〔提要〕燒堿(jian)(Na0H)生産中,對進入(ru)每台電解槽的(de)精制盆水,過去(qù)慣用
玻璃轉子(zi)流量計
測量流(liú)量。這種
流量計(ji)
的玻璃錐管材(cái)質,以往國内均(jun)用翻矽玻璃制(zhi)造,而矽離♌子接(jie)觸介質将造成(cheng)離子膜電槽的(de)膜片中毒,從而(er)大大💁降低離子(zi)膜的壽命,國外(wài)在這種場合下(xià)使用的玻璃錐(zhuī)☁️管采用聚礬玻(bo)瑞材質(如美國(guo)、原聯邦德國)這(zhè)樣可以克服上(shàng)述弊病。
1前言
氯(lü)堿工業是以氯(lǜ)化鈉(鹽)爲主要(yào)原料生産基本(ben)化工原料💰燒🏃堿(jiǎn)和氯氣的工業(yè),燒堿廣泛用于(yú)輕工、化學纖維(wei)、紙及紙漿、紡織(zhi)、鋁、肥皂、印染、冶(ye)金、化工、食品㊙️等(děng)工業。而氯氣也(ye)以氯氣、液氯、鹽(yan)酸、次氯酸鈉等(deng)形式被廣泛用(yòng)于聚氯乙烯氯(lǜ)溶劑、紙及紙漿(jiāng)、聚氨脂、上下水(shuǐ)處理及其他化(huà)學藥器等領域(yu)。
氯堿工業的發(fā)展狀況,也可以(yi)說是顯示該國(guo)的經濟活動和(hé)産業發展的水(shui)平。盡管我國燒(shao)堿産量增長速(su)度較快,但尚不(bu)能滿足國民經(jīng)濟發展的需要(yào)。近幾年來,每年(nian)尚需進口20萬噸(dun)高純度燒堿主(zhǔ)要用于紡織部(bu)門。
目前世界燒(shāo)堿總産量已接(jiē)近5000萬噸,其中美(mei)國居第一🔞位,原(yuan)聯💋邦德國居第(dì)二位,日本第三(san)位,原蘇聯第四(si)位,我國爲第五(wu)位⭐。
據有關方面(mian)預測、在今後5一(yi)10年中世界範圍(wéi)内氯堿工業🔞将(jiang)進入一個持續(xù)增長、緩慢發展(zhan)的階段,其燒堿(jian)和氯氣的增長(zhǎng)率預測如表1。
根(gēn)據市場需求,化(hua)工部生産管理(lǐ)部門建議“八五(wu)”期📧間燒堿增☂️長(zhang)📧速度年平均5.5%,其(qí)中前兩年爲4%,後(hou)三年爲6%,“八五”期(qī)間年産量預測(ce)如表2。
燒堿生産(chan)主要有隔膜法(fǎ)、水銀法和離子(zi)膜法。作爲一種(zhǒng)🐉傳統的生産方(fāng)法,隔膜法的産(chan)量最多,約占50%左(zuǒ)右,水銀法由于(yú)環境污染問題(tí)已逐步被淘汰(tài)(如日本到80年代(dài)末已停止生産(chan)),離子膜法是70所(suo)代開始發展的(de)先進的生産方(fāng)法,目前新技術(shù)離子膜法生産(chǎn)燒堿裝置及技(ji)術是國際上已(yi)成熟的先進技(ji)術。近📞幾年來我(wǒ)國分别從日本(ben)、美國、英國等國(guo)家引進成套離(lí)子膜電解設備(bei)和技術,對發展(zhan)😍我國氯堿工業(yè)有🏃🏻很大的幫助(zhù)和提高,也促進(jìn)我國對離😍子膜(mo)燒堿生産的國(guó)産化進程。
