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胶防腐工艺流程的分析和研究
发布: 多吉利来源: .cn
摘要: 随着中国橡胶防腐行业的不断发展, 主要形成了天然橡胶、 氯丁橡胶、 丁基橡胶等4大类上百种橡胶防腐材料。主要选取了当前相对成熟的丁基橡胶衬里防腐工艺流程为例, 对橡胶衬里整套防腐工艺流程中的几大主要工艺环节进行分析和探讨。
关键词: 橡胶防腐; 丁基橡胶; 工艺流程; 分析研究
0前言
橡胶, 同塑料、 纤维并称为三大合成材料, 是唯一具有高度伸缩性与极好弹性的高聚物。随着工业用橡胶制品被广泛使用在各个领域, 特别是重工业、 造船业、 石油化工、 火力发电厂烟气脱硫脱硝等行业中, 高性能的橡胶制品发挥着愈来愈重要的作用。
由于橡胶具有相当好的耐气透性、 耐化学介质和电绝缘性, 更具备良好的耐油性、 耐寒性、 耐热性和能抵抗脂肪油、 润滑油、 液压油、 燃料油以及溶剂油的溶胀等诸多性能特征, 橡胶成为防腐蚀工业应用中的首选防腐材料, 在世界各国的防腐工程领域中得到广泛的应用和推广。
随着中国橡胶防腐行业的不断发展, 主要形成了天然橡胶、 氯丁橡胶、 丁基橡胶等4大类上百种的橡胶防腐材料。本文主要选取当前相对成熟的丁基橡胶衬里防腐工艺流程为例, 对橡胶衬里整套防腐工艺流程中的几大主要工艺环节进行分析和探讨。
丁基橡胶是由异丁烯和少量的异戊二烯共聚而成的, 其最大特点是气密性好, 耐热、 耐候、 耐臭氧、 耐老化、 耐化学药品, 并有吸震、 电绝缘性能; 其缺点是硫化慢, 加工性能较差。为了改进硫化条件和提高粘合性能, 在衬里施工结束后, 将衬里设备放入硫化罐进行加压蒸气硫化。加压蒸气硫化的丁基橡胶的耐化学和耐磨等综合性能优良, 适用于小型设备, 如小型箱罐、 衬胶管道等。
橡胶衬里的工艺流程主要分为以下4条主线:
①设备检查→喷砂除锈→刷底涂料→修整缺陷→刷胶浆
②橡胶加工→胶料检查→下料裁剪→刷胶浆
③胶浆胶切块→胶浆配制
④胶料贴合→中间检查→硫化→检查修整→成品
相比其它防腐材料(如玻璃鳞片、 塑料粉末、 陶瓷粉等)优良的加工性能, 丁基橡胶在加工性能上有以下的缺点: 粘合性和自粘性差、 与金属粘合性不好、 与不饱和橡胶兼容性差、 不能并用等。综合丁基橡胶在加工性能上的特殊要求, 在加工工艺流程的改进方面, 需要在以下几个主要环节上严格控制质量标准和工艺操作要求, 以使硫化过后的橡胶成品的质量得到保证, 性能保持稳定。
1设备检查
衬胶设备的成品质量除了与橡胶的性能有关外, 也与衬里设备基体的材质、 结构、 加工和表面状态有直接关系。为保证衬胶的质量, 必须在施工前按HGJ32．9O《橡胶衬里化工设备》以及HGJ229-91《工业设备、 管道防腐蚀工程施工及验收规范》中第2、 3章的有关规定, 进行严格检验, 合格后方可施工。
设备表面处理是保证施工质量的重要环节, 也是防腐蚀施工的头道工序, 它对衬胶层的质量和使用寿命起着决定性作用, 设备的检查主要有以下几个方面:
(1)衬胶前的设备必须按图纸要求, 检查构件管口方位、 尺寸要求等是否绝对准确, 衬胶后的设备不允许施焊、 更改方位、 撞击等。
(2)衬胶设备必须要有安全设计, 如衬胶单一部位必须要有2个以上的人孔配置, 方便衬胶人员的进出施工及换气要求。
(3)焊缝部位, 必须平整、 光滑, 不得有咬边、 缩孔, 不得有焊渣、 焊瘤、 毛刺, 法兰接管内缘及人孔边内缘必须修磨成圆滑过渡, R>5mm。多孔板支撑焊缝必须饱满, 并修磨成圆滑过渡, 阴阳角部位必须修磨光滑, 并要有过渡。
