塑料衬里技术.docx

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塑料衬里技术

一、塑料衬里覆层

1、塑料具有质轻、耐蚀、耐磨、易加工等优点，尤其塑料品种的不断研制和开发，加工技术的不断进步，塑料衬里覆层在防腐蚀领域中得到广泛发展和应用。

衬里塑料品种与性能简介

2、凡是用树脂和填加料、溶剂能流动加工成型的材料统称塑料。

随着树脂等材料发展，可生产出的塑料品种很多（见表10-7），而且每种塑料又因各自的组成分不同而形成各自的品种系列，因此，选用时，要根据生产工况和介质环境选相应性能的塑料。

常用衬塑料种类与性能见表10-8。

表10-7塑料种类

种类名称

品种实例

通用塑料

聚氯乙稀（PVC）、聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PC）、酚醛塑料（PF）

工程塑料

聚甲醛（POM）、丙烯腈—丁二烯-苯乙烯—共聚体塑料（ABS）、聚酰胺（PA）、氯化聚醚塑料、环氧树脂塑料（EP）、聚碳酸酯（PC）、呋喃树脂塑料

耐高温塑料

聚苯塑料、聚酰亚胺（PI）、聚苯硫醚（PPS）

特种塑料

聚三氟氯乙烯（PCTFE）、聚四氟乙烯（PTFE）、聚全氟乙丙烯（FEP）

表10-8常用衬塑料种类及其性能简介

塑料种类

物理力学性能

耐蚀性能

应用实例

硬聚氯乙烯

（PVC）

密度1.3~1.6g/cm3

拉伸强度≥49MPa弯曲强度88.2

使用温度≤75℃冲击强度≥2.9kg/m2

线胀系数（5~8）×10-5/℃

耐20℃75%HF、耐95%H2SO4和石油，而38℃60%HF和脂肪酸，耐60℃100%氨气、SO2、＜60%醋酸、氢氧化纳、＜60%高锰酸钾＜50%~35%铬酸、100%氨水、＜50%甲酸、25%盐酸、＜90%双氧水、4%氢氟酸、＜50%硝酸、＜90%硫酸乳酸，耐70℃硫酸铵、亚硫酸酐、稀溴、25%氢氧化钠、5%铬酸、＜40%硝酸，不耐98%热硫酸、环氧乙烷、三氯甲烷、丙酮、苯、三氯乙烯

次氯酸钠反应池、盐水槽、电镀用槽、硝酸贮槽、40%硫、漂洗塔、常温硫酸和磷酸贮槽、通风机、离心泵、氯气净化塔、硝酸吸收塔、列管式冷却器等

软聚氯乙烯

（PVC）

拉伸强度≥14.7MPa

线胀系数8×10-5/℃

断裂伸长率≥200%

聚乙烯（PP）

使用温度120~190℃

密度0.9~0.93g/cm3

位伸强度33MPa

断裂伸长率150%~200%

热胀系数11×10-5~13×10-5/℃

弯曲强度41~55MPa

耐20℃50%HNO3、98%H2SO4和乙酸、三氯乙烯、三氯甲烷，耐60℃20%次氯酸钠、40%四氯化碳及氟硅酸钠、甲笨等，耐80℃30%H2O255%HF、饱和KF、NH4OH、30%NaOH、＜25%HNO3、80%H2SO4、6%HCl、50%乙酸、饱和KCl、KClO、硼酸、面子油等，耐100℃40%H2SO4、55%KOH、30%HCL、85%磷酸、饱和氢氧化钙、硝酸铵、硫酸铵、醇、萘、甘油等

