衬处理前年均破漏8次, 处理后6年未发生腐蚀破漏;剖53-8井组至华十二转输油管道内衬处理前年均破漏6次, 处理后6年年均破漏0.5次, 管道内壁腐蚀破漏均得到了有效根治。
3 效果分析
长庆油田从2008年开始共对730条集输管道进行了涂覆纤维增强复合防腐内衬处理, 其中93.1%的管线再未发生内壁腐蚀穿孔;6.9%的管道内衬后因固化时间不足、外力破坏等其他因素影响发生少量局部穿孔。
1) 对新建管道的内衬和旧管道的内修复均具有良好的效果, 确保了油田安全生产。
2) 延长管道使用寿命1倍以上, 而防腐层部分的投资仅占管道建设投资的10%~15%。
3) 管道内涂层表面摩擦系数小, 流体流动的磨阻小, 管道输送量可提高5%~10%[5]。
4) 控制了原油及污水管道破漏事故的发生, 有效地保护了生态环境。
5) 减少了应急抢险频次, 降低生产运行成本。
4 结束语
目前在油田正常生产过程中, 管线内腐蚀造成的破漏, 仍然是影响安全生产和环境保护的主要因素。纤维增强复合防腐内衬技术耐腐蚀性能优良, 施工工艺成熟, 作业周期短, 在长庆油田的实际运用中收到了很好的效果, 具有较高的推广价值。
参考文献
[1]郝新, 郭洪飞, 马志超, 等.小口径长输管线内挤涂工艺探索[J].腐蚀与防护, 2006, 27 (11) :12-14.
[2]叶为军.整体风送在线内挤涂工艺[J].青海石油, 2004, 22 (2) :85-87.
[3]王力.管道防腐内挤涂施工[J].石油工程建设, 1989, 15 (3) :45-46.
[4]大庆油田建设集团工程设计研究院.钢制管道液体环氧涂料内防腐层技术标准:SY/T 0457-2010[S].北京:石油工业出版社, 2010.
[5]俞蓉蓉, 蔡志章.地下金属管道的腐蚀与防护[M].北京:石油工业出版社, 1998.
内衬复合管 篇2
关键词：自蔓延高温合成,复合钢管,工艺,研究进展
引言
复合钢管内壁涂覆的传统方法有机械镶嵌、物理气相沉积(Physical Vapor Deposition,PVD)、化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition,CVD)、等离子体化学气相沉积(Plasma Assisted Chemical Vapor Deposition,PVCD),但存在制造工艺复杂、生产效率低、价格昂贵等缺点,制约了复合钢管的应用,因此需要研发一门新型的技术来解决该问题。20世纪70年代,前苏联科学家开发了自蔓延高温合成陶瓷内衬复合钢管技术。自蔓延高温合成法(Self-propagating High-temperature Synthesis,SHS)是一种利用化学反应自身放热使反应自我延续,最终合成所需材料的一种新技术[1]。和传统制备方法相比,利用SHS技术生产陶瓷内衬复合钢管具有以下优点[2,3,4]:
(1)设备简单,工艺流程短,生产效率高;
(2)自蔓延反应是自放热过程,反应一旦发生,无需补充能量而能自发进行;
(3)产品质量高,生产成本低,环境污染少。
1 自蔓延高温合成技术的基本原理
自蔓延高温合成技术主要分为离心-SHS技术和重力分离SHS技术。离心-SHS技术由离心技术与自蔓延高温合成技术组成,是一种在钢管内壁涂敷陶瓷层制备复合钢管的工艺方法。重力分离SHS技术即借助重力作用使得高复相熔体分离,通过燃烧过程实现对钢管内壁的陶瓷涂覆,从而获得陶瓷内衬复合钢管的工艺方法。前者适用于直管,后者适用于弯管和变径管。
1.1 离心-SHS技术的基本原理
利用离心-SHS技术制备陶瓷内衬复合钢管基于以下铝热反应实现:Fe2O3+2Al=2Fe+Al2O3+836KJ/mol。
