乙酸阀内衬损坏分析及处理

乙酸作为一种重要的化学中间体产品，被广泛使用，其衍生物有数百种。纤维、涂料、粘合剂等产业的不断增长和乙酸下游产业链的不断发展，为我国乙酸产业的发展提供了良好的背景环境和机遇。

兖矿国泰化工有限公司从建厂初期开始就有一套200套kt/a乙酸装置扩产3000kt/a，第二套3000新建kt/a产能乙酸装置。由于二期装置在催化剂的选择和合成循环量方面与一期有根本的不同，特别是合成反应器自循环管道的温度要求非常不同。为了达到应有的运行效果，循环管道的温度一般控制在185~195℃压力等级为2.8~4.0MPa之间。然而，大多数管道使用普通内衬PTFE(聚四氟乙烯)旋塞阀在系统中运行2~停车维修3个月时，发现阀门不能关闭，不能进行应有的工艺处理。检查发现旋塞阀衬里脱落程度不同，撕裂现象更严重。为了确保生产的正常进行，对这个问题进行了分析和处理。

1 分析了旋塞阀内衬变形和脱落的原因

1.1 冷流导致内衬脱落

在室温下，塑料、橡胶、金属等固体在负荷下变形，去除负荷后不能恢复原来的变形现象称为冷流。冷流现象在衬里塞阀中很常见，特别是在乙酸工艺条件下，由于特殊阀订单周期长，有时害怕影响工期，会提前半年到达，所以当应用于系统时，可能在仓库存放半年，因此可能存放不良，当应力取消时，不能回到原理想状态，造成变形。解决这个问题的方法是保持衬里材料不受任何应力影响，保持塞阀流道清洁光滑，用非金属材料挡板（如木板、塑料等）关闭塞阀的进出口，形成封闭环境；二是要求管理员全开放塞阀，即保持芯、衬里和外壳紧密配合，防止衬里因外力而变形。以上两种方法基本上可以解决冷流现象引起的变形问题。

1.2 现场操作导致内衬错位

由于操作人员在操作过程中经常打开或关闭旋塞阀，循环管道上使用的阀门尺寸为大直径（通常为8）d或10d），这导致衬里和旋转塞之间的摩擦过大。如果操作人员在旋转手轮时不能均匀地使旋转塞受力，则可能导致旋转塞和衬里错位，导致高流量、高流量和高温液体冲刷衬里材料。随着时间的推移，衬里和外壳之间有大量的介质，衬里会逐渐从外壳上脱落。这种现象导致的衬里脱落主要是由人为因素引起的。因此，在操作过程中使用加长杆或F类似的问题很容易解决，因为扳手用力均匀，以减少用力过轻松解决类似问题。

1.3 阀门半开半闭导致内衬变形

当旋塞阀完全打开时，阀芯和阀体完全包裹内衬，基本不接触介质；当旋塞阀处于完全关闭状态时，阀芯将所有介质与内衬隔离，内衬基本不接触介质。这是使用旋塞阀的正确方法，也可以延长阀门的使用寿命。但在实际生产过程中，旋塞阀半开半闭状态，如图1所示（a）由此可见，工艺介质不断清洗旋塞阀内衬，由于系统在驾驶初期处于不稳定阶段，系统的温度、压力和流量不断变化，使内衬受到温度变化和不规则交变应力的影响。PTFE衬里为软材料，交变应力会变形，影响其使用寿命。随着旋塞阀使用时间的延长，阀门入口处的衬里会不断被介质冲刷变形脱落，如图1所示（b）所示。

图1 旋塞阀半开半闭导致内衬变形

1.4 内衬热膨胀导致阀芯旋转时剪切脱落

PTFE晶体在19℃和30℃左右存在2个可逆转变，第1个转变是PTFE晶体由三斜晶体系变为六方晶体系，体积约增加1.2%；而在30℃时，PTFE晶体结晶松弛，C-C链螺旋变为不规则缠绕，体积变化约为19℃10%。由于结晶转化和结晶松弛PTFE体积变化明显，普通型PTFE内衬的应用性能会有一定的影响。旋塞阀的工作温度大大超过19℃和30℃因此，当旋塞阀处于正常工作状态时，这两个温度膨胀点会发生热膨胀变形，如图2所示（a）。当阀门关闭时，旋塞阀芯会与内衬形成一定的剪切力，如图2所示（b）内衬变形。PTFE衬里是一种软材料。随着阀芯的进一步旋转，剪切力过大可能会从旋塞阀中切断边缘衬里材料，这也是旋塞阀泄漏的重要原因。

