什么是耐堿玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)
〔提要〕什么是耐堿玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)，就是燒堿(NaOH)生產(chǎn)中，對進(jìn)入每臺電解槽的精制鹽水，過去慣用玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)測量流量。這種流量計(jì)的玻璃錐管材質(zhì)，以往國內(nèi)均用翻硅玻璃制造，而硅離子接觸介質(zhì)將造成離子膜電槽的膜片中毒，從而大大降低離子膜的壽命，國外在這種場合下使用的玻瑞錐管采用聚礬玻瑞材質(zhì)(如美國、原聯(lián)邦德國)這樣可以克服上述弊病。本文敘述國內(nèi)的工程公司和國內(nèi)制造廠合作，成功地境補(bǔ)了國內(nèi)產(chǎn)品系列的這一空白。
該產(chǎn)品已在中國成達(dá)化學(xué)工程公司出口印尼的13ot/d燒堿工程(IKPP)上試車成功，現(xiàn)正穩(wěn)定運(yùn)行中。
1、前言：
氯堿工業(yè)是以氯化鈉(鹽)為主要原料生產(chǎn)基本化工原料燒堿和氯氣的工業(yè)，燒堿廣泛用于輕工、化學(xué)纖維、紙及紙漿、紡織、鋁、肥皂、印染、冶金、化工、食品等工業(yè)。而氯氣也以氯氣、液氯、鹽酸、次氯酸鈉等形式被廣泛用于聚氯乙烯氯溶劑、紙及紙漿、聚氨脂、上下水處理及其他化學(xué)藥器等領(lǐng)域。
氯堿工業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r，也可以說是顯示該國的經(jīng)濟(jì)活動和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的水平。盡管我國燒堿產(chǎn)量增長速度較快，但尚不能滿足國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。近幾年來，每年尚需進(jìn)口20萬噸高純度燒堿主要用于紡織部門。
目前世界燒堿總產(chǎn)量已接近5000萬噸，其中美國居位，原聯(lián)邦德國居第二位，日本第三位，原蘇聯(lián)第四位，我國為第五位。
據(jù)有關(guān)方面預(yù)測、在今后5~10年中世界范圍內(nèi)氯堿工業(yè)將進(jìn)入一個持續(xù)增長、緩慢發(fā)展的階段，其燒堿和氯氣的增長率預(yù)測如表1.
表1
根據(jù)市場需求，化工部生產(chǎn)管理部門建議“八五”期間燒堿增長速度年平均5.5%其中前兩年為4%，后三年為6%，八五”期間年產(chǎn)量預(yù)測如表2。
表2
燒堿生產(chǎn)主要有隔膜法、水銀法和離子膜法。作為一種傳統(tǒng)的生產(chǎn)方法，隔膜法的產(chǎn)量***多，約占50%左右，水銀法由于環(huán)境污染問題已逐步被淘汰(如日本到80年代末已停止生產(chǎn))，離子膜法是70所代開始發(fā)展的先進(jìn)的生產(chǎn)方法，目前新技術(shù)離子膜法生產(chǎn)燒堿裝置及技術(shù)是國際上已成熟的先進(jìn)技術(shù)。近幾年來我國分別從日本、美國、英國等引進(jìn)成套離子膜電解設(shè)備和技術(shù)，對發(fā)展我國氯堿工業(yè)有很大的幫助和提高，也促進(jìn)我國對離子膜燒堿生產(chǎn)的國產(chǎn)化進(jìn)程。
與以往傳統(tǒng)的隔膜法電解相比較，離子膜法電解其特點(diǎn)是能耗低(比隔膜法、金屬陽極法燒堿低30%~35%)產(chǎn)品產(chǎn)量質(zhì)量提高，所產(chǎn)的高純堿是輕紡工業(yè)極需的原料(即離子膜法電解槽出來的堿液即為產(chǎn)品，純度高，不需蒸發(fā)濃度已達(dá)商品堿要求(31%)，同時生產(chǎn)出來的氯氣純度也高，含氧比金屬陽極聯(lián)產(chǎn)的氯氣低4倍，占地面積小，投資低(比金屬陽極裝置低10%)，產(chǎn)品成本低、經(jīng)濟(jì)效益好。因此國際上發(fā)展極快，1990年此法生產(chǎn)的燒堿占世界燒堿總產(chǎn)量20寫，尤其是新增的生產(chǎn)廠在我國大部分都采用該技術(shù)。
2、耐堿玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)研制課題的提出：
離子膜電解槽出口的堿液要求進(jìn)行現(xiàn)場流量指示，由于玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)，直觀可靠，體積小，安裝、使用、維修方便，價(jià)格便宜，國內(nèi)外均采用該類流量計(jì)。眾所周知，氯堿生產(chǎn)介質(zhì)的腐蝕性是相當(dāng)嚴(yán)重的，盡管國內(nèi)已有采用1Cr18Ni9"fi及四氟乙烯一六氟丙烯共聚物(FEP)即氟46耐腐型玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)，但實(shí)踐證明仍不能解決氯堿裝置上的耐腐蝕問題。
