馬永宏 馮江博 鄧擎旗(西安航天化學(xué)動(dòng)力廠，陜西 西安 710025)

聚四氟乙烯(PTFE)管道連接施工的幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)

馬永宏 馮江博 鄧擎旗(西安航天化學(xué)動(dòng)力廠，陜西 西安 710025)

隨著防腐技術(shù)的進(jìn)步,防腐材料不斷推陳出新,其中聚四氟乙烯(PTFE)以其優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性、耐高溫和耐化學(xué)腐蝕特性,越來越受到人們的重視,是理想的防腐首選材料,成為當(dāng)今不可缺少的重要材料之一。而在具體的應(yīng)用當(dāng)中,由于PTFE材料本身具有的高潤滑不粘性，所以PTFE管道的連接較麻煩，通過對(duì)熱風(fēng)焊條焊接法和手工翻邊法兩種加工手段的實(shí)踐對(duì)比，來談?wù)劚敬雾?xiàng)目實(shí)施過程中PTFE管道連接的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。

聚四氟乙烯(PTFE)連接；熱風(fēng)焊條焊接法；手工翻邊法

0 引言

聚四氟乙烯(Teflon或PTFE)，俗稱“塑料王”，是當(dāng)今世界耐腐蝕性能最佳的材料之一，由四氟乙烯經(jīng)聚合而成的高分子化合物，具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性、耐腐蝕性、密封性、高潤滑不粘性、電絕緣性和良好的抗老化耐力，熔點(diǎn)327℃，沸點(diǎn)400℃。能夠耐強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)氧化劑，即使在沸騰的王水中，也能安然無恙。迄今為止，僅發(fā)現(xiàn)熔融的堿金屬和三氟化氯等極少數(shù)物質(zhì)能與它反應(yīng)，可以廣泛應(yīng)用于各種需要抗酸堿和有機(jī)溶劑的場合。同時(shí)，能在-190℃～+250℃的較廣溫度范圍內(nèi)均保持優(yōu)良的力學(xué)性能，允許驟冷驟熱，或冷熱交替操作。這種卓越的化學(xué)穩(wěn)定性與熱穩(wěn)定性，使它成為優(yōu)良的化工防腐材料[1]。用作工程塑料時(shí)可制成聚四氟乙烯管、棒、帶、板、薄膜等。

某工業(yè)廠房的建設(shè)過程中，根據(jù)工藝要求，該工房部分房間要滿足生產(chǎn)產(chǎn)生的廢濃硫酸、濃硝酸的排放需求，依據(jù)PTFE材料優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)選用PTFE管材作為工藝管道。但由于PTFE材料本身具有高潤滑不粘性，所以PTFE管材的連接較麻煩，本文旨在闡述本次項(xiàng)目實(shí)施過程中，對(duì)PTFE管道連接積累的經(jīng)驗(yàn)。

1 市場考察

經(jīng)市場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，PTFE管材和管件價(jià)格昂貴且加工難度大，大部分廠家可加工的管材長度為0.2～2m，極少數(shù)廠家根據(jù)設(shè)備條件，管材長度最大加工至4.2m。本次項(xiàng)目所需的排放管道總長度約為300m，在滿足工藝需求的前提下，從減少接口和節(jié)省投資的角度考慮，管道選擇管徑為DN75，壁厚為5mm，長度為4.2m的純PTFE管道，管道轉(zhuǎn)彎、分路連接采用不銹鋼彎頭和三通，利用不銹鋼法蘭連接，房間內(nèi)地漏采用尺寸為10cm*10cm，厚度為1cm的PTFE材質(zhì)方形地漏，地漏低于耐酸瓷磚5mm，不設(shè)置防臭彎頭。對(duì)于采用機(jī)械排污的，污水泵采用不銹鋼外殼保護(hù)，PTFE管道與污水泵采用不銹鋼法蘭連接。為了后期維修方便，室內(nèi)外管道敷設(shè)在地溝內(nèi)，管道安裝完成后采用固定支墩(采用300mm*300mm*300mm的C25砼包裹，包裹避開管道接口；在彎頭、三通分路200mm處須進(jìn)行包裹處理)進(jìn)行固定，室內(nèi)坡度為2.5%，室外坡度為0.3%。管道整體施工完成后進(jìn)行閉水試驗(yàn)，經(jīng)檢查試驗(yàn)合格后，再加蓋板封蓋，并預(yù)留維修檢查口。房間內(nèi)地漏與管道對(duì)接縫采用耐酸水泥砂漿粘接連接，地漏低于耐酸瓷磚5mm。