将反应物料混合后填充到钢管内,然后将钢管安置到离心机上,待离心机转到一定速度时,将反应物料点燃。在离心力作用下,反应熔融物铁和氧化铝由于密度不同而产生分离,密度大的铁(7.8g/cm3)紧贴钢管内壁形成过渡层,而密度较小的氧化铝(3.9g/cm3)沿过渡层在其表面形成陶瓷层,形成了由内到外依次为陶瓷层-过渡层-钢管基体的陶瓷内衬复合钢管。其中过渡层与钢管基体是冶金结合,而过渡层与陶瓷层之间是机械结合,其制备过程如图1所示。
1.2 重力分离SHS技术的基本原理
重力分离SHS技术使待制备的钢管在制备过程中处于垂直静止状态,无需高速旋转,其基本原理是利用铝热反应时产生的高温使反应物处于熔融状态,未反应物料上方形成了陶瓷与金属两相熔体的熔池,在重力作用下,金属铁由于比重较大而下沉于熔池底部,同时附着在钢管内壁形成过渡层,陶瓷浮于上部,凝固体附着在过渡层上并形成均匀的陶瓷内衬层,如图2所示(一般情况下过渡层为0.5～1.0mm,故图2中尚未画出)。
1钢管;2反应物料;3陶瓷层;4熔融陶瓷;5熔融金属
2 陶瓷内衬复合钢管工艺的研究
2.1 预热与烘干
铝热剂中,特别是Fe2O3粉料具有强烈的吸水作用,因此在混料之前需要对物料进行预热和烘干处理,这对于提高陶瓷层的致密度有着重要的意义。研究表明[5,6],在一定温度范围内,陶瓷层的相对密度随预热温度的增加而变大。这是因为:(1)预热提高了反应物自身的温度,有利于降低冷却速度,延长熔体在高温区域的停留时间,使气体有更长的时间外逸;(2)预热除去了反应物料吸附的水分,减少了气孔形成的根源,当预热温度高于100℃时,陶瓷层的相对密度大幅度提高。
2.2 设备
目前市场中尚未出现定型的SHS离心机产品,各单位使用的设备有经老式车床改造的,有经离心铸造设备改进的,也有是自行研制的。在自行研制过程中,离心机高速运行时的可靠性与平稳性、点火系统的可操作性与安全性对陶瓷内衬复合钢管的制备过程影响较大,成为设计中需要注意的关键问题。
夏天东[7]等针对现有离心机的不足,自行设计了离心机,它由夹持防振系统、调速系统、点火系统、保护系统、传动系统和机座组成。为进一步减少离心机运行时的振动,设计时专门加大了整个机座的厚度,并且有意降低机座高度(整个机座高度不超过1m),同时将整个机座通过地脚螺栓与地面相连。设计中采用了可调速电源,对电动机的转速进行调整,使重力系数在0～500范围内实现无级可调。王建江[8]等自行研制了JS-1型SHS离心机,主要包含型筒部分、压紧防振部分、电刷点火部分、传动与机身部分。为防止型筒工作时有可能出现轴向运动,在型筒端部两侧加工出凸台,并通过滚轮起到止推作用。在自蔓延反应过程中,当型筒温度上升时,型筒在轴向可自由膨胀伸长。实践证明,该机可成功地制备内径为50～200mm,长度在100～2000mm之间的中小型陶瓷内衬复合钢管。李俊寿[9]等继1997年设计出托轮定位型筒夹持式SHS离心机之后,应合作企业的要求,又设计了轴承定位内卡式SHS离心机。实践证明,其操作方便,运行平稳,可无级调速,生产出的外径为80～200mm、长度在100～2500mm之间的陶瓷内衬复合钢管都达到了国家行业标准。
为了提高陶瓷内衬复合钢管工业生产中的规模化和自动化,需要综合现有离心机的优点,设计出企业可以通用的定型SHS离心机。
2.3 电磁场
电磁场作为非常重要的物理场,具有无接触传递能量、效率高、可控性强、选择性大等优点,在SHS反应过程中施加电磁场可以改变反应物的最终结构,同时提高反应物的活性[10]。
谢宏等[11]基于二维傅立叶热平衡方程,提出了电场作用下SHS过程的数理模型及求解的边界条件。其数理模型为:
