聚四氟乙烯(PTFE)管道連接施工的幾點經驗

馬永宏 馮江博 鄧擎旗(西安航天化學動力廠，陜西 西安 710025)

聚四氟乙烯(PTFE)管道連接施工的幾點經驗

馬永宏 馮江博 鄧擎旗(西安航天化學動力廠，陜西 西安 710025)

隨著防腐技術的進步,防腐材料不斷推陳出新,其中聚四氟乙烯(PTFE)以其優異的化學穩定性、耐高溫和耐化學腐蝕特性,越來越受到人們的重視,是理想的防腐首選材料,成為當今不可缺少的重要材料之一。而在具體的應用當中,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，通過對熱風焊條焊接法和手工翻邊法兩種加工手段的實踐對比，來談談本次項目實施過程中PTFE管道連接的經驗教訓。

聚四氟乙烯(PTFE)連接；熱風焊條焊接法；手工翻邊法

0 引言

聚四氟乙烯(Teflon或PTFE)，俗稱“塑料王”，是當今世界耐腐蝕性能最佳的材料之一，由四氟乙烯經聚合而成的高分子化合物，具有優良的化學穩定性、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327℃，沸點400℃。能夠耐強酸、強堿、強氧化劑，即使在沸騰的王水中，也能安然無恙。迄今為止，僅發現熔融的堿金屬和三氟化氯等極少數物質能與它反應，可以廣泛應用于各種需要抗酸堿和有機溶劑的場合。同時，能在-190℃～+250℃的較廣溫度范圍內均保持優良的力學性能，允許驟冷驟熱，或冷熱交替操作。這種卓越的化學穩定性與熱穩定性，使它成為優良的化工防腐材料[1]。用作工程塑料時可制成聚四氟乙烯管、棒、帶、板、薄膜等。

某工業廠房的建設過程中，根據工藝要求，該工房部分房間要滿足生產產生的廢濃硫酸、濃硝酸的排放需求，依據PTFE材料優良的化學穩定性，設計選用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目實施過程中，對PTFE管道連接積累的經驗。

1 市場考察

經市場調研發現，PTFE管材和管件價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，極少數廠家根據設備條件，管材長度最大加工至4.2m。本次項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，房間內地漏采用尺寸為10cm*10cm，厚度為1cm的PTFE材質方形地漏，地漏低于耐酸瓷磚5mm，不設置防臭彎頭。對于采用機械排污的，污水泵采用不銹鋼外殼保護，PTFE管道與污水泵采用不銹鋼法蘭連接。為了后期維修方便，室內外管道敷設在地溝內，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處須進行包裹處理)進行固定，室內坡度為2.5%，室外坡度為0.3%。管道整體施工完成后進行閉水試驗，經檢查試驗合格后，再加蓋板封蓋，并預留維修檢查口。房間內地漏與管道對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

經與工藝、設計、廠家等相關人員專題討論，確定以下兩種方案：

(1)方案1 ：熱風焊條焊接法

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性好的特點，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。調節焊槍加熱器，使離焊槍噴嘴10mm處熱氣溫度達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，同時將焊條熔融在一起，待冷卻后對焊縫機械加工至所需程度。注意焊接時會產生少量的有毒分解氣體，所以必須裝設局部排氣裝置，防止作業人員吸入體內[3]。

現場對焊接完成后的樣品進行檢查和破壞性實驗后發現，多數樣品焊縫不均勻，存在質量缺陷。究其原因，是焊接過程中電焊機的電流、電壓與管道的轉速、冷卻時間、管道端面對齊等因素不易控制，過分依賴焊工的經驗和責任心，稍有不慎，就會產生不合格的焊縫，而不合格的焊縫會給整個管道系統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PTFE管道端口進行加熱翻邊，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。

翻邊設備包括工作臺、電爐、耐熱容器、不銹鋼平板、擴口模具、翻邊模具、切割機等。(部分設備見圖1)

具體流程如下：

①鋸口：用切割機將PTFE管道端面切割平整；

②定尺：將PTFE管道預留10mm的翻邊尺寸；

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

④翻邊：經擴口后，PTFE管道的端面溫度達到300℃左右，這時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、磨光機打磨清除即可；

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、偏移以及雜質附著。

⑥安裝：在翻邊后的PTFE管道上加設不銹鋼法蘭片，后將兩個管道接口采用不銹鋼螺栓、螺帽組裝；在轉彎、分路時采用不銹鋼彎頭、三通對接安裝。

⑦試驗：管道安裝完成后，對地漏排放，先采用清水進行灌水試驗、通球試驗，管道無滲無漏、暢通后，再采用濃硫酸進行試驗；對利用潛污泵排放的管道，根據設計要求采用水進行壓力試驗，經試驗管道無滲漏后，再加蓋蓋板。

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

經現場對翻邊后的樣品進行檢查，發現大部分樣品的翻邊沿管道端口整個圓周面平滑對稱，無裂痕、凹陷及雜質附著，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、強度都較小，在應力長期作用下會變形，受載時容易出現蠕變現象，是典型的具有冷流性的塑料，進而影響法蘭間密封的可靠性，連接時在PTFE管道與不銹鋼法蘭之間墊一個PTFE墊圈。

2.2 工藝的確定

綜上所述，方案2較方案1對施工人員的技術要求低，易于實現，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。

在此排廢酸系統后續運行過程中，所安裝的PTFE管道系統質量可靠，接頭牢固，未發生廢濃硫酸、濃硝酸滲漏的現象，避免了發生生產安全事故和環境受到污染，為安全生產奠定了堅實的基礎。

3 結語

隨著化工工藝技術的不斷發展，腐蝕性介質的物料越來越多，材料防腐問題越來越受到關注。在大量的防腐生產實踐中，由于PTFE材料具有的獨特性能，使它成為目前工業防腐上應用最多、效果最佳的材料之一。隨著科研手段和生產工藝的進步，適合PTFE管道連接的工藝將不斷完善，PTFE材料在工業上將有更大的作為。

[1]張國暉.聚四氟乙烯在化工防腐方面的加工與應用[J].化學部成都有機硅應用研究中心.

[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，有機氟工業.2005,4.

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

[4]建筑工程施工質量驗收統一標準GB50300—2013[S].