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(zhǎng)和乙酸下游產(chǎn)業(yè)鏈的不斷發(fā)展，為我國(guó)乙酸產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了良好的背景環(huán)境和機(jī)遇。

兗礦國(guó)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(kuò)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(dá)到應(yīng)有的運(yùn)行效果，循環(huán)管道的溫度一般控制在185~195℃壓力等級(jí)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(yùn)行2~停車維修3個(gè)月時(shí)，發(fā)現(xiàn)閥門不能關(guān)閉，不能進(jìn)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(yán)重。為了確保生產(chǎn)的正常進(jìn)行，對(duì)這個(gè)問題進(jìn)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(fù)荷下變形，去除負(fù)荷后不能恢復(fù)原來(lái)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(zhǎng)，有時(shí)害怕影響工期，會(huì)提前半年到達(dá)，所以當(dāng)應(yīng)用于系統(tǒng)時(shí)，可能在倉(cāng)庫(kù)存放半年，因此可能存放不良，當(dāng)應(yīng)力取消時(shí)，不能回到原理想狀態(tài)，造成變形。解決這個(gè)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(jìn)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(chǎng)操作導(dǎo)致內(nèi)襯錯(cuò)位

由于操作人員在操作過(guò)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(guò)大。如果操作人員在旋轉(zhuǎn)手輪時(shí)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(cuò)位，導(dǎo)致高流量、高流量和高溫液體沖刷襯里材料。隨著時(shí)間的推移，襯里和外殼之間有大量的介質(zhì)，襯里會(huì)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(guò)程中使用加長(zhǎng)桿或F類似的問題很容易解決，因?yàn)榘馐钟昧鶆?，以減少用力過(guò)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(dāng)旋塞閥完全打開時(shí)，閥芯和閥體完全包裹內(nèi)襯，基本不接觸介質(zhì)；當(dāng)旋塞閥處于完全關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，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(zhǎng)閥門的使用壽命。但在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)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(huì)變形，影響其使用壽命。隨著旋塞閥使用時(shí)間的延長(zhǎng)，閥門入口處的襯里會(huì)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(shí)剪切脫落

PTFE晶體在19℃和30℃左右存在2個(gè)可逆轉(zhuǎn)變，第1個(gè)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(shí)，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(huì)有一定的影響。旋塞閥的工作溫度大大超過(guò)19℃和30℃因此，當(dāng)旋塞閥處于正常工作狀態(tài)時(shí)，這兩個(gè)溫度膨脹點(diǎn)會(huì)發(fā)生熱膨脹變形，如圖2所示（a）。當(dāng)閥門關(guān)閉時(shí)，旋塞閥芯會(huì)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(jìn)一步旋轉(zhuǎn)，剪切力過(guò)大可能會(huì)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

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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(qiáng)度逐漸降低，約為100℃為拐點(diǎn)。當(dāng)溫度小于1000時(shí)?！胬鞆?qiáng)度的變化梯度高于100℃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(dāng)溫度小于25時(shí)?！娈?dāng)溫度大于25時(shí)，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(qiáng)度高，高溫時(shí)延伸率高，強(qiáng)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(chǔ)存、現(xiàn)場(chǎng)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(guò)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(gè)方面進(jìn)行。

2.1 采用T475材料取代了原來(lái)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(jí)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(jí)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(jí)下未發(fā)現(xiàn)明顯的性能下降趨勢(shì)。

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(jí)和23℃在溫度條件下，操作1000h，對(duì)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(duì)比

2.1.3采用T475能改善襯里材料的變形特性

T475在承載負(fù)荷時(shí)會(huì)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(jìn)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

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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(duì)介質(zhì)的沖擊更敏感，這也會(huì)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(qiáng)度和韌性

由于顆粒聚結(jié)的改善，T微裂縫在成型過(guò)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(dāng)?shù)臒釞C(jī)械性能會(huì)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(kuò)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(rùn)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(duì)旋塞閥的外殼和內(nèi)襯結(jié)構(gòu)進(jìn)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(guò)大，當(dāng)閥門開關(guān)時(shí)，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(cuò)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(shí)留有一定的空腔。當(dāng)襯里因溫度升高而膨脹時(shí)，膨脹的襯里不會(huì)出現(xiàn)在流道口，避免被介質(zhì)反復(fù)沖刷。

3 結(jié)語(yǔ)

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