與以(yǐ)往傳統的隔膜(mo)法電解相比較(jiao),離子膜法電解(jiě)其特點是能耗(hao)低(比隔膜法、金(jin)屬陽極法燒堿(jian)低30寫~35%)産品産量(liang)🚶質量提高,所産(chǎn)的高純堿是輕(qīng)紡工業極需的(de)原料(即離🐉子膜(mó)法電解槽出來(lái)的⛷️堿液即爲産(chan)品,純度高,不需(xu)蒸發濃度已達(dá)⭕商品堿要求(31%),同(tóng)時生産出來的(de)氯氣純度也高(gāo),含氧比金屬陽(yang)極聯産的氯氣(qi)低4倍,占地🌈面積(ji)小,投資低(比金(jin)屬陽極裝👈置低(di)10%),産品成本低、經(jing)濟效益好。因此(cǐ)國際上發展極(ji)快,1990年此法生産(chǎn)的燒堿占世界(jiè)燒堿總産量♍20寫(xie),尤其是新增的(de)生産廠在我國(guó)大🚩部分都采用(yòng)該技術。
2耐堿玻(bō)璃轉子流量計(ji)研制課題的提(tí)出
離子膜電解(jiě)槽出口的堿液(ye)要求進行現場(chǎng)流量指示,由于(yu)玻璃🚶轉子流量(liàng)計,直觀可靠,體(ti)積小,安裝、使用(yòng)、維修方便,價格(gé)便👈宜,國内外均(jun)采用該類流量(liàng)計。衆所周知,氯(lǜ)堿生産介質的(de)腐蝕性是相當(dang)嚴重的,盡管國(guó)内已有采用ICr18NigTi及(ji)四氟乙烯一六(liu)氟丙烯共聚㊙️物(wu)(FEP)即氟46
耐腐型玻(bo)璃轉子流量計(jì)
,但實踐證明仍(réng)不能解決氯堿(jiǎn)裝置上的耐腐(fu)蝕問題。
近年來(lái),我國從國外引(yǐn)進的一批隔膜(mó)法和離子膜法(fa)燒堿裝置中,已(yǐ)有新型耐腐玻(bo)璃轉子流量計(jì),較好地❗解決了(le)強腐蝕性問題(tí),國内300多家大小(xiǎo)氯堿廠,均希望(wang)國内也能提供(gong)達到國際水平(píng)的耐堿玻璃轉(zhuǎn)子流量計。化工(gōng)部第八設計院(yuan)爲解決耐堿玻(bo)璃轉子流量計(ji)國内配套問題(ti),選擇了國内生(sheng)産玻璃❗轉子流(liu)量計曆史最長(zhang)、批量最大、近年(nian)從原聯邦德國(guó)克隆尼公司引(yin)進了世⭐界一流(liú)玻💚璃轉子流量(liang)計🧡專有技術及(jí)關鍵設備的熱(rè)工儀表總🌈廠協(xié)商聯合開發研(yan)制,經雙方研究(jiu),同意合💘作開發(fa)耐堿玻璃轉子(zi)流量計。
3氯堿裝(zhuang)置用玻璃轉子(zǐ)流量計技術要(yào)求
經雙方協商(shang)确定氯堿裝置(zhi)用玻璃轉子流(liú)量計技✏️術要求(qiu)如下❗。
堿液LZP一40F玻(bo)璃轉子流量計(ji)
被測介質:31%wtNaOH堿液(ye);
被測介質标稱(cheng)溫度;80C;
允許最高(gāo)介質溫度:150`C;
工作(zuò)壓力:0.15MPa;
允許最大(da)工作壓力:。.25MPa;
量程(chéng):1~5m3/h;
公稱通徑:DN40;
精度(du)等級:4級;
安裝方(fang)式:見圖1。
②鹽液LZB一(yi)25FA玻璃轉子流量(liang)計
被測介質:NaCI鹽(yán)液;
被測介質标(biao)稱溫度:75C;
允許最(zui)高介質溫度:20oC;
工(gōng)作壓力:0.3MPa;
允許最(zui)大工作壓力:1.ZMPa;
量(liàng)程:0.3一2.2m3/h;
公稱通徑(jìng):DN25;
精度等級:4級;
安(an)裝方式:見圖2;
4研(yán)制概況
