鉭襯里壓力容器簡介

王沖 韓偉

摘 要：本文簡單介紹鉭材設備在硫酸工業中的應用。介紹了利用鉭材優異的耐腐蝕性能，工程中常見的由此制成的鉭襯壓力容器。并指出了設計中須考慮鉭換熱管與鋼管板的脹接應考慮溫度升高后因熱膨脹系數的差別而引起的脹接拉脫力的降低因素、以及襯里的設計應考慮檢漏系統，并應設計焊接時保護焊接接頭背面的惰性氣體通道，并介紹了材料、制造、檢驗和試驗等方面的其它要求。

關鍵詞：鉭；襯里；硫酸工業

在硫酸工業中，鉭材設備有廣泛的用途。廢硫酸濃縮裝置中，鉭被用作各種部件，常見的鉭材設備有蒸酸器、鉭管換熱器、管狀加熱器、卡扣加熱器、冷凝器、熱偶套管、襯里及玻璃容器的修復件等，其使用壽命比不銹鋼長幾十倍。

玻璃設備的防腐性能同樣優異，但機械碰撞容易破碎，溫度驟冷驟熱會爆瓷炸裂。鉭材壓力容器沒有以上缺點，但價格十分昂貴，只有在重要的設備中才會采用此類金屬材料。

1 性能

鉭材在大多數無機酸中耐蝕性能非常優良，和玻璃非常相似，在硫酸工業中具有重要用途，除了氫氟酸、氟、發煙硫酸和堿外，幾乎能耐一切化學介質的腐蝕。鉭對75%以下稀硫酸耐蝕性能優良，可使用于任何溫度；對不充氣的濃硫酸可用于160～170℃；對充氣的濃硫酸可用于250～260℃，超過此溫度腐蝕就增大。一般在170℃以上高溫使用前要先進行試驗研究。

鉭材價格昂貴，其應用形式主要是復合板和襯里，并且為了降低成本，鉭層的厚度希望盡可能的薄。然而復合板或襯里焊接非常困難，因為鉭材和鋼材的熔點相差懸殊，鉭材的熔點為2996℃，鋼材的熔點為1400℃，在焊接時常常會發生鉭材還未熔化，其下面的鋼材早已變成鐵水的現象，在實際生產過程中鉭襯壓力容器更為常見。

2 設計

由于鉭襯壓力容器并未有國家標準或行業標準，TSG R21-2016固定式壓力容器安全技術監察規程中，僅2.2.5.6中提及鉭及其合金用于壓力容器受壓元件時，應當在退貨狀態下使用，鉭和鉭合金設計溫度不高于250℃。除此之外，再無規范及標準對鉭襯壓力容器有規定。鑒于此種情況，建議壓力容器制造單位采用企業標準來指導生產。

在換熱器設計中，可參照ASME規范要求，將鉭管定義為僅起耐腐蝕功能的非承壓件，鉭管具有耐腐蝕、隔離介質兩個主要功能，其中為實現隔離介質功能，需要鉭管具有一定的強度、剛度，鉭管強度、剛度的設計參照GB/T150、GB/T151中有關要求執行，在設計時應考慮各腔體之間最苛刻的組合工況。

鉭換熱管與鋼管板的脹接應考慮溫度升高后因熱膨脹系數的差別而引起的脹接拉脫力的降低。在襯鉭殼體中，亦應考慮由于基體和襯里線膨脹系數不同而造成的貼合緊密型降低，必要時可設置波形結構以吸收膨脹量。

襯里的設計應考慮檢漏系統，并應設計焊接時保護焊接接頭背面的惰性氣體通道，供檢驗襯里焊接接頭的焊接質量、以及在使用過程中排出襯里層下的空氣或氣體和泄漏的介質，防止襯里鼓包和碳鋼外殼腐蝕。因此，在設計襯里設備時，其檢漏系統設計十分重要，襯里設備必須有靈敏的檢漏系統。

3 材料

薄鉭板及鉭換熱管均為高度國際化的商品， ASTM作為國際通用材料規范ASTM B-708、ASTM B-521中所列的材料已可滿足生產需要，只需按照TSG R21要求進行復驗即可。

制造、檢驗和試驗：被襯工件表面（包括焊縫）應打磨平滑，不應有凸臺、棱角和其他影響襯里質量的缺陷。襯里前對被襯工件表面、襯里件表面應進行噴砂或清洗，去除表面的氧化皮、油垢和其他附著物，使其表面保持光潔、干凈。襯里件應盡量與被襯工件表面貼緊。襯里件可采用套合法和機械撐緊法，不應進行使襯里產生過大拉應力的強力組裝。

在施焊前，鉭的焊接均應通過焊接工藝評定和焊工考試。鉭的導熱率較碳鋼要小得多，因而在焊接過程中焊縫及熱影響區冷卻速度慢，為達到保護目的，鉭的焊接應有保護拖罩，拖罩中通入氬氣保護冷卻中的焊縫和熱影響區。鉭的焊接多采用GTAW，其次為GMAW，可采用自熔或母材剪切絲料為填充材料。鉭與鋼不能熔焊，襯里件與被襯工件表面也可采用鉭螺釘、釬焊等方法連接。

鉭焊縫及其熱影響區的焊后原始狀態顏色應為銀白色或金黃色（致密）。

鉭襯里壓力容器中所有鉭與鉭之間的焊接接頭，包括對接接頭和角接頭表面都應進行滲透檢測。

鉭襯里須進行檢漏試驗。

4 結語

鉭襯壓力容器在實際生產過程中仍會遇到許多問題，本文僅起拋磚引玉作用，以供同行參考。

參考文獻：

[1]TSG 21-2016，固定式壓力容器安全技術監察規程[S].

[2]GB/T150.1～4-2011.壓力容器[S].

[3]JB/T4745-2002.《鈦制焊接容器》標準釋義[S].

[4]NB/T47010-2011.《鋯制壓力容器》標準釋義[S].

作者簡介：王沖（1983-），男，漢族，河北邯鄲人，工學學士，工程師，長期從事鍋爐壓力容器監督檢驗工作。