酸储槽、盐浴槽、洗气塔、输酸气、氟里昂管道、各种介质的下水道、换热器、隔膜阀等

玻纤增强聚丙烯（PP）

密度0.95~1.0g/cm3

热变形温度135℃

拉伸强度35~48MPa

断裂伸长率90%

弯曲强度45~62MPa

热胀系数9×10-5~11×10-5/℃

氟塑料类

F4（PTFE）

使用温度-195~250℃

密度2~2.2g/cm3

拉伸强度14~25MPa

伸长率250%~500%

弯曲强度11~14MPa

线胀系数12×10-5/℃

摩擦因数0.04

耐240℃下HCI、H2SO4、、HF铬酸、高氯酸等各种酸、各种碱、盐、有机酸、溶剂油等

酸、氟、苯等生产釜和蒸馏塔、管道泵阀等

F3（PCTFE）使用温度-196~120℃

密度2~2.3g/cm3

拉伸强度29~39MPa

伸长率50%~100%

弯曲强度11~14MPa

线胀系数6×10-5~12×10-5/℃

耐各种酸、碱、盐溶剂等，但不耐热溶剂和醋酸乙酯、醚等

二、无机砖板衬里覆层

砖板衬里覆层具有耐热性高、机械强度大、耐腐蚀等优点，往往具有其他方法难以解决的腐蚀问题，而采用无机砖板衬里履层则得以解决。

中国于20世纪50年代开始开发并推广应用无机砖板衬里技术，并研究开发了一些性能优良的耐蚀砖板和胶泥，在生产中得到了广泛的应用，例如，大型乙烯化工反应釜和抽提装置等的腐蚀问题，均采用砖板衬里技术而得到解决。

砖板衬里层技术的缺点是衬层厚（一般在5~250mm以上），施工期长，抗震性差等。

1.无机砖板种类及其特性

常见砖板种类见表10-9，砌砖板用胶泥见表10-10

2.无机砖板衬里层技术要点砖板衬里从设计到施工，其技术性要求很高，例如，对设备设施结构的选择，衬层厚度、砖板排列，以及施工操作方法等均应正确掌握。

在不同环境下应精心选用、设计和施工。

注意要点如下：

（1）基体设备设施要求。

在以钢或混凝土为基体结构设施时，由于砖板衬里层厚，重量大，耐震性差，所以除了对被衬基体表面要清理清洁外，还要考虑基体设施的强度、刚度、空间、隔振、搬运、吊装、应力集中和应力变形等因素。

