Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Антикоррозионная защита нефтегазового оборудования и сооружений. Учебное пособие
.pdf
экструзией. Поэтому единственный практически приемлемый способ
переработки порошка фторопласта-4 в изделия холодное прессование с последующим спеканием отпрессованного изделия в печи.
В практике химических предприятий наиболее часто применяют
следующие способы прессования порошка фторопласта-4:
компрессионное (на гидравлических прессах);
изостатическое (с помощью эластичной камеры).
Компрессионным прессованием получают заготовки простых
геометрических форм пластины, втулки, стержни, которые в дальнейшем могут подвергаться механической обработке для получения
готовых изделий.
Изостатическое прессование применяется для получения изделий сложной конфигурации и крупногабаритных элементов химической аппаратуры: фитингов трубопроводов, царг колонн, химической
посуды и др.
Порошок фторопласта-4 всегда сильно наэлектризован, в результате чего притягивает пыль из воздуха. По этой причине переработку и хранение фторопласта-4 следует проводить в чистых помещениях. Пресс-формы, оборудование и тара, применяемые для переработки и хранения фторопласта, должны быть также чистыми и сухими; наличие влаги, пыли и других примесей в порошке часто приводит
к появлению различных дефектов в изделиях.
При хранении порошок фторопласта-4 "слеживается", т. е.
отдельные частицы под действием тяжести вышележащих слоев "слипаются" между собой, образуя "комочки" с повышенной плотностью.
При прессовании слежавшегося порошка образуются зоны с различной плотностью, а при спекании получаются участки со значительными внутренними напряжениями, приводящими во многих случаях
к появлению трещин, разрывов и других дефектов. Поэтому порошок
перед загрузкой в пресс-форму подлежит рыхлению на специальных
мельницах.
При разработке конструкций, защитных оболочек и покрытий из
фторопласта-4 следует внимательно учитывать его высокую чувствительность к изменению температур и непостоянство коэффициента
термического расширения.
Основные физико-механические показатели фторопласта-4:
Плотность, г/см3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2,192,20
Теплостойкость, по Мартенсу . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
111
Температура размягчения, по Вика . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100110
Температура плавления (кристаллов), °С . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327
Температура стеклования (аморфных участков), °С . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
Температура разложения, °С . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 415
Рабочая температура, °С . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269260
Предел прочности при растяжении, МПа:
незакаленного образца . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1435
закаленного образца . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1631
Относительное удлинение при разрыве, % . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250500
Коэффициент линейного расширения, 1/К:
îò 60 äî 10 °Ñ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 · 10
îò 10 äî 20 °Ñ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 · 10520 · 10
îò 20 äî 50 °Ñ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 · 10
îò 50 äî 110 °Ñ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 · 10
îò 110 äî 120 °Ñ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 · 10515 · 10
îò 120 äî 200 °Ñ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 · 10
îò 200 äî 210 °Ñ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 · 10521 · 10
îò 210 äî 280 °Ñ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 · 10
Коэффициент теплопроводности, Вт/(м · К) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,24
Теплоемкость, кДж/(кг · К) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1,05
2.8.2. ПОЛУЧЕНИЕ ЗАГОТОВОК И ИЗДЕЛИЙ
КОМПРЕССИОННЫМ ПРЕССОВАНИЕМ ПОРОШКА
ФТОРОПЛАСТА-4
Сущность метода компрессионного прессования состоит в получении из рыхлого порошка фторопласта-4 с насыпной плотностью
0,20,7 г/см
3
заготовки с плотностью 1,831,95 г/см3 в результате
более плотной упаковки частиц порошка под воздействием прилагаемого к нему давления 2550 МПа.
Порошок фторопласта-4 уплотняется при прессовании в 45 раз,
в связи с этим пресс-форма должна иметь высоту в 5 раз большую
по сравнению с высотой готового изделия.
На рис. 2.26 изображена схема прессования мембран для запорной арматуры. Применение двухступенчатого пуансона вызвано
необходимостью получения заготовки с одинаковой плотностью порошка полимера во всем объеме пресс-формы. Разрыхленный порошок фторопласта-4 свободно засыпают в пресс-форму и равномерно
распределяют по всему ее объему для исключения значительных перемещений материала. Разравнивание порошка следует производить
металлической линейкой или шпателем, чтобы на порошок не попали
загрязнители с рук прессовщика. Прессованные изделия во время спе-
5
5
5
5
5
5
5
5
112
1
2
3
4
5
6
7
Рис. 2.26. Схема прессования порошка фторопласта-4 для получения
мембраны:
1 пуансон центральный; 2 пуансон верхний; 3 гильза технологиче-
ñêàÿ; 4 крепежный болт мембраны; 5 порошок фторопласта-4; 6
матрица; 7 пуансон нижний
кания претерпевают усадку до 58 % по объему. Поэтому размеры
пресс-формы должны быть выбраны с учетом усадки. После создания
максимального давления заготовку следует выдержать под этим давлением в течение 515 мин в зависимости от массы засыпанного порошка.
