乙酸作為一種重要的化學(xué)中間體產(chǎn)品，被廣泛使用，其衍生物有數(shù)百種。纖維、涂料、粘合劑等產(chǎn)業(yè)的不斷增長和乙酸下游產(chǎn)業(yè)鏈的不斷發(fā)展，為我國乙酸產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了良好的背景環(huán)境和機遇。

兗礦國泰化工有限公司從建廠初期開始就有一套200套kt/a乙酸裝置擴產(chǎn)3000kt/a，第二套3000新建kt/a產(chǎn)能乙酸裝置。由于二期裝置在催化劑的選擇和合成循環(huán)量方面與一期有根本的不同，特別是合成反應(yīng)器自循環(huán)管道的溫度要求非常不同。為了達到應(yīng)有的運行效果，循環(huán)管道的溫度一般控制在185~195℃壓力等級為2.8~4.0MPa之間。然而，大多數(shù)管道使用普通內(nèi)襯PTFE(聚四氟乙烯)旋塞閥在系統(tǒng)中運行2~停車維修3個月時，發(fā)現(xiàn)閥門不能關(guān)閉，不能進行應(yīng)有的工藝處理。檢查發(fā)現(xiàn)旋塞閥襯里脫落程度不同，撕裂現(xiàn)象更嚴重。為了確保生產(chǎn)的正常進行，對這個問題進行了分析和處理。

1 分析了旋塞閥內(nèi)襯變形和脫落的原因

1.1 冷流導(dǎo)致內(nèi)襯脫落

在室溫下，塑料、橡膠、金屬等固體在負荷下變形，去除負荷后不能恢復(fù)原來的變形現(xiàn)象稱為冷流。冷流現(xiàn)象在襯里塞閥中很常見，特別是在乙酸工藝條件下，由于特殊閥訂單周期長，有時害怕影響工期，會提前半年到達，所以當應(yīng)用于系統(tǒng)時，可能在倉庫存放半年，因此可能存放不良，當應(yīng)力取消時，不能回到原理想狀態(tài)，造成變形。解決這個問題的方法是保持襯里材料不受任何應(yīng)力影響，保持塞閥流道清潔光滑，用非金屬材料擋板（如木板、塑料等）關(guān)閉塞閥的進出口，形成封閉環(huán)境；二是要求管理員全開放塞閥，即保持芯、襯里和外殼緊密配合，防止襯里因外力而變形。以上兩種方法基本上可以解決冷流現(xiàn)象引起的變形問題。

1.2 現(xiàn)場操作導(dǎo)致內(nèi)襯錯位

由于操作人員在操作過程中經(jīng)常打開或關(guān)閉旋塞閥，循環(huán)管道上使用的閥門尺寸為大直徑（通常為8）d或10d），這導(dǎo)致襯里和旋轉(zhuǎn)塞之間的摩擦過大。如果操作人員在旋轉(zhuǎn)手輪時不能均勻地使旋轉(zhuǎn)塞受力，則可能導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)塞和襯里錯位，導(dǎo)致高流量、高流量和高溫液體沖刷襯里材料。隨著時間的推移，襯里和外殼之間有大量的介質(zhì)，襯里會逐漸從外殼上脫落。這種現(xiàn)象導(dǎo)致的襯里脫落主要是由人為因素引起的。因此，在操作過程中使用加長桿或F類似的問題很容易解決，因為扳手用力均勻，以減少用力過輕松解決類似問題。

1.3 閥門半開半閉導(dǎo)致內(nèi)襯變形

當旋塞閥完全打開時，閥芯和閥體完全包裹內(nèi)襯，基本不接觸介質(zhì)；當旋塞閥處于完全關(guān)閉狀態(tài)時，閥芯將所有介質(zhì)與內(nèi)襯隔離，內(nèi)襯基本不接觸介質(zhì)。這是使用旋塞閥的正確方法，也可以延長閥門的使用壽命。但在實際生產(chǎn)過程中，旋塞閥半開半閉狀態(tài)，如圖1所示（a）由此可見，工藝介質(zhì)不斷清洗旋塞閥內(nèi)襯，由于系統(tǒng)在駕駛初期處于不穩(wěn)定階段，系統(tǒng)的溫度、壓力和流量不斷變化，使內(nèi)襯受到溫度變化和不規(guī)則交變應(yīng)力的影響。PTFE襯里為軟材料，交變應(yīng)力會變形，影響其使用壽命。隨著旋塞閥使用時間的延長，閥門入口處的襯里會不斷被介質(zhì)沖刷變形脫落，如圖1所示（b）所示。

圖1 旋塞閥半開半閉導(dǎo)致內(nèi)襯變形

1.4 內(nèi)襯熱膨脹導(dǎo)致閥芯旋轉(zhuǎn)時剪切脫落

PTFE晶體在19℃和30℃左右存在2個可逆轉(zhuǎn)變，第1個轉(zhuǎn)變是PTFE晶體由三斜晶體系變?yōu)榱骄w系，體積約增加1.2%；而在30℃時，PTFE晶體結(jié)晶松弛，C-C鏈螺旋變?yōu)椴灰?guī)則纏繞，體積變化約為19℃10%。由于結(jié)晶轉(zhuǎn)化和結(jié)晶松弛PTFE體積變化明顯，普通型PTFE內(nèi)襯的應(yīng)用性能會有一定的影響。旋塞閥的工作溫度大大超過19℃和30℃因此，當旋塞閥處于正常工作狀態(tài)時，這兩個溫度膨脹點會發(fā)生熱膨脹變形，如圖2所示（a）。當閥門關(guān)閉時，旋塞閥芯會與內(nèi)襯形成一定的剪切力，如圖2所示（b）內(nèi)襯變形。PTFE襯里是一種軟材料。隨著閥芯的進一步旋轉(zhuǎn)，剪切力過大可能會從旋塞閥中切斷邊緣襯里材料，這也是旋塞閥泄漏的重要原因。