2 選擇施工方案

2.1 方案

經(jīng)與工藝、設(shè)計(jì)、廠家等相關(guān)人員專題討論，確定以下兩種方案：

(1)方案1 ：熱風(fēng)焊條焊接法

本方法是用可熔性聚四氟乙烯(PFA)焊條(具有可熔性及熔體流動(dòng)性好的特點(diǎn)，能有效潤濕PTFE表面)，將PTFE管道與PTFE法蘭墊片在高溫下焊接，然后利用不銹鋼法蘭連接。

具體做法：先在焊接部位開坡口，采用“V”或“X”坡口，并用丙酮或乙醇溶液把焊接部位擦洗干凈。調(diào)節(jié)焊槍加熱器，使離焊槍噴嘴10mm處熱氣溫度達(dá)420～480℃，將PFA焊條垂直于焊接處，焊槍以45°傾角靠近焊接面，與焊接面保持5～10mm距離，運(yùn)條速度60～80mm/min[2]，并微微上下升降，以防止局部過熱，使PTFE焊接面熔融，同時(shí)將焊條熔融在一起，待冷卻后對(duì)焊縫機(jī)械加工至所需程度。注意焊接時(shí)會(huì)產(chǎn)生少量的有毒分解氣體，所以必須裝設(shè)局部排氣裝置，防止作業(yè)人員吸入體內(nèi)[3]。

現(xiàn)場對(duì)焊接完成后的樣品進(jìn)行檢查和破壞性實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，多數(shù)樣品焊縫不均勻，存在質(zhì)量缺陷。究其原因，是焊接過程中電焊機(jī)的電流、電壓與管道的轉(zhuǎn)速、冷卻時(shí)間、管道端面對(duì)齊等因素不易控制，過分依賴焊工的經(jīng)驗(yàn)和責(zé)任心，稍有不慎，就會(huì)產(chǎn)生不合格的焊縫，而不合格的焊縫會(huì)給整個(gè)管道系統(tǒng)帶來不可估量的危害，因此方案被否定。

(2)方案2：手工翻邊法。

即對(duì)PTFE管道端口進(jìn)行加熱翻邊，利用PTFE管道自身的翻邊代替PTFE墊片，然后利用不銹鋼法蘭連接。

翻邊設(shè)備包括工作臺(tái)、電爐、耐熱容器、不銹鋼平板、擴(kuò)口模具、翻邊模具、切割機(jī)等。(部分設(shè)備見圖1)

具體流程如下：

①鋸口：用切割機(jī)將PTFE管道端面切割平整；

②定尺：將PTFE管道預(yù)留10mm的翻邊尺寸；

③擴(kuò)口：將耐熱容器放置在電爐上，把擴(kuò)口模具固定在耐熱容器底部，為便于經(jīng)加熱軟化的PTFE管道與擴(kuò)口模具分離，在耐熱容器中加入硝酸鈉粉末(熔點(diǎn)為306.8℃，在擴(kuò)口過程中為熔融狀態(tài))(見圖2)。將PTFE管道套在一個(gè)120°的圓錐體形狀的擴(kuò)口模具上加熱，同時(shí)加壓，緩慢進(jìn)行擴(kuò)口，要保持該模具維持在380～400℃為宜；

④翻邊：經(jīng)擴(kuò)口后，PTFE管道的端面溫度達(dá)到300℃左右，這時(shí)將其移至固定在不銹鋼平板上的翻邊模具，完成翻邊(翻邊完的樣品見圖3)。如翻邊擋住法蘭孔，可用砂輪機(jī)、磨光機(jī)打磨清除即可；