该模型耦合了SHS反应的热效应、外加电场的焦耳热效应和试样的传热过程,不仅可用于单一化合物的燃烧合成,而且可用于多相复合材料的燃烧合成,具有一定的普遍意义。焦万丽[12]在自蔓延反应中引入交变磁场,并研究了其对钢管陶瓷层相结构的影响,而且选择了NiO为添加剂进行对比试验。研究表明:交变磁场不改变复合钢管陶瓷层的原有相结构,但减小陶瓷层中的α-Al2O3晶体的尺寸。随着磁感应强度的增大,其效果有所增强,在0.2T的条件下,出现了等轴晶组织。NiO的加入生成了NiFe2O4,其具有的磁性强化了交变磁场在反应过程中的作用,当NiO的添加量为4%时,磁感应强度为0.1T的条件下,得到了细小的等轴晶组织。但是加入过多的NiO,改善效果并不那么明显。张磊[13]等将交变磁场引入自蔓延反应,并研究了其对复合钢管陶瓷层性能的影响。研究表明:在自蔓延反应过程中引入交变磁场提高了铝热剂的燃烧速度,促进了燃烧过程。交变磁场可以增强复合钢管的压溃强度和剪切强度。当磁感应强度为0.2T时,陶瓷层的压溃强度和剪切强度比未引入交变磁场时分别提高了19.1%和21.9%,达到了418MPa和19.5MPa。
自蔓延反应过程一般只持续几秒,在此过程中施加电磁场会对复合钢管性能产生一定的影响,但不甚明确。为了进一步明确电磁场对陶瓷内衬复合钢管性能的影响,需要加强电磁场的作用规律和机理方面的研究。
2.4 添加剂
在自蔓延技术领域,有关添加剂的研究一直是国内外的热点问题。在铝热剂中加入适当的添加剂,可以控制燃烧合成反应过程的放热量以及反应速度,并且可以调整反应产物组成相的比例、提高陶瓷内衬复合钢管的综合性能。
在离心-SHS技术领域,张磊[14]等选择MnO2为添加剂,设计了不同质量配比的反应物料,研究了其对陶瓷层结构和性能的影响。研究表明:添加MnO2不会改变陶瓷内衬复合钢管陶瓷层的原有相结构,但使表层的α-Al2O3枝晶变为细密的层状结构。同时使过渡层的厚度增加,形成了向基体中渗透的网状结构,大大增强了锚固效应。当MnO2的添加量为4%时,复合钢管陶瓷层的压溃强度和剪切强度值达到最大,分别为416MPa和19.2MPa,比未添加MnO2的复合钢管的压溃强度和剪切强度分别提高了l8.2%和12.3%。Xi W J[15]等在铝热剂中加入适量的Cr2O3以及NiO,制备出了复合钢管,并对其微观组织作出研究。研究表明:随着Cr2O3以及NiO的加入,通过反应中减少陶瓷层的杂质以及增加其塑性,陶瓷层中的断裂现象将会避免。Meng Q S[16]等把Ti,Ni以及B4C作为添加剂加入,并对其机械性能进行了研究。研究表明:随着Ti,Ni以及B4C的加入,钢管基体层和陶瓷层之间的过渡层的强度增加,并且钢管的机械性能有很大的改进。同等情况下与重力-SHS法相比,复合钢管的剪切强度以及压溃强度分别改善了60～70%以及58～112%。
在重力分离SHS技术领域,人们研究了CuO、ZnO、SiC等添加剂对复合钢管性能的影响。张卫明[17]等在铝热剂中加入CuO,利用重力分离自蔓延高温合成法制备出复合钢管,并对其相结构和耐腐蚀性能进行了研究。研究表明:CuO的加入基本不改变陶瓷层的相结构,还原出的Cu以固溶体和单质形式存在。陶瓷层主要由基体相α-Al2O3和少量铁铝尖晶石FeAl2O4和硅线石Al2SiO5构成。当CuO的加入量为6%时,陶瓷层的耐腐蚀性最好。张磊[18]采用ZnO为添加剂,并研究了其对钢管陶瓷层结构和性能的影响。研究表明:陶瓷层主要由Al2O3、FeAl2O4、ZnO和ZnAl2O4构成,晶粒尺寸小,枝晶细密排布规律。随着ZnO添加量的增加,复合钢管的压溃强度呈上升趋势,但当ZnO加入量超过6%时,压溃强度反而下降。