Спрессованную заготовку аккуратно извлекают из пресс-формы, обрабатывают острые кромки и неровности ножом и подвергают
спеканию в электропечах при температуре 380 ± 10 °С. Нагрев печи
производят вместе с помещенными в нее заготовками со скоростью
не более 1 ч нагрева на каждые 3 мм толщины изделия. Превышение
температуры спекания выше 400 °С вызывает деструкцию полимера
и выделение опасного для здоровья и жизни людей газа фторфосгена.
В связи с низкой теплопроводностью фторопластов скорости
охлаждения должны быть достаточно низкими (815 °С/ч). Это особенно важно для крупногабаритных изделий, так как превышение
этих скоростей в интервале температур 380288 °С вызывает высокие
термические напряжения в объеме полимера и растрескивание изделия. Превысить указанную скорость охлаждения и довести ее
до 50 °С/ч можно, если температура по всему объему остывающего
материала станет ниже нижнего порога кристаллизации (288 °С).
113
В некоторых случаях для изделий с толщиной стенки менее 3 мм
с целью придания повышенных эластических свойств и исключения
образования трещин проводят закалку. Закалка заключается в быстром охлаждении (погружением в воду) нагретого выше температуры
кристаллизации полимера. Такая операция может проводиться как
при охлаждении спеченных изделий, так и самостоятельно, когда
охлажденное спеченное изделие повторно нагревается до 380 °С.
2.8.3. ПОЛУЧЕНИЕ ПРОТИВОКОРРОЗИОННЫХ ФУТЕРОВОК
И ОБОЛОЧЕК МЕТОДОМ ИЗОСТАТИЧЕСКОГО
ПРЕССОВАНИЯ ПОРОШКА ФТОРОПЛАСТА-4
Сущность метода изостатического прессования заключается
в формовании порошка фторопласта-4 гибким формующим элементом эластичной (резиновой) камерой. При футеровке изделий фасонного профиля внутрь изделия вставляется резиновая камера, повторяющая профиль внутренней полости изделия, но меньшего диаметра. На рис. 2.27 показана схема прессования фторопласта-4 при
футеровке стального тройника. С целью снижения давления прессования при одновременном сохранении качества изделия иногда порошок и пресс-форму (изделие в сборе) подогревают до 8090 °С.
В зазор между внутренней поверхностью тройника и резиновой
камерой загружается порошок фторопласта-4. В полость камеры по-
12 3 4
Рис. 2.27. Схема футерования фторопластом-4 внутренней поверхности
1 заглушка; 2 удлинитель; 3 корпус тройника; 4 порошок
фторопласта-4; 5 эластичная (резиновая) камера; 6 шпатлевка; 7
переходник для подключения трубопровода от плунжерного насоса
5
стального тройника:
114
67
дается вода под давлением, в результате чего резиновая камера увеличивается в диаметре и порошок спрессовывается.
По окончании прессования резиновую камеру извлекают из тройника и стальной тройник с напрессованным на внутреннюю поверхность фторопластом-4 загружают в печь для спекания. Давление
воды, подаваемой внутрь резиновой камеры, должно быть не менее
99,5 МПа при температуре порошка 20 °С или 77,5 МПа при температуре 80 °С. Следует учитывать, что повышение давления ведет
к повышению качества футеровки, но в то же время ограничивается
механической прочностью изделия.
Если изделие является тонкостенным или по другим причинам
недостаточно прочным и не может выдержать рекомендуемое давление, то процесс прессования можно осуществить в автоклавах высокого давления, заполненных водой (рис. 2.28). В этом случае стенка
изделия испытывает только гидростатическое давление сжатия. Однако
данная технология существенно усложняет и удорожает производство,
2
поэтому применять ее целесообразно
только при изготовлении ответственных деталей.
3
1
Способ изостатического прессования дает удовлетворительные результаты при футеровании сравнительно крупногабаритных изделий. На
Рис. 2.28. Схема футерования
фторопластом-4 стального трой-
ника в автоклаве:
1 автоклав; 2 тройник
в сборе с технологической оснасткой; 3 штуцер для подключения трубопровода от плунжер-
ного наноса
рис. 2.29 приведена схема прессования царг реактора (хлоратора) на одном из предприятий.
Техническая характеристика
хлоратора и технологические режимы
его изготовления приведены ниже:
Внутренний диаметр готовых царг, мм . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 415420
Толщина стенки готовых царг, мм . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1820
Внутренний диаметр фторопластовых штуцеров, мм . . . . . . . . . . . . . . . . . . .70
Толщина стенки фторопластовых штуцеров, мм . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
Скорость нагрева до температуры спекания, град/ч . . . . . . . . . . . . . . . . . 5055
Выдержка при температуре спекания, ч . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
Скорость охлаждения, град/ч . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1213
115
5
4
3
2
6
1
5
4
3
2
4
3
àá â
6
1
5
2
1
Рис. 2.29. Схема прессования фторопластовых царг:
à без штуцеров; á с двумя штуцерами; в с тремя штуцерами; 1 корпус пресс-формы; 2 барабан
удлинительная. Пунктирной линией обозначено положение резиновой камеры в момент прессования
из фанеры или жести; 3 резиновая камера; 4 заглушка; 5 порошок фторопласта-4; 6 катушка
Для определения основных геометрических размеров деталей
пресс-формы и параметров прессования можно воспользоваться
номограммой (рис. 2.30). Номограмма рассчитана на прессование
порошка фторопласта-4 при обычной температуре.