玻璃轉(zhuǎn)子流量計的基(ji)本元件是一根(gēn)由下向上擴大(dà)的🤟垂直錐管(通(tong)常采用硼矽酸(suan)鹽玻璃成型)和(he)一隻随着流體(tǐ)流量變化而可(kě)以沿着錐管軸(zhóu)向自由浮動的(de)浮子(通常用ICr18NigTi不(bu)鏽鋼或鋼質包(bao)塑)。熱工儀表總(zǒng)廠結合國内玻(bo)璃♈轉子流量計(ji)幾十年設計經(jing)驗及引進原聯(lian)邦德國克隆尼(ni)公司專有技術(shu)設計了該型玻(bō)璃轉子流量計(jì)。研制耐堿玻璃(li)轉子流量計的(de)關鍵是選擇新(xīn)🐕型的耐腐材料(liào)及采用與新型(xíng)材料相适應的(de)加工工藝。
下面(mian)分别簡述錐管(guǎn)與浮子的研制(zhi)。
①錐管的研制
燒(shāo)堿裝置中的鹽(yan)液玻璃轉子流(liu)量計,因硼矽酸(suān)鹽㊙️玻璃有一定(dìng)🏃♀️的化學穩定性(xing),對鹽液具有較(jiào)好的防❤️腐性能(néng),故鹽液玻璃轉(zhuan)子流量計仍采(cǎi)用硼矽酸鹽玻(bō)璃成型錐管。但(dan)因硼🔴矽酸鹽🐆玻(bo)璃對31%wtNaOH堿液的耐(nai)腐性較差,必須(xu)選擇新型的耐(nai)腐🏃🏻蝕材料,這☀️種(zhong)材料除🏃♀️了在耐(nai)腐性方面要大(da)大優于硼矽酸(suān)鹽玻璃外,仍🥰應(ying)保持硼矽酸鹽(yan)玻璃透明可見(jian),熱穩定性及一(yi)定的抗壓強度(du)。經反複比較及(ji)國産新材料的(de)調研,最後确定(ding)采用聚諷塑料(liao)。
聚礬(PSF)塑料是一(yī)種新型的熱塑(su)性材料,具有較(jiào)高的熱性能和(hé)高溫下的機械(xie)強度及化學穩(wen)定性。國産S一100本(běn)色聚諷的主要(yào)性能指标見表(biǎo)3。
國産S一100聚礬塑(su)料耐化學腐蝕(shi)性見表
備注:
優(you)—抗張強度變化(hua)率在10%以内,外觀(guān)無變化;
好—抗張(zhāng)強度變化率在(zai)20%以内,外觀無變(biàn)化;
良—抗張強度(du)變化率在30%以内(nei),外觀微變化;
可(ke)—抗張強度變化(huà)率在30%以内外觀(guān)開裂;
耐化學腐(fǔ)蝕性試驗條件(jian)
溫度:常溫;
試驗(yàn)樣品:2mm×9mm×45mm啞鈴條;
浸(jin)演時間:30天。
綜上(shang)所述,聚飒塑料(liào)應該是耐堿玻(bo)璃轉子流量計(jì)錐管🏃的理想材(cai)料,但聚礬塑料(liao)因加工時流動(dòng)性差,加工🔞比較(jiào)困難,而錐管又(you)要求透明可見(jiàn)、光潔度高。
②浮子(zǐ)的研制
國産LZB、LZJ系(xì)列普通型玻璃(lí)轉子流量計浮(fu)子采用ICrl8NigiT不鏽鋼(gang)或瑪瑙加工而(ér)成。近年來,LZB、LZJF系列(liè)耐腐玻璃轉子(zǐ)流量計,開始采(cǎi)用鋼質浮子包(bao)封四氟乙烯一(yī)六氟丙烯共聚(ju)物(FEP)(俗稱F46)大大提(tí)高了玻璃轉子(zǐ)🔞流量計的耐腐(fǔ)蝕性能,但在耐(nai)腐蝕性能方💋面(mian)仍不能滿足各(ge)種強腐蝕介質(zhi)的防腐要求,爲(wèi)了解決耐堿玻(bo)璃轉子流量計(ji)浮子耐腐問題(ti),熱工儀表總廠(chǎng)又借鑒☁️了國外(wai)先進技術,對國(guo)🐪内有關廠所研(yán)制的新型材料(liao)作了全面比較(jiao),最後選定采用(yòng)Hastelloy。鎳基合金。Hasetlloy。