图2

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1.5 温度升高PTFE力学性能下降

PTFE随着温度的升高，材料的拉伸强度逐渐降低，约为100℃为拐点。当温度小于1000时。℃拉伸强度的变化梯度高于100℃变化梯度大。

PTFE材料的极限名义应变为温度的增加凸函数。极限名义应变的变化约为25℃边界。当温度小于25时。℃当温度大于25时，极限名义应变随温度升高而线性增加；℃极限名义应变几乎不受温度影响。PTFE材料延伸率低，强度高，高温时延伸率高，强度低。

PTFE随着温度的升高，材料的弹性模量降低。主要原因是随着温度的逐渐升高，分子间的结合力逐渐减弱。

2 防止旋塞阀内衬损坏的处理方法

由于旋塞阀的储存、现场工艺人员的操作和普通型PTFE内衬的固有特性导致旋塞阀在使用过程中容易变形和脱落。如何在不改变现有工艺和操作的情况下解决存在的问题，可从以下两个方面进行。

2.1 采用T475材料取代了原来的普通型PTFE内衬

2.1.1 T475衬里材料的温度应用范围广泛

T475内衬比普通型好PTFE内衬具有更广泛的温度应用范围。T475和普通型PTFE 旋塞阀采用两种内衬材料class温度和压力在300压力等级下的性能变化曲线。在旋塞阀经常损坏的管道上，温度范围为185~195℃压力等级为2.8~4.0MPa之间。从图3可以看出，普通型在正常温度控制范围内PTFE性能曲线直线下降，T475内衬材质在该温度和压力等级下未发现明显的性能下降趋势。

图3 2种内衬材料的温度-压力变化曲线

2.1.2 T475衬里材料可以更好地减少冷流

图4所示是在15N/mm2压力等级和23℃在温度条件下，操作1000h，对比普通型PTFE和T475内衬材料冷流。T475材料的抗冷流效果比PTFE优越。

图4 2种内衬材料抗冷流对比

2.1.3采用T475能改善衬里材料的变形特性

T475在承载负荷时会发生极小的蠕变与变形，主要原因是其微观结构是由改进的非晶相及链状分枝组成的。T475在承载荷条件下变形，碳含量为25%PTFE相似，见图5。

图5 2种内衬材料的压力变形系数曲线

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填充碳或玻璃纤维PTFE它能抗变形，但密封的完整性较差，纯度降低。填料对介质的冲击更敏感，这也会大大降低密封性。T475不仅抗变形，而且提高了密封特性、抗介质冲击和纯度。

2.1.4 T提高475衬里的强度和韧性

由于颗粒聚结的改善，T微裂缝在成型过程中的发展得到了改善。PTFE微裂纹不仅增加了渗透性，而且有利于应力开裂。不适当的热机械性能会使衬里面临巨大的应力。应力和伸展往往产生空洞，容易形成微裂纹或扩散通道，加速衬里开裂。

拉伸载荷位移表明，T475比PTFE如图6所示，更耐应力裂纹。

图6 2种内衬材料的拉伸载荷位移比较

2.1.5 T475的表面更光滑

T475比PTFE表面更光滑。光滑的表面提高了密封性和润滑性，减少了摩擦、扭矩等。

2.2 改变旋塞阀的内部结构

如图7所示，对旋塞阀的外壳和内衬结构进行改造，以减少内衬损坏。

a）由于阀芯与内衬之间的摩擦力过大，当阀门开关时，内衬与外壳之间有一定的位移，改造后的外壳防止了内衬材料的错位，降低了内衬损坏的可能性。

图7 旋塞阀壳体及内衬结构改造

b）由于旋塞阀衬里材料固有的热膨胀因素，旋塞阀铸造时留有一定的空腔。当衬里因温度升高而膨胀时，膨胀的衬里不会出现在流道口，避免被介质反复冲刷。

3 结语

综上所述，现在使用的T475衬里材料，普通型PTFE冷流、摩擦过大、温度波动频繁、热膨胀对衬里有很好的预防作用。此外，壳体的改造也进一步减少了衬里材料的损坏。