300
, ìì
âí
Внутренний диаметр изделия Ä
290
280
270
260
250
240
230
220
210
200
190
180
170
160
150
140
130
120
110
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
ина покрытия, мм
Òîëù
d = 10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
d = 0
10 20 30 40 50 60
70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200
Ä
ð
Рис. 2.30. Номограмма для определения основных размеров при прессовании порошка фторопласта-4 в зависимости от давления в полости
резиновой камеры
117
Футерование стальных труб, фитингов и отбортовка
фторопластовых патрубков
Фторопласт-4 сам по себе не имеет достаточной жесткости
и механической прочности, поэтому стальные изделия, предназначенные для работы в химически активных рабочих средах, футеруют
вкладышами из фторопласта-4.
Сущность футерования заключается в том, что внутрь металлической трубы или отвода вставляется отрезок фторопластовой трубы,
концы которого отбортовываются на фланцы. Введение внутрь отвода
фторопластовой трубы производят после ее разогрева паяльной лампой или газовой горелкой. Чтобы в местах изгиба не образовались
складки, рекомендуется трубу предварительно, до ее нагрева, засыпать песком и заглушить с обеих сторон пробками.
Отбортовку концов фторопластовых труб и патрубков на зеркало стальных фланцев проводят методом штампования на специальных
стендах (рис. 2.31) или непосредственно на изделии.
12 34
Рис. 2.31. Схема отбортовки конца трубы из фторопласта-4:
1 стальная труба; 2 труба из термопласта; 3 газовая горелка;
4 пуансон
Отбортовку концов штуцеров крупногабаритных изделий: сборников, царг колонн и др. можно проводить с помощью специальной
оснастки непосредственно на изделии (рис. 2.32).
118
Äì
4
Äì
3
5
2
1
Рис. 2.32. Схема отбортовки фланцев фторопластовых царг:
1 стальной упорный диск; 2 стальной "сегмент жесткости"; 3 верхний
фланец; 4 пуансон стальной для отбортовки фланцев царг; 5 корпус
царги фторопластовый; 6 пуансон для отбортовки фланцев штуцеров;
7 шпилька крепежная
6
7
Отбортовка фланцев труб и фитингов, предназначенных
для эксплуатации в горячих средах
При эксплуатации футерованных фторопластом-4 труб и фитингов, имеющих ограничение в продольной деформации в горячих средах, происходит значительная деформация стенок фторопластовых
труб, что приводит в отдельных случаях к образованию складок, гофр
и даже сквозных трещин. Отбортовку концов таких изделий целесообразно производить в подогретом состоянии (на 5070 °С выше температуры эксплуатации). Под действием этой температуры длина фторопластовой трубы или фитинга увеличивается. После отбортовки
и охлаждения длина фторопластового изделия уменьшается, и фторопластовые бурты плотно, без зазоров, прилегают к фланцам стальной
119
трубы или фитинга. В случае эксплуатации при высоких температурах
эти напряжения значительно ниже, чем у труб, разбортованных
в холодном состоянии, и не представляют опасности для механической прочности фторопластового изделия.
2.8.4. ПРОТИВОКОРРОЗИОННЫЕ ВКЛАДЫШИ
ИЗ ДУБЛЬ-МАТЕРИАЛА "ФТОРОПЛАСТ-4 -СТЕКЛОТКАНЬ"
Технологические особенности переработки порошка фторопласта-4 в изделия затрудняют возможность получения крупногабаритных (диаметром свыше 400 мм) изделий, особенно в условиях неспециализированных предприятий.
Разработана технология изготовления защитных противокоррозионных вкладышей из дубль-материала фторопласт-4стеклоткань 15.
Принципиальная схема изготовления цилиндрического вкладыша приведена на рис. 2.33.
1234
Рис. 2.33. Схема изготовления вкладыша из дубль-материала:
1 разборная металлическая оправка; 2 лента из фторопласта-4;
3 лента из фторопласта-4МБ; 4 стеклоткань
На разборную металлическую оправку наматывают внахлестку
ленту Ф-4, поверх нее наматывают пленку фторопласта-4МБ и два
слоя стеклоткани (предварительно отожженной от замасливателя).
Заготовку спекают при 360 °С в течение 2,53,0 ч. Так как коэффициент температурного расширения стеклоткани меньше, чем стали, происходит плотное соединение слоев Ф-4 между собой и со стеклотканью. Прочному соединению слоев способствует использование
в качестве термопластичного клея пленки фторопласта-4МБ.
По данной технологии возможно изготовление оболочек большого диаметра. Изготовление всей оснастки на любой диаметр
не представляет особых технических трудностей. Габариты получае-
120
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]