鎳😄基(ji)合金是以鑰鎢(wū)等元素強化的(de)✍️固溶形鎳基合(he)金,具有較好的(de)抗氧化和抗腐(fǔ)蝕性能,允許使(shǐ)用溫度最高可(ke)達1180℃,在980℃以下還具(ju)有良好的強度(dù)🏃,合金對強氧化(huà)劑如氯🐇化鐵氯(lǜ)化銅的抗腐蝕(shí)能力很強,是抗(kang)潮濕氯氣,亞氯(lǜ)酸鹽腐👨❤️👨蝕的合(he)金之一,固溶狀(zhuàng)态下抗腐性能(neng)最好,合金的抗(kàng)氧化和✌️抗還原(yuán)氣氛的🎯最高溫(wēn)度可達✔️1150℃,熱工儀(yí)表總廠選用國(guo)産3YC24固溶态鎳基(jī)合金分别制作(zuò)鹽液和堿液玻(bo)璃轉子流量計(ji),該合金🏃♂️的主要(yao)性能分别見表(biao)🔅5、6、7。
在解決了錐管(guǎn)和浮子耐腐蝕(shi)材料的選擇及(jí)加工問題後,熱(rè)工儀表總廠又(you)在其他結構件(jian)方面采取了一(yī)定的防腐措施(shī)㊙️,供燒堿裝置配(pèi)套的鹽酸和堿(jiǎn)液玻璃轉子流(liú)🧡量計終于研制(zhi)👄成功。
5試驗考核(he)
①聚礬錐管熱穩(wěn)定性試驗
将錐(zhuī)管試樣用标準(zhǔn)浮子先在常溫(wen)下選擇l000L/h、400oL/h、600oL/h三個流(liu)量進行标㊙️定并(bing)記錄下浮子裝(zhuāng)置,然後依次加(jia)熱至100,120,250,280℃保溫🏃♂️2.5小時(shí)後重複标定,再(zai)次記錄下浮子(zi)位置,觀察浮子(zǐ)位置的變化,檢(jian)測結果見表8。
因(yin)流量計精度爲(wei)0.5%,檢測浮子位置(zhì)變化小于1.6mm,即誤(wù)差不🌈大于0.02mm,以上(shàng)結果表明在150℃以(yǐ)下,流量計精度(du)均在誤☎️差範圍(wei)内,因此聚礬錐(zhui)管流量計在150℃以(yi)下是完全穩定(dìng)的。
②壓力試驗:聚(jù)礬錐管試樣選(xuan)擇在進行充氣(qì)加壓試驗後,結(jié)果表👌明:加壓至(zhì)1.6MPa,錐管無變形和(he)破裂現象加壓(ya)至🤟2MPa時發現密封(feng)件👈洩漏無法檢(jiǎn)驗,就這樣的耐(nai)壓強度已⭕大大(dà)超過硼矽⚽酸鹽(yan)錐管0.9MPa的指标。
③精(jing)度檢測:在對72台(tai)堿液流量計進(jin)行水流量标定(dìng)後,檢查标定刻(ke)度位置表明全(quán)部刻度的不一(yi)緻差值小于1.5mm,計(jì)算收縮率波動(dòng)能控制在0.03mm以内(nèi),對單标的流量(liang)計完㊙️全符合精(jing)度要求。
經試驗(yan)考核,采用聚礬(fan)錐管的堿液流(liu)量計與采用硼(peng)矽酸鹽錐❌管的(de)鹽水流量計完(wán)全符合設計要(yao)求。
6結論
燒堿裝(zhuāng)置用耐腐鹽水(shuǐ)流量計與堿液(ye)流量計采用聚(ju)💃礬塑料制成的(de)錐管及3YC24固溶态(tài)鎳基合金制成(cheng)的💋浮子不僅♉能(neng)精确測量各種(zhong)液體和氣體介(jiè)質,完全能滿足(zu)燒堿裝置強腐(fu)蝕介質🐉流量測(cè)量的要求,而且(qie)也适用🌍于對硼(péng)矽鹽錐管具有(you)腐蝕作🈚用的其(qí)他😍介質,爲我國(guo)的耐腐流量計(jì)的發展提供了(le)新的途徑.
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