当添加量为6%时,压溃强度达到最大值406MPa。由于纳米粒子出现了许多不同于常规固体的新奇特性,如表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应等,故其为常规复合材料的研究增添了新的内容[19]。俞建荣[20]等将添加剂的研究领域拓展到纳米级颗粒,研究了纳米SiC对陶瓷层组织的影响。研究表明:纳米SiC的加入基本不改变陶瓷层的相结构,纳米SiC并不直接参加体系反应,而是形成内晶型微晶弥散在基相Al2O3中。加入纳米SiC颗粒,有效地减少了陶瓷基相中的气相含量与疏松组织,提高了组织的致密性。张龙[21]等选择(CrO3+Al)为燃烧体系,通过添加金属添加剂Ni并调整其与(TiO2+Al+C)子体系之间的成分比例,制备出了陶瓷内衬复合钢管,并研究了Ni对燃烧行为的影响以及陶瓷层和过渡层的相结构。研究表明:在(CrO3+Al)燃烧体系中,当(TiO2+Al+C+Ni)子体系添加总量为25%时,随着Ni含量的增加,则(TiO2+Al+C)含量随之降低,反应体系的绝热燃烧温度与燃烧速率上升。陶瓷层主要由α-Al2O3、Ti2O3、TiO、金属Cr相及少量的TiC硬质相组成,被还原出的Cr、Ti及所添加的Ni则形成复合钢管的过渡层。
现今人们对于添加剂的研究大多偏重于复合钢管的力学性能、陶瓷层的相结构及致密化等方面,为了提高复合钢管的综合性能,陶瓷层的断裂韧性及其裂纹等方面还有待进一步研究。
3 研究展望
(1)理论体系和数学模型的建立
有关SHS反应机理和结构转变等理论的研究相对较少,其相关数学模型建立的也较少,特别是重力分离SHS技术领域,通过加强该方面的研究,可以丰富SHS理论体系,并有利于指导工业实践。
(2)离心力的研究
现有研究人员针对不同燃烧体系和添加剂得出了不同的重力系数范围,可见陶瓷内衬复合钢管的性能是各种因素综合的结果。为了得到最佳的重力系数范围,需要加强该方面的研究。
(3)铝热剂和添加剂粒度大小的研究
对于铝热剂及添加剂的研究大多停留在微米级颗粒的阶段,对于纳米级颗粒的研究较少,为了提高复合钢管的综合性能,纳米铝热剂以及添加剂将成为今后研究的新热点。
(4)陶瓷层耐磨、耐腐性的研究
关于陶瓷层耐磨、耐腐蚀的研究较少,且其测量结果不能满足工业应用的要求,加强该方面的研究,有利用提高复合钢管的使用寿命、扩大其应用范围。
(5)计算机辅助技术的研究
内衬复合管 篇3
自蔓延高温合成技术(SHS)具有合成时间短、能耗小、产品质量高、环境污染低等优点,已用于陶瓷内衬复合钢管。根据其成型工艺,可分为离心SHS技术及重力分离SHS技术。离心SHS技术制备的复合钢管具有耐高温、耐磨损、耐腐蚀等优异性能,能够满足工业应用的需求[1,2,3],其缺点是[4]:(1)只能在直管中涂覆陶瓷内衬;(2)对于小径管难以产生较大离心力,不能进行相分离而无法生产;(3)无法应用于变径管等异型管件。重力分离SHS技术的显著特点是复合钢管制备时无需高速旋转,利用铝热反应生成熔融物重力分离特性制备出钢管,属于静态自蔓延反应,弥补了离心SHS法的缺陷。但用该方法制备的复合钢管的综合性能受诸多因素的影响。为此,对重力分离SHS陶瓷内衬复合钢管的研究进展作一评述,以期为提高复合钢管综合性能提供参考。
1 提高陶瓷层结合强度
1.1 优化工艺