2喷砂除锈
喷砂除锈是衬胶工艺流程中的一个关键环节。除锈过程最好使用钢砂除锈, 这既能干净地除去管道及管件待衬胶表面的锈斑, 又能把钢管及管件表面打成凹凸不平状, 增加表面粗糙度, 以达到提高橡胶与工件附着力的目的。除锈要根据衬胶要求, 如内外衬胶就要求把内外表面及法兰台阶都除干净, 若是内衬胶就要求除去内表面和法兰台阶锈斑。
喷砂除锈工艺环节的具体实施, 要遵循以下步骤。
2．1空压机系统的定义
空压机系统由空压机、 贮气罐、 分布筒、 喷砂罐、 喷砂房组成。
2．2工作原理
空压机系统主要是用来清除工件表面的锈渍及污点的, 它是由空压机工作产生0．7MPa的压缩空气, 进贮气罐均衡压力, 然后供给喷砂罐, 推动罐内钢砂从喷嘴喷出, 强有力地打在工件表面, 从而达到除锈目的的。
2．3运行程序
1．准备工作: 接到工作命令后要做如下准备工作
(1)检查空压机冷却系统是否正常;
(2)进气阀是否关闭;
(3)贮气罐及空压机是否正常;
(4)喷砂罐内钢砂是否充分;
(5)喷嘴有否堵塞;
2．操作步骤
(1)打开空压机冷却水系统, 看到出水口出水方可;
(2)关闭空压机进气阀, 排掉贮气罐及砂罐内残存气压, 使空压机空载下起动;
(3)关闭所有用气系统;
(4)启动空压机, 观察贮罐压力表情况, 当压力达到指定压力时, 看安全阀是否运作。如不运作, 立即关闭空压机, 重新检查安全阀或到有关单位校准; 如安全阀动作, 说明设备正常。打开贮气罐进气阀给贮气罐供气, 达到工作压力要求后, 打开喷砂气阀, 开始喷砂除锈。
3．关键过程
工件喷砂为最关键的一环, 要求喷砂后工件表面为金属光泽, 特别是不能有一点残存金属氧化皮存在。
4．质量标准的验收方法
经喷砂后的工件要求达到标准Sa21/2级, 即要求工件表面锈粉95％除尽, 氧化皮100％除尽, 表面凹凸不平, 粗糙度好。验收采用目测、 手感或用Sa21/2级图表对照。不能满足上述质量标准的即为不合格工件, 必须重新喷砂除锈。
2．4设备维护及管理
(1)定期检查空压机各润滑系统是否良好, 视情况及时注油;
(2)定期校准安全阀;
(3)检查贮存罐、 砂罐的腐锈程序, 以保证其所承受的正常压力;
(4)经常检查喷砂胶管和喷嘴的磨损情况, 磨损严重要及时更换;
(5)对所有的电气控制柜要除尘、 防雨、 防热;
(6)保持现场及空压机清洁卫生。
3胶料及胶浆
3．1胶料及胶浆的制备及存放
根据设计图纸的要求选用相应的胶料和胶浆。胶料或胶浆在常温下有自硫化倾向, 如果存放不当或胶料、 胶浆超过了制造厂规定的使用期限, 有可能产生自硫化, 使胶料的可塑性明显降低, 胶浆则在甲苯中溶解困难, 粘接力会降低。因此, 对于超过使用期限或对粘接性能有质疑时, 应对该批胶料、 胶浆进行复检, 质量合格后才能使用。
胶浆配好后应密封存放在通风阴凉的地方, 这样能延长胶浆的使用期限。但存放时温差不应太大, 以防胶浆中析出硫黄, 影响衬胶质量。胶浆配制完毕应静置2d以上, 将沉积在底部的残渣杂质弃掉, 但胶浆中原有的组合, 如填料等, 不能当作杂质被去除。
胶料一般在压延成片时采用干净的白布或清洁的聚乙烯薄膜衬垫包卷, 以保持胶料表面的洁净和平整, 提高衬胶层的粘接性能。因此, 胶料的包装应保持完好并存放在专用台架上, 避免受压变形。
