高分子防腐材料在水处理系统中的应用情况

　　前 言
　　
　　高分子材料（如塑料），与金属，陶瓷等材料相比，除质轻价廉，还有良好的耐腐蚀性能。目前常用防腐内衬材料主要有聚氯乙烯，环氧树脂和氟碳材料。

　　大庆炼化公司脱盐水系统共有三套脱盐水装置，分别始建于1991、1994、2009年（化学一、二、三站），上述高分子材料在这三套脱盐水系统中都用应用，下面就这些防腐材料在水处理系统应用情况进行简单论述。

　　1 聚氯乙烯材料
　　
　　聚氯乙烯的优点是耐化学腐蚀性好，价格低。硬度可调节，分为软、硬聚氯乙烯。缺点是耐热性较差，耐老化性不好。

　　1.1 聚氯乙烯的物理性能。硬聚氯乙烯的相对密度为1.4~1.6,为普通碳钢的1/5,便于设备的安装。聚氯乙烯的导热系数只是普通碳钢的1/400~1/500,保温性能好。聚氯乙烯的线膨胀系数为（5~6）×10-5/℃，为普通碳钢的5~6倍，适用于管道或衬里材料使用。聚氯乙烯的耐热性比较差，玻璃化温度为80~85℃。

　　1.2 聚氯乙烯的耐化学腐蚀性。聚氯乙烯不含活性大的基团，化学性质比较稳定。

　　在低于50℃的条件下，除强氧化剂（如浓度大于50%的硝酸、发烟硫酸等），可耐大部分无机盐、烃化合物等有机溶剂的腐蚀。其耐腐蚀性与温度、应力有关，温度越高，应力越大，腐蚀速度越快。另外在光、氧、热的作用下，稳定性不好，易发生降解。

　　聚氯乙烯在低温情况下，耐腐蚀性较好。

　　1.3 聚氯乙烯的应用。常用于大型设备作衬里，但硬聚氯乙烯质地较硬，线膨胀系数比基体碳钢大得多，处理不当，会引起衬里开裂（如图一），其使用年限大约为10年左右。

　　脱盐水车间的化学一、二站设计较早，聚氯乙烯普遍应用在水处理行业，因此管件内部防腐为硬聚氯乙烯材质。因化学一站接收高温凝结水、RO回用水，运行温度较高（60℃）。化学二站主要处理新鲜水，运行温度控制在40℃左右。从运行温度对管件内衬聚氯乙烯的影响看，化学一站影响程度更大一些，部分管件内衬发生开裂。

　　2 环氧树脂材料
　　
　　环氧树脂是含有环氧基的高分子聚合物的统称。分子结构中含有两个或两个以上的环氧基团（-CH-CH2）。其分子结构特点是，O可以在适当的化学试剂（固化剂）存在下形成三维交联网状结构的化合物，被称之为固化过程。

　　2.1 环氧树脂的物理特性。分子结构中含有的醚键与大量的极性基团使其对金属、陶瓷等极性基材有优良的附着力，环氧固化时体积收缩率低（仅2%左右），不易产生内应力。很多环氧树脂体系及其改性树脂可在常温常压下成型，室温下固化。固化时间、粘度、适用期等都可按需要进行调节，且不会影响固化后的性能。环氧树脂的耐热温度在103~130 ℃，一般可在100℃下使用。

　　2.2 环氧树脂的耐化学腐蚀性。化学性质很稳定，能耐稀酸、碱。因其分子结构中含有的脂肪族羟基与碱不起作用，故耐碱性强。以胺固化的环氧树脂能耐中等强度的酸、碱，但不耐氧化性酸（如浓硫酸、硝酸）。胺固化的环氧树脂耐盐酸、液碱的性能好。对硫酸、硝酸性能较差。

　　2.3 环氧树脂的应用环氧树脂由于胶粘强度高，收缩率低等优点应用广泛，主要以环氧树脂涂料和环氧树脂胶粘剂联合使用。目前炼化公司的3套脱盐水系统的盐酸储罐、液碱储罐、中间水箱内部防腐、中和池内壁防腐、以及排水的地沟等均使用环氧树脂进行防腐。从使用效果上看，能够起到防腐作用，部分损坏部位可以通过检修加以维护。

　　3 氟碳材料
　　
　　含氟聚合物是指碳链上的氢原子全部或部分被氟原子所取代的一类聚合物。其中聚四氟乙烯（PTFE）耐热、耐寒、耐候、耐溶剂等性能优异，并具有不粘性、自润滑性、低摩擦系数等优点，目前已经被广泛使用。本文主要以聚四氟乙烯（PTFE）论述。

　　3.1 氟碳材料的物理性质。PTFE材料分子中C-F键稳定，键能达540kJ/mol,C-C主链完全被大体积的氟原子所遮蔽，使其具有既耐高温又耐腐蚀的特点，工作温度范围约在-250~260℃之间。其线膨胀系数约在（10~15）×105m/（m.k）范围内，大于钢材10~20倍，且具有随温度增高而增大的特点。

　　3.2 氟碳材料的力学性能。PTFE材料的力学强度、刚度、硬度等较其它塑料差。拉伸强度一般为10~30MPa,弹性模量为400 MPa,断裂伸长率为50%~400%.PTFE的蠕变和应力松弛受温度、时间、负荷等影响，具有较高的延展性，在低结晶度时更易延展。可在腐蚀性极强的任意浓度的酸、碱、氧化剂、溶剂等环境中使用，并保持尺寸无变化。

　　3.3 氟碳材料的耐化学腐蚀性。PTFE能耐浓酸、浓碱、强氧化剂（如：王水）任何浓度的氢氟酸等介质，有“塑料之王”美称。碳氟材料对相比于聚氯乙烯、环氧树脂材料，能适用于更高的温度、酸碱腐蚀性介质高浓度不会对碳氟材料产生腐蚀。

　　3.4 氟碳材料的应用因碳氟材料对温度使用范围更广、耐腐蚀能力更强，因此是目前水处理行业广为选用的材料。脱盐水车间自2006年开始选用管件为热喷涂四氟管件（图二）。热喷涂管（即在220 ℃高温条件下对管件内壁进行热喷涂四氟）。热喷涂四氟厚度为1~2mm的管件，在有介质流动时最高可耐温80~120℃。2009年扩能改造的化学三站，设计上也使用热喷涂四氟材料的管件，使用至今效果良好。从实际经验中发现热喷涂四氟管件也存在如下不足：1、制造、喷涂条件要求较高。若管件内壁除锈效果不好或焊道焊接质量不高，均影响喷涂效果；2、环境温差大时，内衬防腐层易断裂，直接影响喷涂管件内衬使用寿命。【图2】

　　结 论
　　
　　高分子耐腐蚀材料的选择应用，可根据腐蚀介质的种类、压力、温度等不同因素进行相应选择。必须结合每种材料的物理、化学特性等相关参数，才可实现即达到降低成本，又实现安全防腐目的。
　　
　　参考文献
　　
　　[1] 黄健中，左禹。材料的耐腐蚀性和腐蚀数据。化学工业出版社。2003.
　　[2] 刘云龙，现代腐蚀科学和防蚀技术全。机械工业出版社。2000.