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搪玻璃设备缺陷的类型和预防 (二)

2011/10/27 20:03:50

水蒸气腐蚀

也许似乎是奇怪的,水能引起严重的腐蚀,并随着水的纯度而增加。腐蚀的速度也随着温度的上升而增加,并且当水超过沸点时达到最大。

当水珠冷凝在蒸汽中较冷的玻璃表面时,其要与玻璃中渗出碱离子,形成碱溶液。然后,该腐蚀就如前面描述的碱腐蚀一样。在稀的酸性蒸汽中出现水蒸气,说明了为什么在蒸汽中酸的腐蚀更大。少量的酸加进水里将大大地延迟由在蒸气区域里水蒸气冷凝引起的腐蚀。可引入惰性气体,以隔离蒸气区域,而减少或消除这种类型的腐蚀。这些是在蒸馏过程中要考虑的重要因素。

反应物加入容器的方法是特别重要的。例如,腐蚀物质加入容器应该总是通过溶液管道直接进入液体状态。如果通过喷嘴喂入,碱将在蒸汽中顺着容器的边壁流下,并会引起严重的碱腐蚀,尤其是当容器受到加热时。因此,重要的是,不但要监控反应温度,而且要考虑到搪玻璃的实际温度,以及加入容器的反应物的浓度。到这种状况,在该行业的许多反应器已过早地淘汰了。

虽然要完全消除搪玻璃的腐蚀是不可能的,但是通过温度的控制和仔细的加工过程是可以降低到安全水平的。搪玻璃设备制造商出版的腐蚀图表显示了大多数普通的酸和碱,由于温度和浓度的作用而产生的腐蚀速度。作为一个例子,图3 显示了避免容器和其他部件的过早损毁的好例子。

磨损

搪玻璃磨耗的特征是烘烤抛光的损毁。在较严重的情况下,出现粗糙,砂纸样的抛光。实践表明,由磨耗产生的缺陷是不常见的。可是,当酸腐蚀结合在一起时,缺陷就会非常严重。磨耗会机械地削弱硅网络,加速酸腐蚀。
除了限制反应器里磨耗粒子,减少容器壁上的磨耗,唯一实际的方法是向制造商定制一个抗磨耗的搪玻璃。

结晶搪玻璃具有更强的抗磨耗力。因为他们比传统的搪玻璃更坚硬。表面抗磨耗力取决于结晶搪玻璃最后涂层抛光的状况。熔制的时间越长,抗磨耗力就越强。但是,表面同时也变得越来越粗糙,缺乏熔制抛光,其结果是抗粘质量降低。在一些情况下,抗酸性也降低。因此,必须获得一个平衡,一产生一个具有对磨耗,酸、碱,和熔制抛光都有号的抗性的结合体。安装一个具有热缩保护罩,可减少搅拌器和挡板刀片上的磨耗。

热冲击

热冲击缺陷随着搪玻璃温度的突变而发生,并产生相应较小的,但却是厚的玻璃片从刚性的断面上剥落。根据该区域的外形以及热冲击发生的方式,缺陷可呈现出粉碎飞火象皮样的现象。在大部分的热冲击情况中,钢的底层将被暴露。图4显示了在接孔凸出的表面上严重的热冲击的例子。图5显示的是在凸出表面热冲击的粉碎现象。

热冲击发生的基础是非常有趣的。玻璃在大约870摄氏的温度下被搪到钢上。在那个温度下,钢发光发红,并比较柔软。玻璃是无定形的粘性位置。烘烤后,在冷却阶段期间,玻璃在大约315摄氏度时固化。此成为“零”点。在该点上,玻璃处有一对低的热膨胀系数。随着冷却过程,玻璃以比钢慢的速度收缩。随着室内温度的到达,搪玻璃在大约6.3×104到11×104千帕(12000到16000PSL)的综合压力下。因为用预压混凝土,该抗压强度大大地加强了玻璃,并使其对损坏有了更大的抗力。但是,必须注意的是,在玻璃里,过量的压力,确实增加了在凸出面上剥落的倾向。如容器接孔外的瓷层。因此,在玻璃里的抗压强力必须注意平衡。