⑤檢測：主要察看翻邊好的PTFE管道端面是否平整、光滑，不能有裂痕、凹陷、偏移以及雜質(zhì)附著。

⑥安裝：在翻邊后的PTFE管道上加設(shè)不銹鋼法蘭片，后將兩個(gè)管道接口采用不銹鋼螺栓、螺帽組裝；在轉(zhuǎn)彎、分路時(shí)采用不銹鋼彎頭、三通對(duì)接安裝。

⑦試驗(yàn)：管道安裝完成后，對(duì)地漏排放，先采用清水進(jìn)行灌水試驗(yàn)、通球試驗(yàn)，管道無滲無漏、暢通后，再采用濃硫酸進(jìn)行試驗(yàn)；對(duì)利用潛污泵排放的管道，根據(jù)設(shè)計(jì)要求采用水進(jìn)行壓力試驗(yàn)，經(jīng)試驗(yàn)管道無滲漏后，再加蓋蓋板。

⑧試運(yùn)行：設(shè)備試驗(yàn)完畢后，地面廢棄的濃硫酸、濃硝酸根據(jù)地面坡度，自然流入地漏內(nèi)，地下室內(nèi)廢棄的濃硫酸、濃硝酸流入集水坑后，采用潛污泵排放，待排放結(jié)束后，從檢查口觀察管道的使用情況，確保后期使用安全。

經(jīng)現(xiàn)場對(duì)翻邊后的樣品進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)大部分樣品的翻邊沿管道端口整個(gè)圓周面平滑對(duì)稱，無裂痕、凹陷及雜質(zhì)附著，效果良好。因聚四氟乙烯是典型的柔軟聚合物，大分子間的相互引力較小，剛度、硬度、強(qiáng)度都較小，在應(yīng)力長期作用下會(huì)變形，受載時(shí)容易出現(xiàn)蠕變現(xiàn)象，是典型的具有冷流性的塑料，進(jìn)而影響法蘭間密封的可靠性，連接時(shí)在PTFE管道與不銹鋼法蘭之間墊一個(gè)PTFE墊圈。

2.2 工藝的確定

綜上所述，方案2較方案1對(duì)施工人員的技術(shù)要求低，易于實(shí)現(xiàn)，且加工后的PTFE管道端部整體性好，管道之間連接部位密封可靠。最終選擇方案2作為施工工藝。

在此排廢酸系統(tǒng)后續(xù)運(yùn)行過程中，所安裝的PTFE管道系統(tǒng)質(zhì)量可靠，接頭牢固，未發(fā)生廢濃硫酸、濃硝酸滲漏的現(xiàn)象，避免了發(fā)生生產(chǎn)安全事故和環(huán)境受到污染，為安全生產(chǎn)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3 結(jié)語

隨著化工工藝技術(shù)的不斷發(fā)展，腐蝕性介質(zhì)的物料越來越多，材料防腐問題越來越受到關(guān)注。在大量的防腐生產(chǎn)實(shí)踐中，由于PTFE材料具有的獨(dú)特性能，使它成為目前工業(yè)防腐上應(yīng)用最多、效果最佳的材料之一。隨著科研手段和生產(chǎn)工藝的進(jìn)步，適合PTFE管道連接的工藝將不斷完善，PTFE材料在工業(yè)上將有更大的作為。

[1]張國暉.聚四氟乙烯在化工防腐方面的加工與應(yīng)用[J].化學(xué)部成都有機(jī)硅應(yīng)用研究中心.

[2]董高峰.聚四氟乙烯工件常用粘接和焊接方法[J].巨化工程有限公司儀表廠，有機(jī)氟工業(yè).2005,4.

[3]陳新康.聚四氟乙烯的膠結(jié)和焊接[J].上海市有機(jī)氟材料研究所，塑料工業(yè).1983.

[4]建筑工程施工質(zhì)量驗(yàn)收統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)GB50300—2013[S].