将交变磁场引入自蔓延反应,不同的磁感应强度电磁场对复合钢管力学性能有影响:交变磁场可以增强复合钢管的压溃强度和压剪强度,如当磁感应强度为0.20 T时,陶瓷层的压溃强度和压剪强度比未引入交变磁场时分别提高了19.1%和21.9%,达到了418 MPa和19.5 MPa[5]。在自蔓延反应中施以不同振幅与振频单自由度上下往复式机械振动,对SHS铝热燃烧及复合钢管力学性能的影响为:提高振频能有效地促进铝热燃烧过程,提高燃烧温度、燃烧速率及反应转化率,如以振幅5 mm、振频5 Hz的机械振动,可使复合管的压溃强度提高11.1%,压剪强度提高24.2%[6]。由弱反应体系TiO2+C+Al和Ni按不同比例配合, 组成预涂覆剂, 对钢管内表面进行预涂覆处理,然后采用主燃烧体系CrO3+TiO2+C+Al+NiO制备了SHS陶瓷内衬复合钢管[7],当预涂覆剂配比为TiO2+ C+ 90%(质量分数) Ni时, 燃烧合成的复合管陶瓷/钢界面结合良好, 形成了含富钛碳化物的CrNi合金过渡层, 过渡层中富钛碳化物呈梯度分布,与未采用预涂覆工艺制备的复合管相比, 梯度分布更明显, 复合管内应力分布趋于合理, 提高了金属/陶瓷结合的牢固程度, 表征界面结合强度的抗剪强度值达到46.2 MPa。
1.2 施加添加剂
根据添加剂对SHS燃烧过程的影响,一般将其分为2类:一类为参与SHS反应,对燃烧过程具有促进作用的化学激活剂;另一类为不参与SHS反应,对燃烧过程具有抑制作用的稀释剂。当施加4%新型添加剂MnO2时,压溃强度和压剪强度分别提高了18.2%和12.3%,达到了416 MPa和19.2 MPa,有效增强了陶瓷层与基体之间的锚固效果,改善了复合管的结合强度[8]。当ZnO添加量为6%时,能够有效提高复合钢管的结合强度[9]。以(CrO3+Al)为燃烧体系,通过添加并调整( TiO2+Al+C)子体系与Ni金属添加剂发现,添加适量的Ni粉,可以控制中间过渡合金层中碳化物的体积分数与分布,有利于内衬陶瓷层、中间过渡合金层与钢基体之间的连接,从而使复合钢管的压剪强度得到提高,如当金属Ni为15%时,复合钢管的压剪强度达到极大值39.8 MPa,有效提高了钢管的使用寿命[10]。
2 提高陶瓷层韧性
增加陶瓷层韧性的主要方法有弥散韧化、相变韧化、纤维韧化、协同韧化。ZrO2相变增韧是一种有效的方法,如Al2O3-ZrO2复相陶瓷的断裂韧度比粉末冶金技术制备的Al2O3陶瓷、Al2O3-20%t-ZrO2复相陶瓷和TZP陶瓷(四方氧化锆陶瓷)分别提高254.7%,99.5%和33.0%,有效地提高了复合钢管的使用寿命[11]。通过向主燃烧配系引入不同含量的ZrO2[ 4.0%(摩尔分数)Y2O3]组元,制备内衬(Al2O3-ZrO2)复相陶瓷的复合管[12]。在ZrO2含量为25%时,断裂韧性达到最大值,为15.96 MPa·m1/2。在静态自蔓延反应中施以低频机械振动,施加振频10 Hz,振幅3 mm时,能提高添加剂中ZrSiO4的分解率,ZrO2发生马氏体相变,从而进一步提高陶瓷层的韧性[13]。
3 提高陶瓷层致密度
提高陶瓷层的致密度就是要降低凝固前陶瓷熔体中气相的含量。稀释剂是复合钢管制备过程中常用的一种添加剂,可以起到降低熔池黏度和延长液相存在时间的作用,从而有效地降低陶瓷层的孔隙率。稀释剂SiO2对复合管陶瓷层的影响远大于CaF2,添加2%~4%(质量分数)可以促进陶瓷层的致密度;加入CaF2可以促进陶瓷层的致密度,但其含量变化对提高致密度的作用并不明显;同时加入SiO2和CaF2可以取得更好的效果,但SiO2的加入量不应超过CaF2的加入量,如加入4% SiO2和4% CaF2时,陶瓷层连续均匀、表面光滑、截面无明显气孔[14]。当纳米SiC添加量为3%时,陶瓷层具有最佳致密性,孔隙度在4%以内。采用1.6 g/cm3的填料密度和6% CuO+3% SiC能制备出陶瓷层均匀、致密的复合管[15]。加入适当比例的玻璃粉添加剂能够降低铝热反应温度,玻璃粉高温良好的流动性和低凝固温度有利于反应中生成的气体的排出,从而有效地提高了陶瓷层致密度[16]。适量Ni粉能促进反应进行,使体系绝热燃烧温度提高,有利于体系的气体的排出,同时促进了TiO2+Al+C体系的反应,增加了最终产物(TiC)和中间产物(Ti2O3)的生成量,提高了陶瓷的致密度。当Ni粉质量分数为19%时,陶瓷层致密度高达 96.5%[17]。