（2）注意砖板衬屋厚度和层数以及隔离层的选用。

（3）注意砖板衬里层的温度梯度变化和耐热震性。

（4）注意衬缝，尤其连接部位的密封和防渗性。

（5）采用正确的科学施工技术，例如，尽量选用挤缝操作法、勾缝操作和预应力操作法等。

（6）砖板衬里一般在设备壳体与砖板层之间需要有隔离层，可选隔离层见表10-11。

表10-9无机砖种类及其特性

类型

实例

特性

适用环境

耐酸陶瓷

陶质

呈黄褐色、孔隙率大、强度低、耐热震好

除氢氟酸和热磷酸（＞300℃）与浓强碱外，可耐其他各种酸介质

瓷质

呈洁白、质密、孔隙率小、强度高、不耐热震、脆

陶瓷质

介于陶和瓷质之间

耐酸石

人造铸石（辉绿岩和玄武岩）

硬度大、耐磨性好（是陶瓷的10倍）耐热震差、切割加工难

天然石英岩石、花岗岩石、安山岩石、文石等

物理力学性能优于陶瓷和铸石，耐磷酸和碱性比陶瓷好

石墨与碳素材料

焦炭沥青石墨

耐420℃（空气中），良导体、耐热震，孔隙率大、质脆、强度低

耐中等浓度酸、碱及有机物腐蚀

酚醛石墨、呋喃石墨、水玻璃石墨

孔隙率小、强度大、各项物理化学性能比沥青石墨好。

耐酸碱性比沥青石墨高，但不耐氧化性酸盐，而水玻璃石墨不耐碱和氢氟酸

表10-10常用胶泥种类

胶泥类型

实用例

适用范围

配方举例

硅酸盐胶泥

钠水玻璃胶泥

除氢氟酸、热磷酸和强碱外，耐其他所有酸腐蚀，在＜300℃时用，黏结力和强度差、孔隙率高、收缩力大

钠水玻璃100g

氟硅酸钠18g

铸石粉260g

钾水玻璃胶泥

耐化学性能与钠水玻璃胶泥相同，但力学性能比钠水玻璃胶泥高，可在＜900℃时用

钾水玻璃100g

缩合磷酸铝合物18g

粉料260g

树脂胶泥

酚醛胶泥

用于150℃以下，除不耐碱腐蚀外，其他酸、有机物等均耐蚀，孔隙率小，环氧改性后黏结力大，力学强度大

酚醛树脂100g

苯磺酰氯8~12g

硫酸钡100g

呋喃胶泥

用于170℃以下，物理化学性能与酚醛胶泥相似，但可耐40%苛性碱，不耐氧化性介质，黏结力差

糠酮或糠醇树脂100g

硫酸乙酯8~12g

石墨粉80~120g

环氧胶泥

用于100℃以下，不耐氧化性介质腐蚀，可耐中浓度酸碱，黏力好，收缩率小，强度大

环氧树脂100g

聚酰胺40~60g

石英粉100~250g

聚酯胶泥

可用于70℃，耐稀浓酸碱，强度大，黏力高，收缩率大

不饱合聚酯树脂100g

过氧化环己酮糊2~4g

环烷酸钴苯乙烯液4g

石英粉200g~250g

表10-11砖板衬里隔离层种类及特性

类别

实例名称

性能特点

适用范围

橡胶类

天然橡胶

耐酸碱、韧性好、抗渗透力强、与基体结合力好、不耐有机物

在＜70~85℃碱、非氧化性酸

丁基橡胶

丁腈橡胶

耐酸碱优于天然橡胶，韧性好、抗渗力强、易施工

在＜100~120℃碱、非氧化性酸

聚合异丁烯胶

耐酸碱盐溶液，不耐含氟氯有机物

在＜60℃用于酸（包括HF、醋酸）碱盐和＜80%硫酸、＜50%硝酸

玻璃钢2~3层（纤维增强塑料）

环氧类

耐稀酸碱盐、附着力好，抗渗透、易施工

在＜90℃稀酸、碱、盐

聚酯类

耐稀酸碱盐，附着力好，抗渗透、不耐有机溶剂

在＜95℃稀酸、碱、盐

酚醛类

耐70%硫酸、盐酸、醋酸、碱类腐蚀，不耐氧化性介质，与基体附着力差，易收缩

在＜130℃的70%硫酸、盐酸、醋酸

呋喃类

耐70%硫酸、盐酸、醋酸、碱类腐蚀，不耐氧化性介质，与基体附着力差，易收缩

在＜180℃的70%硫酸、盐酸、醋酸

其他

铅板

耐硫酸性好、抗渗透力强，有毒、工艺困难

在＜140℃硫酸介质

石棉板

而高温，抗渗透差、强度低

用于高温设备

涂料

参考不同树脂涂料相应性能

弱介质、低温

三衬金属覆层

把具有耐蚀性和一定特性的金属板，衬在设备或构筑物内表面的方法称为衬金属覆层，最常见的衬铅层就是典型的衬金属覆层，主要应用在化工硫酸介质设备上。

其他衬金属覆层主要以复合材料形式应用，例如，碳钢和不锈钢轧制的复合钢板，内衬紫铜的钢管，铝合金包覆纯铝层和把耐腐蚀金属钛、钽、镍、铜等爆炸加工到钢体表面，本节主要介绍一般衬金属板覆层，

1、衬铅层的性能与工艺方法

凡是硫酸为原料的生产工艺设备设施多用铅制或衬铅层件，虽然有些可用玻璃钢和塑料代替，但铅的锻、铸、焊工艺性好，可回收性也好，在硫酸介质中和防辐射领域仍然是主要的防腐蚀材料。

铅的密度11.34g/cm3,熔点327.4℃，布氏硬度4-4.2，伸长率45%-50%，热导率0.084W/（m·K），线胀系数29.5×10-5K，抗拉强度1.0-1.2MPa（硬铅可达5.2MPa）,其使用温度在90℃以下。

