Применение полимерных трубопроводов в хлорной промышленности

Уже более ста лет существует хлорная промышленность. В процессе своего развития и становления на ее объектах активно использовались различные элементы и узлы, полностью или частично произведенных из неметаллов. В основном, это различные емкости, запорная арматура, трубопроводы, элементы технологической аппаратуры, прочее.

Во многом благодаря развитию хлорной промышленности, стремительный рывок сделала и отрасль производства полимерных материалов. Основной всплеск активности в разработке и внедрении новых технологий изготовления полимеров пришелся на последние 50 лет. Благодаря прогрессу в этом направлении появились десятки новых материалов, из которых теперь изготавливают резервуары, трубы, запорно-регулирующую арматуру, уплотнители и другие элементы, которые используются в сложных эксплуатационных условиях.

Устойчивость к агрессивной среде, высоким и низким температурам позволяет применять изделия из полимерных материалов для поддержки критически важных технологических процессов. Полимеры получили широкое практическое применение как непосредственно в хлорной отрасли, так и других отраслях, где в технологических процессах применяется либо чистый хлор, либо его соединения.

Выполнив анализ использования полимерных материалов для коррозионно-активных сред, можно сделать выводы, что наиболее востребованными полимерами являются:

• поливинилхлорид, ПВХ;
• полипропилен; ПП;
• хлорированный поливинилхлорид, ХПВХ;
• полиэтилен, ПЭ;
• акрилонитрил-бутадиен-стирол, АБС;
• политетрафторэтилен, тефлон/ПТФЭ;
• поливинилиденфторид, ПВДФ.

Особенность хлора заключается в том, что он отличается высокой реакционной способностью практически со всеми металлами. В результате химического контакта образуются водорастворимые и летучие хлориды. Если присутствует водная среда, происходит гидролизация хлора с последующем образованием кислот – соляной, хлорноватистой. Этот процесс описывается следующим уравнением:

Cl₂ + H₂O = HCl +HClO

Результатом химической реакции является образование соединений, агрессивных к металлам и многим неметаллическим материалам. Поэтому, для работы с такими веществами серьезно возрастает необходимость использования химически устойчивых полимеров. Несмотря на интенсивное развитие полимерной промышленности и наличия различных коррозиеустойчивых материалов, нет такого вещества, которое было бы нейтрально к воздействию «влажного» хлора в широком диапазоне температур. Исключением является разве, что хлорированный поливинилхлорид – он характеризуется высокой устойчивостью к «влажному» хлору при температурах до +20С.

Эксплуатационные преимущества полимеров

Уже несколько десятилетий полимерные изделия активно используются в быту и различных отраслях промышленности. Их основные эксплуатационные свойства и преимущества хорошо известны каждому потребителю, поэтому нет необходимости детально на них останавливаться. Если быть кратким, то можно выделить следующие особенности полимерных изделий:

• небольшой вес;
• стойкость к различным химически активным средам;
• простота монтажных работ (возможность применения технологии «холодной сварки»);
• высокая абразивная устойчивость;
• возможность эксплуатации в широком интервале температур;
• хорошая ремонтопригодность;
• большой срок службы.

Более детально хотелось бы остановиться на рассмотрении процессов взаимодействия хлорсодержащих соединений с различными полимерами и их влияние на возможность применения материалов в тех или иных ситуациях.

Рекомендации использования изделий из ХПВХ в контакте с хлорсодержащей средой

Особенность ХПВХ заключается в высокой температурной устойчивости. Если сравнивать этот материал с ПВХ, то можно отметить, что ХПВХ сохраняет стабильные рабочие параметры до температуры +95С.

Выполняя монтаж элементов из ХПВХ с применением метода «холодной сварки», нужно строго придерживаться технологии. Для сваривания можно использовать только рекомендуемые специальные клеевые растворы, которые не содержат в своем составе двуокиси кремния. Монтаж ХПВХ таким способом можно поручать только тем сотрудникам, которые прошли соответствующее обучение и имеют определенный опыт работы.