4 提高陶瓷层耐蚀性
铝热剂中加入适量的添加剂可有效改善陶瓷层的耐蚀性,随SiO2添加量增加,陶瓷层的腐蚀失重率呈先下降、再增加、后减少的变化;当添加量为2%时,耐蚀性最好[ 腐蚀失重率约为0.4 g/(m2·h)];随CrO3添加量增加,陶瓷层的腐蚀失重率呈先下降后增加的趋势[18]。以适量CuO代替Fe2O3,可有效减少陶瓷涂层中FeAl2O4的含量,有助于陶瓷层耐蚀性的提高,如CuO添加量为6%时,陶瓷层具有最佳耐蚀性[19]。将SiC添加剂拓展到纳米级,随添加量的增加,陶瓷层的耐蚀性呈现出先上升后下降的趋势;当纳米SiC为3%时,陶瓷层具有最佳耐蚀性,有效地改善了陶瓷层耐腐蚀性能[20]。
基于重力分离SHS技术制备陶瓷内衬复合管,采用铝热燃烧二次涂覆方法制备双衬陶瓷层,研究双衬陶瓷层的耐蚀性[21]发现,酸溶液中腐蚀后双衬陶瓷复合管的腐蚀失重率分别不超过1Cr18Ni9Ti不锈钢管和单衬陶瓷复合管0.5%和2.0%。双衬陶瓷复合管开创了提高钢管耐蚀性的新方法,今后应加强复合钢管新工艺的研究。
5 结 语
内衬复合管 篇4
山东博润工业技术有限公司在对水泥基耐磨料研究[3,4,5,6]的基础上, 成功研制了一种高耐磨、应用范围广的新型水泥基耐磨复合材料。该复合物由高强水泥、棕刚玉骨料、掺合料、纤维和外加剂等组分复配而成, 可现配现用, 也可生产出干混料待用。该材料中的棕刚玉骨料是生产棕刚玉耐磨保护系统的工业原料, 且莫氏硬度大于8, 因此该骨料具有优良的耐磨性。该材料成型后, 具有高耐磨、抗冲击性强、粘结强度高、耐高温、整体性能良好的特点。该硬复合物凝结时间短、强度发展快, 有利于成型管道或构筑物的快速应用, 也可用于磨损部位的快速修补。因此, 该水泥基耐磨复合物可应用于煤炭工业中磨料磨损、粘着磨损或冲蚀磨损较为严重的部位, 例如管路汇集的防溅箱、浓缩机入料保护箱、大型接料桶、煤泥水管道等内衬以及料仓、溜槽、冲渣沟等构筑物内壁。
1 原料及混配
1.1 原料及配比
水泥基耐磨复合物所用水泥为42.5 R普通硅酸盐水泥;骨料选用多种粒径的棕刚玉;减水剂为萘系高效减水剂;早强剂为硝酸盐早强剂;硅灰颗粒的比表面积20 m2/g;纤维选用聚丙烯纤维。各组分的配合比例如表1所示。
1.2 原料的混配
水泥、棕刚玉、减水剂、早强剂、硅灰和分散好的纤维按重量比称量, 然后把各原料放入强制式搅拌机搅拌30～40 min, 混匀后放入干粉砂浆专用牛皮纸袋封装备用。
1.3 材料的性能指标
该水泥基耐磨复合物 (试样A) 的性能测试结果列于表2, 对比试样为普通水泥砂浆 (试样B) 。
注:1.耐磨性测定参照JC/ T260-2001《铸石制品性能试验方法——耐磨性试验》进行试验;2.强度测定参照GB 17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》进行试验;3.抗冲击性测定参照GB11548-1989《硬质塑料板材耐冲击性能试验方法 (落锤法) 》进行试验。
2 材料的施工应用
2.1 基层材料的处理
在水泥基耐磨复合材料应用之前, 需对保护的基层材料进行表面处理, 目的是增加耐磨材料和基层材料间的粘结强度。粘结面的处理方法有物理方法和化学方法, 针对不同材料和施工的方便程度, 选择不同的处理方式。在煤炭工业, 需要保护的基层材料一般为混凝土构筑物和金属部件。