在50℃、＜75%硫酸中很稳定，常温下对无机酸，铬酸、磷酸、卤素气体均耐蚀，但不耐碱和硝酸、醋酸。

当加入锑4%-12%，可增加铅的硬度，使布氏硬度达10.5，使用温度可达150℃，但耐蚀性下降。

（1）衬铅工艺方法如下。

①焊接衬铅法。

先涂焊剂层，将铅板通过烧气焊焊接成型，内衬在设备内，可用于压静载荷条件下的设备。

②搪铅法。

在清理后的基体金属表面涂焊剂层后，通过中性火焰把铅条熔化在金属基体表面上（铁、不锈钢、铜、银等），可重复搪涂多层，每次搪层厚度2-4mm。

每搪涂一层后用水冲洗焊剂。

为防漏涂、针孔和不平整，一般搪铅层不少于两层，并且在最后一层用火焰重熔一遍。

搪铅焊剂一般采用氯化锌（23%）和氯化亚锡（6%），其余为水配制而成。

或用氯化亚锡（30%）、氯化锌（50%）、氯化铵（15%）、氟化钠（5%）配成糊剂使用。

（2）对衬铅基体的要求如下。

①衬铅基底表面应平整、无毛刺，焊缝光滑平直、无气孔；

②壳体转角需加工成圆角（半径大于5mm）；

③壳体焊接等加热工序，应在衬铅前完成，以免焊接时烧化铅板；

④衬铅设备底部应钻孔（φ6-10mm）数个，以备衬铅后查漏；

⑤在非金属基体上（例如，木材、混凝土）衬铅时，应先在其表面上涂刷沥青漆或贴石棉板。

四、不锈钢衬里层

（1）溶焊法内衬不锈钢板层：

可采用塞焊法、条焊法和熔透法在金属外壳表面衬贴一层不锈钢板层。

一般适用于150-300℃工况环境，外壳体厚度应大于6mm。

对不锈钢板层厚度要求，应根据环境和使用寿命要求选用，一般不锈钢厚度为1.6-4.8mm。

（2）爆炸法内衬不锈钢板层：

这种工艺方法简单，费用低，不锈钢衬层厚度薄（＞0.3mm），但对基体要求强度高，一般基体钢板厚度应大于9mm。

爆炸法可以分两种形式衬层，即：

一是先爆炸复合成不锈钢板与碳钢板的复合材料板，当然，其他镍板、铜板等金属板也可以用此法，制成复合板后，再去制造内衬不锈钢板层的设备。

二是先把基体成型后，再把不锈钢板置于容器内，再爆炸成型，把不锈钢板层复合在金属壳体上。

（3）复合不锈钢板材料制造设施设备：

即利用热轧法或爆炸法制成不锈钢复合板材，再制备内衬不锈钢容器。

该种方法的使用特点如下。

①最大使用压力等力学性能，可按基体材料计；

②使用温度也可按基体材料的耐用温度；

③不锈钢板材料一般选用稳定型和超低碳型不锈钢，不锈钢板层厚度则根据防腐蚀寿命要求选择；

④热轧复合钢板的不锈钢板层厚度一般为2-4mm，其中基体与不锈钢相接处有0.7-1.3mm厚的增碳层，设计时应注意。

一般筒体件不锈钢层不小于1mm,封头不小于1.5mm厚，换热器管板不小于2mm厚；

⑤凡内径小于600mm的设备，一般不用复合板制造；

⑥设计结构时，一定注意基层表面不能接触腐蚀介质；

⑦焊缝布置时，应尽量使加工方便，基体板和不锈钢板层的焊接焊条应使用相对应的焊条焊接；过渡层应用高一级合金焊条；

⑧加工后应进行热处理以消除残余应力，但要避免敏化温度和防止覆层与基体间的增碳。

（4）不锈钢衬里层成型后的后处理：

①热处理清除加工应力。

特别是奥氏体不锈钢衬层，必须在620-670℃进行热处理。

②表面处理。