由于胶料生产过程中添加的配合物多为易燃易爆物品, 厂房应符合一级防爆要求, 不得使用明火加热。在设备内衬胶操作时, 应保持良好的通风和安全照明。施工环境温度以20℃为宜。当温度低于15~C时, 胶料开始反应, 影响衬胶操作和贴合质量, 另外, 胶浆涂刷后溶剂也不易挥发, 长时间不干, 会影响粘接力; 倘若室温高于35℃, 胶浆涂刷后表面的溶剂蒸发过快, 将会形成干膜, 内部的溶剂不易挥发, 留在胶膜中易出现起泡等质量问题。
施工环境的湿度以不大于85％为宜。相对湿度过高, 金属表面易生锈; 胶浆干燥时间过长, 则有时会出现结露, 直接影响其粘接力。在衬胶场所内靠近操作台的附近, 应安装测量温度及湿度的仪器, 以便及时检测。特别在黄梅季节中施工, 更应及时采取措施有效控制环境的露点, 保证衬胶时表面不能出现水珠集结的现象, 以提高衬胶的质量。一般要求在高于露点以上3℃的环境施工, 应可正常操作及获得令人满意的衬里质量。
3．2胶浆的涂刷
胶浆的涂刷应首先注意以下2点内容:
(1)检查空气湿度是否符合要求, 若湿度太大, 则不能作业。
(2)喷砂后的设备必须立即刷底涂1次。底涂必须从一个方向往另一个方向依次刷均匀, 不允许有漏刷、 淤积现象。底涂干燥时间60min。
胶浆涂刷遍数直接影响到胶料与金属的粘接力。根据试验, 在金属的表面涂刷胶浆3遍、 胶片的贴合面上涂刷胶浆2遍, 衬贴经硫化后其粘接强度已达7．4MPa以上, 满足了衬胶的要求。
涂刷胶浆前, 应除去金属表面的粉尘或毛刺, 然后用汽油擦膜去脂。胶浆在使用前应搅匀, 粘度应符合要求。涂刷胶浆应纵横交错, 顺次操作。胶膜的干燥时间应掌握好, 一般涂刷第1遍胶浆后, 晾干至不粘手时便涂刷下一遍, 最后1次涂刷胶浆时, 应在贴胶前1．5—6h内进行。胶浆涂刷完毕后应防止灰尘、 油、 水或有机物杂物的落入, 以保证贴合面清洁, 提高粘接力。
胶浆的粘度必调至适度。胶浆过于粘稠时, 容易出现胶膜干燥的假象, 实际上, 胶膜的表面层已干燥而内层尚未干透。这样在硫化后会造成衬胶层的起泡缺陷。
设备表面微小的凹陷、 砂眼或无法进行修磨的焊缝, 以及需要填塞胶条的转角处, 应在涂刷最后一遍胶浆前, 用刷过胶浆并经干燥的胶条填塞, 然后烙成圆滑过渡, 保证衬里表面光滑平整。
4衬料的贴合
胶料贴合的结果直接关系到衬胶层的最终质量。胶料贴合不规范时, 一般会出现衬胶层起泡、 脱层、 搭边不匀、 针孔和皱褶等缺陷。引起这些缺陷的主要原因是涂刷胶浆的干燥程度不够, 环境温度低, 湿度高, 刷胶不净, 制作缺陷处理不当, 贴合不平, 烙胶不实等所致。
4．1贴合
贴合操作首先应将涂好胶浆的胶料用洁净的垫布卷起来, 顺次送人设备或管道内, 选取合适的部位进行胶料的铺放贴平, 注意防止胶料起褶或受拉变薄。胶料的铺贴顺序应根据工件的具体情况而定, 比如一般立式设备衬胶时, 常是先衬器底后衬器壁, 大型立式设备则是由上而下进行; 铺贴卧式设备一般采取转动设备本体逐次铺衬的方法, 如无转动条件时可先衬设备的两端封头, 然后按先贴上面再铺下面的顺序进行; 管道的贴胶操作有的是采取转动管子顺次铺贴, 有的则是选用预制的胶料管直接送入贴合。胶料铺贴后随即进行冲气压实的操作。胶料贴合一般采用压轮滚压法。
压轮滚压法也称冷滚法。它是采用金属制的带棱纹压轮在铺好的胶料上进行定向滚动, 以达到排气压合的一种贴合方法。当胶料在设备的表面铺附并将垫布全部抽出后, 即可从胶料的中部开始滚压, 使气体依次往两边赶出。压滚应保持用力均匀的往返运动。在贴衬转角或搭边部位时, 应先滚压转角与搭边部位, 然后滚压其它部位, 待全部衬贴完毕, 再用80℃～100℃的烙铁把胶料的接缝烙平。冷滚法具有操作环境良好、 衬胶质量高、 使用工具简单的优点。一般选用压轮滚压法进行贴合, 以增加胶料与设备表面的粘接强度, 以保证衬胶的质量和满足使用的工况要求。
