石墨板防腐技术
赛化云防腐蚀技术总监 51防腐蚀论坛资深版主 张作华
石墨和碳是非常好的惰性材料，在许多的腐蚀环境下都有优良的耐腐蚀性能。用石墨制成的砖板产品是重防腐衬里的重要材料，其能够耐沸点的盐酸、稀硫酸、氢氟酸、磷酸、碱液及有机溶剂等腐蚀介质。石墨板衬里已经成为化工行业磷酸反应槽、洗涤塔、冶金行业酸洗槽、酸沟酸坑、磷酸盐酸氢氟酸储罐、发电厂脱硫塔烟囱、地坪等设施设备经典的防腐工艺方法。
石墨板用于重防腐衬里为不透性石墨，最初的石墨板都具有孔隙（孔隙率达到20%-30%），使用合成树脂浸渍后，树脂固化闭塞孔隙，形成比较致密的不透性石墨。不透性石墨品种因所含树脂不同，耐腐蚀性能也不一样，比如酚醛树脂浸渍石墨板耐酸不耐碱，呋喃树脂（糠醇）浸渍石墨板耐酸耐碱。不透性石墨板具有高热导性能，广泛应用于各种换热器、管道、反应釜、填料塔、造粒塔等高温反应设备、传热设备、冷凝设备的防腐内衬；而用酚醛树脂及呋喃（糠醇）树脂浸渍的石墨板耐热在200℃以下，如果添加适量的有机硅树脂，则可以耐温至350℃。另外，当磷酸沉积在石墨上时，可以提高石墨的抗氧化性能，石墨与大多数介质的“亲和力”很小，所以一般的污垢不容易附着在其表面，清洁性能优良，在冷凝设备和结晶设备使用非常理想。
重防腐石墨板虽然耐腐蚀性能优良，但是依据浸渍树脂不同，耐蚀性能也有所差异，实际应用时可以根据腐蚀介质具体情况确定石墨板种类。通常情况下，浸渍石墨板（无论是酚醛浸渍石墨板还是呋喃浸渍石墨板）都不耐浓硫酸（96%），耐稀硫酸，都不耐硝酸，耐氢氟酸，耐盐酸，耐磷酸，耐蚁酸，耐氨水，耐氢溴酸，还耐甲醇，苯，丙酮，氯仿等一些化学品溶剂，其中酚醛浸渍石墨板不耐液碱而呋喃浸渍石墨板耐液碱。酚醛浸渍石墨板耐热温度<170℃，呋喃浸渍石墨板耐热温度<190℃，因此重防腐衬里首先必须要弄清楚介质条件，再选择确定何种树脂浸渍石墨板主材，即使粘结石墨板的胶泥也要相应的选择，配套使用。例如，碱性介质中，硅酸盐胶泥和酚醛胶泥是不耐腐蚀的，应选择呋喃和环氧胶泥为主并且以石墨粉及硫酸钡粉做胶泥填料；在强氧化性酸，如浓硫酸，硝酸，铬酸和其他氧化性介质如氯气，次氯酸，双氧水中不宜采用合成树脂胶泥，而必须采用硅酸盐胶泥；在含氟化合物如氟化氢，氟硅酸，氟硅酸钠等介质中不宜采用硅酸盐胶泥，而是采用以石墨粉，硫酸钡粉为填料的合成树脂胶泥；在非氧化性介质如盐酸，醋酸，稀硫酸，酸性盐介质中，各种树脂胶泥可以使用，也可以使用乙烯基树脂胶泥，但是中性介质如水则不宜使用硅酸盐胶泥；两种或者两种以上混合介质时，使用的胶泥必须对各种介质均耐蚀，如酸碱交替时，要求既耐碱又耐酸就可以选择呋喃胶泥或者环氧胶泥；对于化学品溶剂如醇类，酮类，苯，甲苯等，可以选择呋喃胶泥或者充分固化的酚醛胶泥，而不选择耐溶剂差的环氧胶泥和耐溶剂好容易渗透的硅酸盐胶泥。石墨板重防腐施工时除了选择合适的浸渍树脂板和粘结胶泥外，还对有隔离层的增强纤维材料有限制，当介质中含氟时，不得使用含硅的材料，如石英粉，硅酸盐，玻璃等。实际应用中，可以在胶泥中加入桐油钙松香（加入量为酚醛树脂量的10%和石棉绒2-3%，增加胶泥的韧性和抗拉强度）。酸碱交替介质环境，可以对胶泥进行改性，用酚醛呋喃改性（8:2）或者酚醛环氧（7:3）作为胶泥衬里，可以同时耐40%NaOH和40%H2SO4。