圖2

♂

1.5 溫度升高PTFE力學(xué)性能下降

PTFE隨著溫度的升高，材料的拉伸強度逐漸降低，約為100℃為拐點。當溫度小于1000時?！胬鞆姸鹊淖兓荻雀哂?00℃變化梯度大。

PTFE材料的極限名義應(yīng)變?yōu)闇囟鹊脑黾油购瘮?shù)。極限名義應(yīng)變的變化約為25℃邊界。當溫度小于25時?！娈敎囟却笥?5時，極限名義應(yīng)變隨溫度升高而線性增加；℃極限名義應(yīng)變幾乎不受溫度影響。PTFE材料延伸率低，強度高，高溫時延伸率高，強度低。

PTFE隨著溫度的升高，材料的彈性模量降低。主要原因是隨著溫度的逐漸升高，分子間的結(jié)合力逐漸減弱。

2 防止旋塞閥內(nèi)襯損壞的處理方法

由于旋塞閥的儲存、現(xiàn)場工藝人員的操作和普通型PTFE內(nèi)襯的固有特性導(dǎo)致旋塞閥在使用過程中容易變形和脫落。如何在不改變現(xiàn)有工藝和操作的情況下解決存在的問題，可從以下兩個方面進行。

2.1 采用T475材料取代了原來的普通型PTFE內(nèi)襯

2.1.1 T475襯里材料的溫度應(yīng)用范圍廣泛

T475內(nèi)襯比普通型好PTFE內(nèi)襯具有更廣泛的溫度應(yīng)用范圍。T475和普通型PTFE 旋塞閥采用兩種內(nèi)襯材料class溫度和壓力在300壓力等級下的性能變化曲線。在旋塞閥經(jīng)常損壞的管道上，溫度范圍為185~195℃壓力等級為2.8~4.0MPa之間。從圖3可以看出，普通型在正常溫度控制范圍內(nèi)PTFE性能曲線直線下降，T475內(nèi)襯材質(zhì)在該溫度和壓力等級下未發(fā)現(xiàn)明顯的性能下降趨勢。

圖3 2種內(nèi)襯材料的溫度-壓力變化曲線

2.1.2 T475襯里材料可以更好地減少冷流

圖4所示是在15N/mm2壓力等級和23℃在溫度條件下，操作1000h，對比普通型PTFE和T475內(nèi)襯材料冷流。T475材料的抗冷流效果比PTFE優(yōu)越。

圖4 2種內(nèi)襯材料抗冷流對比

2.1.3采用T475能改善襯里材料的變形特性

T475在承載負荷時會發(fā)生極小的蠕變與變形，主要原因是其微觀結(jié)構(gòu)是由改進的非晶相及鏈狀分枝組成的。T475在承載荷條件下變形，碳含量為25%PTFE相似，見圖5。

圖5 2種內(nèi)襯材料的壓力變形系數(shù)曲線

♂

填充碳或玻璃纖維PTFE它能抗變形，但密封的完整性較差，純度降低。填料對介質(zhì)的沖擊更敏感，這也會大大降低密封性。T475不僅抗變形，而且提高了密封特性、抗介質(zhì)沖擊和純度。

2.1.4 T提高475襯里的強度和韌性

由于顆粒聚結(jié)的改善，T微裂縫在成型過程中的發(fā)展得到了改善。PTFE微裂紋不僅增加了滲透性，而且有利于應(yīng)力開裂。不適當?shù)臒釞C械性能會使襯里面臨巨大的應(yīng)力。應(yīng)力和伸展往往產(chǎn)生空洞，容易形成微裂紋或擴散通道，加速襯里開裂。

拉伸載荷位移表明，T475比PTFE如圖6所示，更耐應(yīng)力裂紋。

圖6 2種內(nèi)襯材料的拉伸載荷位移比較

2.1.5 T475的表面更光滑

T475比PTFE表面更光滑。光滑的表面提高了密封性和潤滑性，減少了摩擦、扭矩等。

2.2 改變旋塞閥的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

如圖7所示，對旋塞閥的外殼和內(nèi)襯結(jié)構(gòu)進行改造，以減少內(nèi)襯損壞。

a）由于閥芯與內(nèi)襯之間的摩擦力過大，當閥門開關(guān)時，內(nèi)襯與外殼之間有一定的位移，改造后的外殼防止了內(nèi)襯材料的錯位，降低了內(nèi)襯損壞的可能性。

圖7 旋塞閥殼體及內(nèi)襯結(jié)構(gòu)改造

b）由于旋塞閥襯里材料固有的熱膨脹因素，旋塞閥鑄造時留有一定的空腔。當襯里因溫度升高而膨脹時，膨脹的襯里不會出現(xiàn)在流道口，避免被介質(zhì)反復(fù)沖刷。

3 結(jié)語

綜上所述，現(xiàn)在使用的T475襯里材料，普通型PTFE冷流、摩擦過大、溫度波動頻繁、熱膨脹對襯里有很好的預(yù)防作用。此外，殼體的改造也進一步減少了襯里材料的損壞。