Каталог ХПВХ

Рекомендации использования изделий из ПВХ в контакте с хлорсодержащей средой

ПВХ относится к материалам, которые подойдут для использования с «влажным», «сухим» и газообразным хлором. Правда есть нюанс, который нужно учитывать – это поверхностное хлорирование. При продолжительном контакте хлора со стенками ПВХ-изделий их толщина уменьшается, поэтому ее нужно периодически контролировать. В результате этого, ПВХ-изделия становятся более хрупкими и при значительных механических воздействиях могут разрушаться.

Еще одна особенность материала в том, что он подвержен коррозии под механическим напряжением. Для уменьшения коррозионных явлений, прежде чем будут эксплуатироваться ПВХ-изделия, с них нужно снять остаточные напряжения.

Чтобы обеспечить безопасную эксплуатацию ПВХ-изделий, нужно придерживаться следующих рекомендаций:

• нельзя использовать ПВХ трубы и арматуру на тех участках, где давление может составлять больше 16 бар;
• под трубопроводы, которые контактируют с хлорсодержащей средой, нужно устанавливать дополнительные опоры и мачты, которые будут поддерживать конструкцию и уменьшат на нее механические нагрузки;
• чтобы повысить прочность ПВХ-изделий, работающих с хлорсодержащей средой, нужно применять ПВХ, имеющие внешнее армирование, сделанное из стекловолокна (особенно это актуально для тех случаев, когда рабочая температура превышает +40С).

Отдельно следует рассмотреть процесс армирования стекловолокном, поскольку также есть ряд нюансов. Дело в том, что величина коэффициента объемного теплового расширения у ПВХ и полиэфирной смолы, армированной стекловолокном, сильно отличаются. Учитывая этот фактор, армирование нужно проводить так, чтобы между слоем армирующего стекловолокна и ПВХ обеспечивалась необходимая адгезионная прочность. Это можно достигнуть за счет нанесения грунтовочного слоя. Он будет играть роль буфера между полиэфирной смолой со стекловолокном и ПВХ. Наличие такого буфера обеспечит химическую связь между поливинилхлоридом и стекловолокном.

В тех случаях, когда в качестве рабочей среды используется жидкий хлор, ни ПВХ-изделия, ни полиэфирную смолу, армированную стеклопластиком, использовать нельзя.

Каталог ПВХ

Рекомендации использования изделий из ПВДФ в контакте с хлорсодержащей средой

ПВДФ – один из немногих материалов, который демонстрирует хорошую устойчивость к хлорсодержащей среде (и к «сухому», и к «влажному» хлору) вплоть до +140С. При увеличении температуры возможно некоторое хлорирование ПВДФ,но все равно его устойчивость существенно выше, чем у ПВХ и полиэфирных смол с армирующим стекловолокном. Как и для большинства полимеров, для ПВДФ также характерно повышение хрупкости вследствие коррозии, возникающей от механических напряжений.

Ни обычный ПВДФ, ни ПВДФ с армирующим слоем из стеклопластика не могут использоваться для работы с жидким хлором.

Каталог ПВДФ

Рекомендации использования изделий из ПП и ПЭ в контакте с хлорсодержащей средой

Оба материала имеют хорошую устойчивость к газообразному хлору (и «сухому», и «влажному»). Но и для ПП, и для ПЭ характерно быстрое разрушение, если рабочая среда нагревается до температуры более +30С. Если эти материалы сравнивать с ХПВХ и ПВХ, то они менее устойчивы к хлорсодержащим средам. Если для транспортировки газообразного хлора будут использоваться полипропиленовые трубы, перед их запуском в эксплуатацию, обязательно нужно снять остаточные механические напряжения.

Ни ПП, ни ПЭ с жидким хлором использовать нельзя.