石墨板防腐衬里分为单层衬里、多层衬里、复合衬里三种结构。当介质为气相设备，腐蚀性渗透性不大，需要隔热或者防磨损的设备可以选择单层石墨板防腐衬里；当介质腐蚀性渗透性强，有压力或者温度较高的或者使用条件比较苛刻的设备可以选择多层石墨板防腐衬里（二层，三层衬里）；当采用水玻璃胶泥，介质腐蚀性渗透性强，有压力和温度较高，有操作温差和振动，其他使用条件比较苛刻的设备可以选择复合衬里，这种衬里就是增加了隔离层。隔离层的作用就是相对于重防腐综合结构层的第二道防腐线，具有很好的防腐抗渗，能够满足高温高压及振动要求。隔离层有铅隔离层（硫酸介质，温度<140℃），橡胶隔离层（天然橡胶，碱，非氧化性酸，<85℃；丁基橡胶，碱，非氧化性酸，<120℃；聚异丁烯橡胶，酸碱盐，<60℃）玻璃钢隔离层（环氧树脂玻璃钢，稀酸稀碱盐类，<90℃；酚醛树脂玻璃钢，70%硫酸盐酸醋酸，<130℃；呋喃树脂玻璃钢，70%硫酸盐酸醋酸碱，<170℃，乙烯基玻璃钢等）。需要强调的依然是含氟介质不得使用含硅增强纤维材料，可以选择有机纤维材料，如涤纶纤维布。
石墨板重防腐衬里施工应用比较广泛，性价比好的大部分采用有隔离层的复合衬里结构，根据笔者施工经验，通常为基层表面处理+树脂底漆+树脂胶泥腻子+树脂粘贴增强纤维布+耐蚀细骨料+树脂胶泥衬贴石墨板+胶泥勾缝工艺方法。金属和混凝土基层表面处理直至树脂粘贴增强纤维布施工方法与普通的玻璃钢做法一样，当最后一层纤维布铺贴结束后用滚刷涂刷同种树脂料后，随即抛撒耐蚀细骨料，固化干燥后扫除粘结性不良的颗粒，如此操作可以增强石墨板与隔离层的粘结强度。石墨板衬里时，根据板材各种规格，选择厚度为15-20㎜的板材（长宽规格有50*100,70*150,90*200）。设备衬里周向缝为连续缝，轴向缝应错开，板缝错开距离不应小于板尺寸的1/3，且>15㎜，同时衬相邻两排的纵错向距离最小为15㎜。衬板时先下后上，从左至右进行施工，同层石墨板不得出现十字缝，双层石墨板不得出现叠缝。胶合缝形式为挤缝，宽度2-3毫米，结合层厚度3-4毫米，各层衬层间胶泥厚度<3㎜，石墨板排列尺寸不足时，应采用异形板填塞，不允许填塞胶泥或者碎板，胶缝胶泥应该饱满不允许有气泡和洼陷和孔隙。砌衬石墨板要及时修缝，每砌衬一定数量时，在胶泥初凝前应将灰缝填平压实，使得胶泥面出现光泽。打灰时，应让胶泥润湿基层和石墨板砌衬面，确保粘结牢固。砌衬立面时，应控制适当的衬砌高度，防止砌块滑移和砌体受压变形。笔者建议灰缝面使用同种树脂液涂刷一遍，硅酸盐胶泥需要进行酸处理，有条件的可以进行加热固化处理（具体加热要求为：常温下72-100h,40-60℃24h,80-160℃24h,160-常温自然降温），提高耐蚀性能，降低线膨胀系数，防止使用过程中温度差变化造成脱板或者胶泥开裂。没有加热固化条件的，可以放置室温下自然固化干燥15天，待完全固化后才能投入使用，相关施工标准要求按照HG/T20676-1990《砖板衬里化工设备》执行。 石墨板衬里应用在我们国家已经是很成熟的重防腐工艺方法，腐蚀控制工程技术人员在长期的施工实践中，总结了非常丰富的经验，其广泛的应用为降低设备投资和维护成本，提高生产效益与经济效益做出了重要贡献。当氯碱工业、磷酸与氟化工及其他化工行业中高温反应设备及传热设备在大多数防腐材料不能使用的情况下，石墨板是不可多得的重防腐衬里材料，也是最佳的选择，是非金属材料中唯一能够导热耐腐蚀的衬里材料，在我们国家重防腐领域发挥着巨大的作用。随着我们国家工业化进程及砖板重防腐材料技术的不断发展，石墨板应用已经不限于重防腐范围，研发工程师根据其耐腐蚀性，导热性，线性系数小，耐温度急变性好，机械加工性能优良，耐磨损，质量轻等诸多优良特性，已经将其应用范围外延到其他新的领域，发挥着其独特的性能优点。
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