混凝土构筑物的表面处理方法主要有:① 表面糙化:耐磨层与基础混凝土之间的粘结主要是通过水化产物胶结产生的化学力和两材料间产生的静摩擦力, 基层表面越粗糙, 接触面积就越大, 产生的合力越大, 材料间的剪切强度就越高;② 粘结剂处理:通过粘结剂的极性官能团或极性分子分别与耐磨层和基层发生反应, 提高材料间的粘结强度;③ 表面清洁:保持混凝土的表面清洁, 减少灰尘、油污等杂质, 有利于提高粘结强度。
金属部件表面处理的主要方式称为前处理, 包括除油、除锈、活化、除蜡, 目的是使金属表面洁净, 使之与耐磨材料充分接触, 增强粘结力, 防止耐磨材料的脱落。以神华包头矿业李家壕选煤厂为例, 我们针对介质桶和煤泥桶的实际情况, 采取金属前处理工艺, 应用金属表面处理剂, 除去桶内壁上的杂质, 保持金属表面的洁净。金属表面处理剂是加入少量表面活性剂和除锈剂的石油系清洗剂, 加入少量除锈剂可使金属表面具有短暂的防锈能力, 提高施工的可操作性。
在垂直面上的施工情况如图1所示, 一般需要在表面加一层钢丝拉网, 以防止耐磨复合物的坍落, 有利于整体性施工, 使耐磨层与基层或耐磨层与耐磨层的连接更加紧密, 并且也方便施工人员的操作。钢丝拉网与基层之间采用点焊的方式通过钢支架连接, 钢支架一端连于基层表面, 另一端连于钢丝拉网表面。钢支架的长度根据施工厚度而定, 一般为施工厚度的一半, 例如神华包头矿业李家壕选煤厂的介质桶和煤泥桶选择的施工厚度为40 mm, 所以钢支架的长度为20 mm, 钢支架间的间距为300 mm。
混凝土基层表面的处理如图2所示。可应用混凝土界面处理剂进行表面处理, 提高材料间的粘结强度。经过性能对比, 选取应用效果较好的302混凝土界面处理剂, 按照施工要求选择相应的胶砂配合比。此外, 钢支架要深入混凝土基层, 用来固定钢丝拉网, 深入长度不小于外露长度。
2.2 耐磨层的涂装
在施工现场, 首先把混匀封装的水泥基耐磨复合材料放入机械搅拌装置或人工搅拌装置, 缓慢加水搅拌, 搅拌3～5 min, 并根据施工要求, 调和成所需的粘稠度。在经过界面处理的基层材料上均匀涂抹或通过浇注成型。
以神华包头矿业李家壕选煤厂的介质桶、煤泥桶及非标件的耐磨内衬涂装为例。通过界面处理和加装钢丝拉网后, 把搅拌好的水泥基耐磨复合材料分层抹在基层材料上, 第一层耐磨料要漫抹过钢丝拉网, 并压实后再抹第二层。从第二层开始, 每层厚度不宜超过15 mm, 否则易产生较大气孔或砂眼, 不利于材料整体性能的提高。耐磨复合物抹面示意图见图3。
此外, 在成型时, 要注意成型时间。该水泥基耐磨复合材料应用的水泥主要为快硬水泥, 所以成型要在45 min内完成, 否则因水泥硬化或坍落造成的损失较大, 影响施工整体效果和性能。
2.3 压光养护
基层材料整体抹完后, 在耐磨料初凝前将表面搓压, 进行初次压光;待耐磨料表面收水后, 进行第二次压光。压光时用力均匀, 将表面压实、压光, 清除表面上存在的气泡、砂眼等缺陷。压光找平后30 min内, 表面可涂刷养护剂或界面处理剂进行养护, 亦可加盖湿草袋洒水养护, 养护时间不得少于7 d。
养护应注意的问题:根据应用的水泥不同, 养护方式不同。例如, 对于高铝水泥基耐磨复合物, 要注意养护温度不可高于30 ℃, 否则会发生晶型转变, 使固相体积大幅度减少, 孔隙率大幅度增加, 导致复合物强度剧烈下降。
3 结论与展望