4．2过程检测
设备表面贴胶完毕后必须进行中间检查, 其目的是把贴合操作中出现的缺陷在硫化前予以有效消除, 以减少硫化胶层发生起泡、 开裂、 漏电或胶料搭接不良等现象。胶层的缺陷一般在硫化前容易处理, 若待硫化后再作修复就比较困难了。外观检查主要是按照图纸设计要求详细检测衬胶层各节点的部位是否正确, 进出口的搭接位置是否合适, 胶层表面有无漏烙、 漏压或烙焦现象, 胶料的搭接缝是否压得密实。对于互相配合的衬胶件必须检测尺寸要求, 否则在硫化后如发现部件的公差配合尺寸不适当, 衬里修补就更困难。在检查中发现胶层起泡超标时, 可用扎针刺破, 排净气体, 然后用刷过胶浆并经干燥的胶料填堵针孔, 烙平压实。对于绝缘性较好的胶料, 每衬一层胶料宜用电火花检测仪检查衬层有无漏电现象。经过全面的质量检测, 确认检查无误, 并将所有发现的缺陷及时完全消除后, 方可进行下一道工序的操作。
4．3胶料贴合的注意点
1．作业时空气湿度<70％, 避免阳光直射, 无灰尘, 保持洁净。
2．胶板检查
(1)胶板厚度检查, 必须符合图纸要求的厚度, 以正公差为好。
(2)胶板表面检查, 没有印痕、 凹坑, 表面平整。
(3)电火花检查, 在工作台上检查胶板是否有渗点, 若有, 要按工艺要求修复后, 再检, 直至合格。严重缺陷情况下要报废。
3．根据所衬部件的几何尺寸, 准备好要衬的胶板。
4．设备内刷丁基胶浆两遍, 胶板上刷胶浆一遍。
5．经触指检查, 确认胶浆干后, 把胶板衬在设备上, 用压滚把空气滚压干净, 要求表面平整, 搭缝平直, 搭缝宽度≥15mm, 角部衬胶一定要衬得光滑平整。
6．中间检查, 衬胶全部结束后要进行以下质量检查:
(1)电火花检查, 以3000V／mm检查, 绝对无渗点。
(2)胶板厚度检查, 用测厚仪测厚度是否达到图纸要求。
(3)气泡检查, 检查衬胶层、 搭缝是否有漏压处, 是否有残留空气在胶层内。
(4)外观检查, 表面的平整度好, 搭缝平直, 凹点补平。
7．衬胶全部结束后, 把人孔、 接管口适当封一下, 减少灰尘进入设备。
8．衬胶设备必须放置24h后才能硫化。
5胶料硫化
硫化是橡胶分子与硫化助剂发生化学反应的过程。硫化可使胶料从塑性变成高弹性的有机高聚物。硫化过程对弹性高聚物的性质有决定性的影响, 特别是胶料的定伸应力、 弹性、 硬度、 抗溶胀性和化学稳定性等有明显的变化, 其它的物理化学性能也得到一定的改进, 使橡胶制品具有实用价值。这种性能变化的大小主要与加入胶料中的硫化剂的选择和硫化条件有关。
橡胶在整个硫化过程中可按其性能变化特征分为4个阶段: 焦烧或硫化起步、 欠硫化、 正硫化和过硫化。橡胶的硫化程度对衬里的质量有很大的影响, 如硬质胶衬里在欠硫化时其抗冲击强度、 抗撕裂性、 耐磨耗性等都达到了较好的水平, 但其拉伸强度、 硬度和化学稳定性等较差; 当处于正硫化阶段时胶料的大部分力学性能达到最佳, 取得最好的综合平衡; 如若继续硫化而进入过硫化阶段, 衬胶层往往发生”复原现象”, 力学强度明显下降。对于任何橡胶来说, 橡胶分子链的交联和断链贯穿于整个硫化过程的始终。到了过硫化的阶段, 如果交联仍占优势, 则橡胶发硬; 反之, 如果断链超过交联, 则橡胶变软。因此衬胶设备要求严格控制正硫化条件, 以获得最佳的衬胶层质量。实际生产中一般经过对胶料硫化过程中物理性能的检测, 如胶料的硬度参数等, 来判定和控制衬胶层的正硫化点。
