浅析化工设备塑料的应用

一、塑料在化工设备中的应用现状

1.应用概况

随着对塑料耐腐蚀机理的研究、塑料本身综合物理力学性能的提高和施工技术的改进，为塑料用于化工设备积累了相当丰富的经验并上升到理论，但总体上说，这方面的理论体系还没有完全成熟。随着时间的发展塑料已在材料中占据了重要地位，并形成了工程塑料等专用材料系列。目前，根据材料在加热时具有的可塑可焊性、可加工等工艺性能，用加热成型、粘接等方法制作的塑料整体设备分为两类。第一类常用的有硬质聚氯乙烯（PVC）设备和聚四氟乙烯设备等。第二类是玻璃纤维增强塑料整体设备，又称玻璃钢设备，可分为热塑性GFRP设备和热固性GFRP设备。

2.具体应用

石油炼制中催化裂化剂的生产需要以铝溶胶作粘结剂，而铝溶胶生产需循环换热降温，生产人口温度90℃，最高达120℃，正常操作压力0.IMPa，最高压力0.3MPa。原使用石墨改性PP换热器，效果不好，改用氟塑料一石墨板式换热器后，设备具有耐强腐蚀性、高效换热性及密封性好等优点，经济效益显著。

二、塑料取代金属材料作为化工设备零部件的优占

塑料用作工程材料尚是新生事物，具有巨大的开发和应用潜力，前景乐观。塑料不可能也无必要完全取代金属己有的应用地位，但塑料与金属相比，在某些场合具有明显的竞争优势。例如，全塑汽车的研制便是成功一例。同样塑料在化工设备中的开发应用也是一个颇具吸引力的探索课题。与传统的金属零部件相比，塑料零部件用作化工设备具有如下优点：

1.设备投资成本低，这不仅表现在材料成本方面，而且也表现在设备的制作、运输及安装等方面；

2.由金属制作设备时，许多组合件由多个零件组装而成，各零件之间装配精度要求高，有些金属零件需要多个工序多种工艺才能制作完成，改由塑料材料后可一次整体注塑而成，加工及组装工序大大减少；

3.塑料材料较易加工，对加工装备及操作工人的技术水平要求相对较低；

4.塑料密度小，运送及搬动容易，大大减轻工人的劳动强度；

5.塑料件组装容易，零部件可在地面安装校正准确后再整体吊装，方便了安装施工，减少了安装成本，同时，装拆快捷，便于零件更换；

6.塑料韧性较好，不像钢铁那样容易伤手伤脚，其边角料也不像金属那样容易刺穿鞋底或划破工作服伤人；

7.塑料相互碰撞不会像金属那样发出刺耳的声响，其加工中也不象金属那样掸下大量锈尘飘于空间，有利于工人的身心健康：

8.塑料零件不生锈、耐腐蚀；

9.塑料大多是热的不良导体，可减少热损失；

10.塑料大多是电的不良导体，在制造过程中没有触电的危险，方便安全生产；

三、化工设备及零部件对塑料制品的性能要求及生产工艺论证

1.性能要求

1.1强度要求

一般地讲，许多塑料的强度都随着使用时间的增加有所下降，但也有不少塑料在使用一段时间后强度下降到一定数值即基本保持不变，因此其长期强度是稳定的。设计塑料零件要以塑料的长期强度为依据，特别是长期承载构件的设计，不能根据简单拉伸试验结果（瞬时强度）来计算。

在指定的温度和应力范围内，进行短期试验，再把数据外推到所求的时间一温度应力区域是取得粘弹性材料长期强度的理想做法。粘弹理论的时间一温度叠加图解法，是将无定形聚合物材料在一系列温度下测得的短期蠕变或应力松弛曲线，沿对数时间轴平移（比参考温度高的数据向右移，比参考温度低的数据向左移），叠加成主曲线，从而预测比实际试验周期长得多的持久性能。

1.2刚度要求

像塔盘板一类零件，必须保持一定的水平才能有效工作。在满足使用性能方面，聚乙烯及聚氟化乙烯均比不上ABS及纤维素塑料，为满足要求需在设计时采用加强结构。

1.3尺寸稳定性要求

料的热稳定性及吸水溶胀等都会影响尺寸稳定性，因此在设计化工设备选用塑料时要注意这一点。

1.4设计寿命要求

通常可按设备主体的寿命期或设备的大修期限来确定塑料零件的设计寿命。一般应选择耐环境应力开裂性最好的塑料作结构件材料。

2.生产工艺论证

化工设备零件因为维修更换的需要，必须能从设备孔（一般亿500二）进出，所以零件结构尺寸不要很大，确实较大的零件，也可分块制作后再组装成整体，同时，这些零件是小批量生产，结构大多是板状，并不复杂。因此可采用热压成型，即借助某种形式的压力强制被加热的预浸料变形，冷却后即得制件，施加压力的方式宜为刚性模图。树脂传递模塑（RTM）是20世纪90年代迅速发展的新一代复合材料加工方法。与目前已有的高分子复合材料加工方法相比，RTM的优越性主要有：

2.1可成型SMC（片状模塑料）不能成型的一些大型的、结构复杂的部件，且成型部件上下两面全为光滑表面；

2.2可一次成型设有加强筋、凹凸及内插件等结构复杂的部件；

2.3采用闭模生产，可大大减少挥发性物质对环境的污染；

2.4可加入各种填料（就纤维增强材料而言，可长可短），RTM反应体系的选择也比SRIM（结构反应注射成型）广，制品质量和物理性能都高于SRIM制品；

四、结语

塑料在石油化工或其它化工设备中应用推广也有一个逐步适应和自我改良的过程，这是新生事物发展的正常过程。只要努力把理论付诸实践，又把实践经验总结起来促进理论的发展，塑料在化工设备应用方面的发展将更加完善、各方面的论证将更充分、数据将不断补充修正。塑料设备及零件在化工装置领域将得到越来越广泛的应用。

参考文献

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