喷砂（丸），抛光、磨光，酸洗钝化等。

③成型后设备检验：

外观，探伤（不得有裂纹、焊缝夹渣、气孔等），泄漏检验，水压试验等。

（5）钛及其合金衬里层

钛及钛合金的抗拉强度达220-1300MPa，屈服强度达120-1400MPa，伸长率60%-6%范围，故其比强度高。

而且其耐腐蚀好，尤其对海水、各种卤化物介质、有机酸、无机酸均有具良好的耐腐蚀性能。

因此，在海洋、氯碱工业中的钛材应用越来越多。

为了节省钛材或强度的需要，把钛及其合金衬层延伸到其他金属基体表面的应用也越来越广泛。

一般壁厚超过12mm的容器，均采用钛板衬里制造。

（1）钛衬覆层的松衬工艺方法，即把钛板成型后，松放在已制成的外壳体中，并把钛衬里层两端与外壳体相连固定。

这种方法一般仅用在不承受很大压力或真空条件下，温度不大于200℃，容器壁不要求传热的设备上。

为使衬层紧贴外壳，减少间隙，松衬时常采用以下几种方法。

①机械撑紧，间隙充填（用树脂、铅合金等）法；

②多层包扎衬里法；

③热套衬里法；

④爆炸衬里法；

⑤旋压衬里法；

⑥热胀衬里法；

⑦局部固定衬里法（螺钉、铅焊、电阻焊、爆炸焊等）等。

（2）制造设备设施的钛复合钢板材料。

制造钛复合钢板的方法，目前市场上出现的有：

①爆炸复合板。

力学性能好，可冷弯180°，热震温度可到350℃，对其结合强度没影响。

②钎焊复合板。

钎焊接头强度、分离强度均可，只是因为在炉内复合，故板材尺寸受限制，成本较高。

③轧制复合板。

因为高温轧制过程中，钛钢之间产生钛的碳化，形成低塑性区，降低了结合强度，所以难以推广使用。

故制造设备用的钛复合钢板材料，多数用爆炸复合出的钛钢复合板。

（3）钛衬里层制造工艺中的注意事项

①钛材表面应光洁无划伤痕，剪裁下料过程中的污染层应用砂纸打磨去；

②焊缝错边量应等于或小于板厚度的10%，纵焊缝的不平行度，在1m长内应小于或等于0.3mm；

③与基体的未贴合面积，应小于衬里层总面积的10%，否则应用塑料或低熔点金属填充间隙；

④衬钛层前，壳体表面应喷吵或清洗，除去氧化皮、油垢等，表面光洁干净，衬钛层中的焊缝应打磨光滑，清除凸台、棱角、污物等；

⑤钛衬层表面不能用铁锤敲击或打磨过钢的砂轮打磨，只能用非金属高分子材料、氧化铝砂轮打磨；

⑥钛板焊接必须由合格焊工承担（按CD130和JB4708标准进行），焊缝两侧25mm范围内应用奥氏体不锈钢丝刷清理干净，无油污等杂质，不允许用钢丝刷或砂布等清理。

焊后也不允许钢丝刷清理以及其他污染；

⑦焊接应用高纯度（99.99%）惰性气体保护焊接。

高压容器的焊缝应100%探伤，其他可按全长的20%射线检验；

⑧复杂结构焊件应进行热处理消除应力；

⑨钛衬里与钢基体的连接不能直接熔焊，只能用螺钉、垫层的钎焊、爆炸焊和电阻焊几种连接方法；

⑩松衬钛层设备使用温度一般不超过200℃，用复合钛层板制造的设备可以在300℃下长期使用。

（4）钛衬里层的后处理与检验

①为提高钛层的疲劳寿命，衬里钛层表面应喷砂（石英砂φ2-4mm），或喷非金属丸处理；

②酸洗钝化处理；

③焊接检验：

外观、硬度、探伤、焊接试板等检验；

④容器检验：

检漏、水压、气压、气密渗漏、铁离子污染等检验。