硫化条件的最终确定应考虑到胶料种类、 工作壁厚、 衬贴方法、 硫化方式及现场条件等因素。硫化时蒸气源应充分, 蒸气压应稳定, 并须注意在硫化全过程中, 设备本体不得产生负压。
加压蒸气硫化法为衬胶制件在硫化罐内用直接蒸气进行硫化的一种传统硫化方法。加压蒸气硫化法的热载体是蒸气。饱和蒸气的压力与温度存在着一定的依存关系, 实际操作中根据胶料的品种等选定硫化温度, 严格控制罐内的蒸气压力和硫化时间, 而不测定温度和正硫化点, 便能得到质量合格的硫化制品。加压蒸气硫化法按照硫化全过程的压力变化又可分为分段硫化法和恒压硫化法。恒压硫化法是采用压缩空气和蒸气的恒压混气硫化操作, 在蒸气升压前和降压时通入0．3MPa的压缩空气, 使硫化罐内的压力在硫化全过程中始终保持恒定压力。操作时先向罐内送入压缩空气0．3MPa约3h, 随后逐渐送入压缩空气, 相应降低蒸气压力, 最终将蒸气全部置换。此时罐内的温度已降至40％, 硫化便告结束。混气恒压硫化法具有工艺简易、 效率高、 粘接强度大、 合格率高等优点。
橡胶硫化与所有的化学反应一样, 随着温度升高而加快, 而且大致上也适用范特霍夫定律。根据这一定律, 温度每上升8℃～10℃, 其反应速度约增加一倍, 或者说反应时间减少一半; 同样, 温度的降低, 也相应增加了反应时间。如果选定低压蒸气进行硫化, 硫化时间应延长, 因此要求施工现场必须连续地监视和控制设备内的蒸气压力, 硫化过程中冷凝液排出阀不得全部关闭, 以免衬胶设备内产生负压造成吸瘪事故。
基于质量和经济性观点来看, 橡胶衬里应首先考虑采用加压蒸气硫化罐硫化的方法, 其中又以混气恒压硫化为佳。在蒸气硫化过程中, 采取缓慢升温和降温的原因是由于金属与胶料二者的线膨胀系数不一样, 其次在金属器壁和胶料之间也残存一些气体, 如若操作时采取骤然升温或降温, 将会使原来存在的气泡迅速鼓胀, 增大起泡面积, 影响了粘接强度, 有时甚至导致衬胶层脱开。当采用混气恒压硫化时, 升温和降温过程始终保持着一定的压力, 这使胶料一直处于受压状态下硫化, 纵然胶料与器壁之局部空隙中残存着少量气体, 也不至于明显膨胀, 也能减少起泡现象。总之, 硫化过程、 采取恒压操作能够提高蒸气降温的速度, 缩短硫化的总时间, 同时衬胶层的质量也会得到显着的提高。
以丁基橡胶为例, 把已衬胶设备装进4500×14500硫化缸内, 关闭, 上好保险装置。按硫化工艺要求, 在3kg空气压力下, 进行冷热空气置换, 2．5h后达到140℃, 保持150min, 正硫化点后即开始热冷空气置换, 在3kg压力下, 温度下降到8O℃, 硫化结束。
6硫化后质量检查
(1)硫化后的质量检查必须严格、 认真, 所衬部位必须100％检测。
(2)外观检查。是否美观, 外表面是否平整光滑。
(3)电火花检测, 以 V／mm、 5m／min的格式100％检测衬胶层, 要求无渗点。
(4)胶板厚度检查, 以达到图纸要求为合格。
(5)气泡检查, 检查衬胶层有无脱层处。
(6)法兰面平整度检查, 检查密封面的平整度。
(7)粘接强度检查。用相同方法喷砂衬胶, 同缸硫化做成试块, 在拉力机上做剥离强度测试。
(8)硬度检查。用邵尔A硬度计, 检查所衬胶板的硬度。
(9)把人孔边、 法兰边、 螺栓孔修磨光滑。
7结语
经过以丁基橡胶衬里防腐工艺流程为例, 参照有关标准和文献, 对橡胶衬里整套防腐工艺流程中几大主要工艺环节进行了重点分析、 研究和总结, 找出了一些影响成品质量的因素, 提出了切实可行的解决办法和合理性建议, 为设备橡胶防腐技术的发展和创新提供了具有实际操作性的技术借鉴。