以高耐磨的棕刚玉为骨料的水泥基耐磨复合材料是一种新型高耐磨复合料, 具有显著的抗冲击性、整体性强、粘结强度高。用该耐磨复合物做耐磨保护层, 抗冲磨性能好, 施工方便, 可快速应用, 且修补方便。作为一种新型的耐磨材料, 该耐磨料复合物已广泛应用于输送管道和构筑物内衬的保护层, 显示出极高的综合性价比, 受到用户的好评。在神华包头矿业公司李家壕选煤厂、神东布尔台选煤厂以及大柳塔选煤厂等众多大型选煤厂都已得到应用, 效果良好。
参考文献
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容器内衬塑料更换内衬不锈钢技术 篇5
关键词：化工容器,衬塑料,更换衬不锈钢
化工设备一直是化工单位生产系统关键的设备之一, 它包括分离, 储存, 反应, 换热等作用。在设备采购和定货中, 往往厂家在节省投资, 或对设备使用的寿命估计不足, 加上在使用过程中工艺参数的改变等, 都会造成设备衬塑料层寿命变短, 甚至塑料层被破坏, 生产被迫停止, 在这种情况下, 如果更换整个设备, 代价昂贵, 周期长;对于连续生产的企业来讲, 将是致命的.为此结合本设备的情况, 更换衬里材质, 提高使用寿命, 节约成本, 将是必要的补救措施之一。
1 设备简介
化工设备一般由筒体.封头 (又称端盖) 。法兰, 支座, 接口管道及人孔, 手孔, 视镜等组成。主要技术参数为, 筒体基体为Q235-B, 介质为腐蚀性液体, 温度70°C, 设计压力为:0.25MPa
2 主要衬里更换技术
2.1 拆除
打开人孔, 内部介质分析符合安全条件等后, 拆掉设备主螺栓, 移去封头, 拆掉与封头和筒体所有管件, 附件, 平台, 爬梯等, 并做好标记, 以防装配时错误, 清理封头和筒体内表面;待表面清理干净后, 用砂轮机切开衬塑料层。然后用扁刀, 顺着切开的断面, 逐步凿起, 当凿到一定的面积时, 用拉力钳夹紧凿起的塑料部分, 沿重力的反方向拉起;因为在衬筒体和封头的塑料时, 底部一般有金属网作为衬塑料层的加强, 金属网一般与基体进行点焊固定。为此拉起的只是塑料层, 如果用热源清除融化塑料, 将会清理不彻底, 导致清理失败, 残留的塑料会留在基层上。
待塑料层完全清理后, 用砂轮片切断点焊的金属网 (注意不要破坏基体) 。使基体表面平整, 且清理干净。
2.2 更换衬里材料
将喷砂或打磨干净的设备水平放置, 衬里不锈钢板按照制作工艺加工, 将符合要求的耐腐蚀钢板, 加工成与需内衬设备同种形状, 同时按照要求加工塞焊孔。衬里封头放置于基体封头上, 组装时严格控制装搭间隙, 经检验合格后, 逐一点固塞焊点, 固定好后, 清理内部杂物, 去除油污等!开始焊接。
焊接。筒体、封头与衬板焊接, 应采用经评定合格的不锈钢复合板的焊接工艺执行, 且焊工应持证上岗, 基层与不锈钢层采用过渡层焊接, 盖面采用不锈钢焊接。
基层:Q235-B。
不锈钢层:316L。
焊接规范和坡口见表1和图1。
2.3 更换衬里效果的检验
在塞焊工艺完成后, 经检验员确认外观合格后, 进行衬里的试漏及密封性的检查, 一般采用三种试漏检验: (1) 初试漏:将筒体和封头外部钻一信号孔, 然后用经过减压装置的低压空气通入信号孔, 用发泡液体均匀仔细涂刷内部, 检查是否泄露。 (2) 整体筒体与下封头衬里试漏。将筒体与下封头装配完毕, 注入液体, 当液体注满后, 从外部信号孔同样注入低压空气, 如有泄露, 将会有气泡露出。 (3) 整机试压。将全部零部件, 装配完毕, 注入液体, 按照GB-150的有关规定进行整机液压试验, 当达到规定的试验压力, 检查封头和筒体的外部信号孔, 如果有液体流出, 应该重新检查, 当得到修补后, 重新试压, 直到无泄露。
2.4 恢复外部现场管道的安装连接件
按照容器有关规范, 进行试漏合格后, 恢复机体外部所有工艺连接管件, 附件及其他装置, 达到以前的运转的要求。
3 结语