近年來，我國從國外引進(jìn)的一批隔膜法和離子膜法燒堿裝置中，已有新型耐腐玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)，較好地解決了強(qiáng)腐蝕性問題，國內(nèi)300多家大小氯堿廠，均希望國內(nèi)也能提供達(dá)到國際水平的耐堿玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)。化工部第八設(shè)計(jì)院為解決耐堿玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)國內(nèi)配套問題，選擇了國內(nèi)生產(chǎn)玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)歷史***長、批量***大、近年從原聯(lián)邦德國克隆尼公司引進(jìn)了世界玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)專有技術(shù)及關(guān)鍵設(shè)備的常州熱工儀表總廠協(xié)商聯(lián)合開發(fā)研制，經(jīng)雙方研究，同意合作開發(fā)耐堿玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)。在雙方的支持下，確定了這一研制課題，經(jīng)過半年多的努力，終于在1993年5月份成功地完成了研制任務(wù)，批新型耐堿玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)及配套的鹽水玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)已提供中國成達(dá)化學(xué)工程公司(即化工部第八設(shè)計(jì)院)在成套出口印尼的離子膜燒堿工程上使用。
3、氯堿裝置用玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)技術(shù)要求：
經(jīng)雙方協(xié)商確定氯堿裝置用玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)技術(shù)要求如下。
4、研制概況：
玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)的基本元件是一根由下向上擴(kuò)大的垂直錐管(通常采用硼硅酸鹽玻璃成型)和一只隨著流體流量變化而可以沿著錐管軸向自由浮動的浮子(通常用1Cr18Ni9Ti不銹鋼或鋼質(zhì)包塑)。常州熱工儀表總廠結(jié)合國內(nèi)玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)幾十年設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)及引進(jìn)原聯(lián)邦德國克隆尼公司專有技術(shù)設(shè)計(jì)了該型玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)。研制耐堿玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)的關(guān)鍵是選擇新型的耐腐材料及采用與新型材料相適應(yīng)的加工工藝。
下面分別簡述錐管與浮子的研制。
①錐管的研制
燒堿裝置中的鹽液玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)，因硼硅酸鹽玻璃有一定的化學(xué)穩(wěn)定性，對鹽液具有較好的防腐性能，故鹽液玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)仍采用硼硅酸鹽玻璃成型錐管。但因硼硅酸鹽玻璃對31 0 o wtNaOH堿液的耐腐性較差，必須選擇新型的耐腐蝕材料，這種材料除了在耐腐性方面要大大優(yōu)于硼硅酸鹽玻璃外，仍應(yīng)保持硼硅酸鹽玻璃透明可見，熱穩(wěn)定性及一定的抗壓強(qiáng)度。經(jīng)反復(fù)比較及國產(chǎn)新材料的調(diào)研，***后確定采用聚諷塑料。
聚礬(PSF)塑料是一種新型的熱塑性材料，具有較高的熱性能和高溫下的機(jī)械強(qiáng)度及化學(xué)穩(wěn)定性。國產(chǎn)S-100本色聚諷的主要性能指標(biāo)見表3。
表3國產(chǎn)s-100本色聚硯的主要性能指標(biāo)
國產(chǎn)S-100聚諷塑料耐化學(xué)腐蝕性見表4.