如果要加热搪玻璃钢至315摄氏度的零点,损坏的风险很大。因为玻璃失去了其抗压强力。因此,加热或冷却钢或玻璃,将改变玻璃的抗压强力。如果温度突变,玻璃里的抗压强力也将突变,引起玻璃“爆裂”。这就是所知的热冲击。因为玻璃的强度随着残余的抗压强力减少而降低。很明显,在较高的温度下,热冲击将更普遍。这时,搪玻璃的抗压强力就较低。结果,不同的温度所引起的热冲击将随着搪玻璃温度温度的增加而减少。图6显示了这个特点,分别是热冲击最大和最小的曲线的坡度。

在环境温度下做的测试表明,玻璃应该能承受的,不会裂开的最大允许温差大约为200摄氏度(360华氏度)。在较高的温度差异是,隐形裂缝以statiflux的裂缝的形式出现。虽然statiflux的裂缝显示的裂缝并不能说明是操作生产,但它表明的是即将发生的缺陷。实际上,玻璃钢的热冲击抗力的设定,裂纹约在statiflux所测缺陷点30%以下,以允许存在于金属基座里的自身的强力。金属基座可降低搪玻璃里剩余的压力。

有四种操作引起的温度突然变化会造成热冲击:
(1) 在预热的表面加上冷的液体,使玻璃的表面突然冷却。
(2) 快速的循环热溶液通过冷的容器套,使容器壁突然受热。
(3) 把热的溶液注入冷的容器,使玻璃表面突然受热。
(4) 快速循环的冷溶液通过预热容器套,使容器壁突然冷却。
在操作1和操作2的情况中,搪玻璃钢会失去抗压强度,使搪玻璃强度变弱。在操作3和操作4中,搪玻璃会受到突然的超强力,引起玻璃破裂。

热冲击是严格的操作问题,可由以下制造商提出的建议来避免。在设定有热变化的加工过程之前,必须遵循以下注意事项:
(1) 测量或估计玻璃表面的温度,注意不要忽视可能的内部问题。
(2) 参照制造商的最大的安全温度差异范围,并严格地遵循。

为了避免由失控引起的发热反应,快速反应温度传感器,如在挡板里的TC传感器,阀头,热电偶套管都被用来警示操作人员以采取适当动作。

与机械冲击引起的缺陷不同,热冲击通常损坏搪玻璃,所以用钽塞或碎片修补是不实用或不可能的。容器的完全重涂搪玻璃是必要的。

根据实验室测试,在断裂发生点上,结晶搪玻璃将比传统的玻璃承受更高的温度差异范围。但是,statiflux法测出的裂缝出现在大约相同的差异范围。由于这个原因,用于结晶搪玻璃的最大的安全温度差异范围与传统的搪玻璃大约相同。测试已经表明,结晶搪玻璃的容器仍可使用很长时间而没有问题,即使热冲击已经在“statiflux微型裂缝”中形成。在用传统的普通搪玻璃容器里,用“statiflux”法测出的,由热冲击引起的裂缝,也许会很快就导致容器的失效。

热应力

热应力产生的缺陷与由于不同的加热或冷却的温度而产生热冲击相反,在本质上不是立即能显现出来的。热应力也许发生在顶部上接环密封圈下面的容器壁上,或在底部飞焊接在容器上的下接环密封圈的区域。在这任一种情况下,在夹套里的区域可被加热或冷却,而没有夹套的区域却不是这样。在较高的温度是,在205摄氏度(400华氏度)的范围里,足量的张力可被扩展到搪玻璃里,并产生玻璃裂缝。

热压力可由小心控制操作的加热或冷却而减少。逐渐地加热或冷却夹套以减少温度变化的速度。即使加热或冷却时在安全温度差异范围内,一个突变的温度会在刚才提到过的区域引起过量的热压力。除了逐渐地加热或冷却,另一个常用的保护方法是绝热无夹套区域。如果必要,提供一个外部的加热源,如电热带。

水击已被认为会引起冲击波,其增加了在夹套密封圈区域的热应力。如果允许持续长的时间,裂缝会出现碎片或无碎片地进行扩展。

 
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