Запорно-регулирующая арматура

При построении систем транспортировки хлорсодержащих сред не обойтись без запорно-регулирующей арматуры. Концерном Aliaxis, специально для предприятий хлорной промышленности, разработана линейка арматуры, включающая все необходимые элементы для построения соответствующих трубопроводов.

1. Шаровые краны – предназначены для перекрывания/открывания потока, в котором не содержатся твердые примеси. Промышленная серия VKD включает устройства размерного ряда 16…110 мм. В исследовательских лабораториях рабочие механизмы кранов выдерживали наработку на отказ не менее 50 тыс. циклов. Если рабочая среда может расширяться, а также частично менять свое фазовое состояние (к примеру, NaClO), должны использоваться специальные краны, имеющие особую конструкцию запорного элемента-шара.
2. Дисковые затворы – предназначены для регулирования и перекрытия потока рабочей среды. Промышленная серия FK состоит из устройств с диаметрами 50…400 мм. Диск затвора выпускается из полимерного материала, а шток из нержавеющей стали. Конструкционно затвор сделан так, что шток полностью изолирован от рабочей среды и всегда находится в сухом состоянии. Управление дисковыми затворами, как и шаровыми кранами может осуществляться посредством электрических или пневматических приводов.
3. Мембранные клапаны – предназначены для регулирования интенсивности потока рабочей среды. Промышленная серия DK/VM выпускается в размерах 20…110 мм. Конструкционное исполнение клапанов позволяет применять их для работы со средой, в которой могут быть нерастворимые фракции. В лабораторных условиях мембранные клапаны выдерживали не менее 200 тыс. циклов на отказ.

Согласно требованиям EN ISO 16136, EN ISO 16135, минимальное количество рабочих циклов запорной арматуры должно составлять не менее 5 тыс.

Опыт использования полимерной продукции на предприятиях хлорной промышленности России

Рассмотрим примеры реальной эксплуатации полимерных материалов в технологических процессах разных предприятий. Например, трубопроводы из ХПВХ были установлены взамен труб из нержавеющей стали 12Х18Н10Т.Это было сделано в цехах приготовления рассола предприятия, специализирующегося на электролизе хлора ртутным методом. При тех параметрах технологических процессов, которые взывали активную коррозию труб из нержавейки, изделия из ХПВХ успешно функционируют уже несколько лет. Фото ниже наглядно демонстрируют этот пример замены металлических трубопроводов полимерными.

Еще одним примером применения полимерных изделий является использование мембранных клапанов вместо их стальных аналогов. Замена произведена на технологической линии электролиза NaOH ртутным методом, где подается соляная кислота с концентрацией 18…23% и 38% при температурах в пределах +20С…+30С. Клапана показали высокую химическую устойчивость, их легко было монтировать, и они просты в обслуживании. Успешное применение полимерной продукции подтверждается соответствующим актом, предоставляемым по запросу. Фото демонстрирует эффективность применения.

Разрешительная документация

Чтобы продукцию можно было внедрить в технологическую линию предприятия, на нее должна быть соответствующая разрешительная и сопроводительная документация. Для изделий из полимерных материалов потребуются следующие декларации соответствия Техническим Регламентам Таможенного Союза (ДС ТР ТС):

• №010/2011 “О безопасности машин и оборудования”;
• №020/2011 “Электромагнитная совместимость технических средств”;
• №032/2013 “О безопасности оборудования, работающего под избыточным давлением”.

Кроме этого, качество изделий, которые будут использоваться на объектах хлорной промышленности, должно подтверждаться в системе добровольной сертификации «РусХлорСерт».

Заключение

С каждым днем полимерные материалы все чаще используются на объектах промышленности. Чтобы они успешно функционировали на протяжении большого периода времени, важно правильно подбирать изделия из полимеров, учитывая их реальные условия эксплуатации.

Сотрудники компании Афинара готовы предоставить информационную и техническую поддержку, начиная с подбора изделий и заканчивая их запуском в эксплуатацию. Продукция соответствуют всем регламентным требованиям и имеют надлежащую сопроводительную документацию.