表4國產(chǎn)s-100聚硯塑料耐化學(xué)腐蝕性
備注:
優(yōu)—抗張強(qiáng)度變化率在10%以內(nèi)，外觀無變化;
好—抗張強(qiáng)度變化率在20%以內(nèi)，外觀無變化;
良—抗張強(qiáng)度變化率在30%以內(nèi)，外觀微變化;
可—抗張強(qiáng)度變化率在30%以內(nèi)外觀開裂;
耐化學(xué)腐蝕性試驗(yàn)條件
溫度:常溫;
試驗(yàn)樣品:2mm X 9mmm X 45mm。
浸演時間:30天。
綜上所述，聚諷塑料應(yīng)該是耐堿玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)錐管的理想材料，但聚礬塑料因加工時流動性差，加工比較困難，而錐管又要求透明可見、光潔度高，因此采用聚礬塑料成型錐管在工藝上確有難度，常州熱工儀表總廠在有關(guān)廠、所的大力支持下反復(fù)試驗(yàn)，終于在日本引進(jìn)的電腦溫控的注塑機(jī)上成型成功。
②浮子的研制
國產(chǎn)LZB,LZJ系列普通型玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)浮子采用1Cr18Ni9Ti不銹鋼或瑪瑙加工而成。近年來，常州熱工儀表總廠開發(fā)了LZB, LZJF系列耐腐玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)，開始采用鋼質(zhì)浮子包封四氟乙烯一六氟丙烯共聚物(FEP)俗稱 F46)大大提高了玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)的耐腐蝕性能，但在耐腐蝕性能方面仍不能滿足各種強(qiáng)腐蝕介質(zhì)的防腐要求，為了解決耐堿玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)浮子耐腐問題，常州熱工儀表總廠又借鑒了國外先進(jìn)技術(shù)，對國內(nèi)有關(guān)廠所研制的新型材料作了全面比較，***后選定采用Hastelloyc鎳基合金。
Hastelloy。鎳基合金是以鑰鎢等元素強(qiáng)
表6 3YC24固溶態(tài)鎳基合金物理性能 表7 3yc24固溶態(tài)裸基合金的耐腐性能
化的固溶形鎳基合金，具有較好的抗氧化和抗腐蝕性能，允許使用溫度***高可達(dá)1180"C，在980℃以下還具有良好的強(qiáng)度，合金對強(qiáng)氧化劑如氯化鐵氯化銅的抗腐蝕能力很強(qiáng)，是抗潮濕氯氣，亞氯酸鹽腐蝕的合金之一，固溶狀態(tài)下抗腐性能***好，合金的抗氧化和抗還原氣氛的***高溫度可達(dá)1150`C，常州熱工儀表總廠選用國產(chǎn)3YC24固溶態(tài)鎳基合金分別制作鹽液和堿液玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)，該合金的主要性能分別見表5,6,70
在解決了錐管和浮子耐腐蝕材料的選擇及加工問題后，常州熱工儀表總廠又在其他結(jié)構(gòu)件方面采取了一定的防腐措施，供燒堿裝置配套的鹽酸和堿液玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)終于研制成功。隨后，在常州熱工儀表總廠作了如下性能考核試驗(yàn)。
5、試驗(yàn)考核：
①聚礬錐管熱穩(wěn)定性試驗(yàn) 將錐管試樣用標(biāo)準(zhǔn)浮子先在常溫下選擇1000L/h,4000L/h,6000L/h三個流量進(jìn)行標(biāo)定并記錄下浮子裝置，然后依次加熱至100,120,150,180℃保溫2. 5小時后重復(fù)標(biāo)定，再次記錄下浮子位置，觀察浮子位置的變化，檢測結(jié)果見表8a
因流量計(jì)度為。.500，檢測浮子位置變化小于1. 6mm，即誤差不大于0. 02mm,以上結(jié)果表明在150℃以下，流量計(jì)度均在誤差范圍內(nèi)，因此聚礬錐管流量計(jì)在150℃以下是完全穩(wěn)定的。
表8
②壓力試驗(yàn):聚礬錐管試樣選擇在進(jìn)行充氣加壓試驗(yàn)后，結(jié)果表明:加壓至1. 6MPa，錐管無變形和破裂現(xiàn)象加壓至2MPa時發(fā)現(xiàn)密封件泄漏無法檢驗(yàn)，就這樣的耐壓強(qiáng)度已大大超過硼硅酸鹽錐管0. 9MPa的指標(biāo)。
③度檢測:在對72臺堿液流量計(jì)進(jìn)行水流量標(biāo)定后，檢查標(biāo)定刻度位置表明全部刻度的不一致差值小于1. 5mm，計(jì)算收縮率波動能控制在0. 03mm以內(nèi)，對單標(biāo)的流量計(jì)完全符合度要求。
經(jīng)試驗(yàn)考核，采用聚楓錐管的堿液流量計(jì)與采用硼硅酸鹽錐管的鹽水流量計(jì)完全符合設(shè)計(jì)要求。
6、結(jié)論：
由常州熱工儀表總廠根據(jù)化工部八院提出要求的燒堿裝置用耐腐鹽水流量計(jì)與堿液流量計(jì)已經(jīng)試制成功，即將全部投入印尼工程運(yùn)行。采用聚礬塑料制成的錐管及3YC24固溶態(tài)鎳基合金制成的浮子不僅能測量各種液體和氣體介質(zhì)，完全能滿足燒堿裝置強(qiáng)腐蝕介質(zhì)流量測量的要求，而且也適用于對硼硅鹽錐管具有腐蝕作用的其他介質(zhì)，為我國的耐腐流量計(jì)的發(fā)展提供了新的途徑，由于本課題研制時間太短，今后廠、院將繼續(xù)合作，進(jìn)一步試驗(yàn)考核并將與材料研制廠、所為提高聚礬塑料透明度及其他性能共同努力，為實(shí)現(xiàn)耐腐流量儀表的全面國產(chǎn)化作出新的貢獻(xiàn)。