RTO系统中非金属管道材质的选择

发布时间：2022-08-15 13:08:00 点击：

RTO焚烧炉、RTO、RCO专业生成厂家无锡泽川环境2022年8月15日讯 从事原料药行业废气治理的朋友都知道，设备腐蚀应该是最难解决的难题，如何解决设备腐蚀问题，选择防腐蚀材料、管道材质等成为RTO系统设计的重要部分，材料选择错误，会直接导致用户经济损失，RTO使用几个月就报废，所以在设计RTO系统时需要慎重优先考虑各个部分材质，才能保证用户的经济利益。

在原料药行业中，经常会碰到各种有机酸、无机酸等各种腐蚀性气体，例如DCM、氯仿、盐酸等，此时收集废气的管材若为金属材质则会增加企业成本；例如废气中含有盐酸时，常用的金属管材为刚衬四氟，除了造价高昂外还会因为其刚性带来的管道连接准度问题。若使用玻璃钢管道或者其他非金属管道就可以很好地处理腐蚀问题以及兼顾性价比。本文从构成、特性、应用场合等方面详细介绍市面上常用的几种非金属管道，方便面对不同工况的管道选材。

PP基管道，顾名思义，是以聚苯烯材料为基础的管道，常见的有PPR、PPH、FRPP等

1.PP聚丙烯管道（Polypropylene）

PP工程级别聚丙烯管材是由工程级聚丙烯粒料经挤出成型。聚丙烯为无毒、无臭、无味的乳白色高结晶的聚合物，密度只有0. 90--0. 91g/cm3，是目前所有塑料中最轻的品种之一。聚丙烯也包括丙烯与少量乙烯的共聚物在内。通常为半透明无色固体，无臭无毒。该管材、无味、广泛应用于化工、环保、食品卫生、建筑给排水等领域（执行QB1929-93标准）。玻纤增强聚丙烯管材是由聚丙烯粒料和玻纤粒料，按科学配方，经挤出成型。能在120℃以下输送各种腐浊介质。其刚性、承压强度均优于传统的塑料管材，是不锈钢管材理想的替代产品（执行HB20539-92标准）

①、不锈蚀：PP管可在很大的温度范围内承受PH值，范围在1～14的高浓度的酸和碱的腐蚀。

 ②、耐磨损、不结垢：PP管及管件内壁均匀光滑，流动阻力小并且不结垢。

 ③、减小振动和噪声：PP管具有优良的隔声性能，可显著减少由液体流动引起的振动和噪声。

 ④、防冻裂：PP材料弹性优良使得管材和管件截面可随着冻胀的液体一起膨胀而不会胀裂。

 ⑤、防结露，热损失少：PP材料为不良热导体，可减少结露现象并减少热损少。

 ⑥、安装简单：PP管重量轻，安装操作方便，并且具有可焊性。

 ⑦、使用寿命长：PP管系统在规定的使用条件下寿命达50年。长久的使用寿命在额定温度、压力状况下，PP管道可安全使用50年以上。   

⑧、耐腐蚀性能：能耐大多数化学物品的腐蚀，可在很大的范围内承受PH值范围在1-14的高浓度酸和碱的腐蚀。   

 ⑨、优异的抗磨性能：在输送矿砂泥浆时，PP管的耐磨性是钢管的4倍以上。   

 ⑩、良好的卫生性能：PP管材分子中仅有碳、氢元素，无味，卫生性能可靠。   

PP管的化学和物理特征：　　

  因为结晶度较高，pp管的外表刚度和抗划痕特征很好，因此不存在情况应力开裂问题。低MFR的PP管资料抗冲击特征较好但延展强度较低。关于一样MFR的资料，共聚物型的强度比均聚物型的要高。因为结晶，PP的缩短率相当高，普通为1.8~2.5%。PP管的强度跟着乙烯含量的添加而增大。PP的维卡软化温度为150℃。现在市场上一般采用参加玻璃纤维、金属添加剂或热塑橡胶的办法对PP进行改性。PP管是一种半结晶性资料。它比PE要更坚固而且有更高的熔点。因为均聚物型的PP管温度高于0℃以上时十分脆弱，因而很多贸易的PP资料是参加1%~4%乙烯的无规矩共聚物或更高比率乙烯含量的钳段式共聚物。共聚物型的PP资料有较低的热歪曲温度(100℃)、低通明度、低光泽度、低刚性，然则有更强的抗冲击强度。PP的活动率MFR局限在1~40。而且缩短率的偏向平均性比PE-HD等资料要好得多。参加30%的玻璃添加剂可以使缩短率降到0.7%。均聚物型和共聚物型的PP资料都具有抗吸湿性、抗酸碱侵蚀性、抗消融性。但是，它对芬芳烃(如苯)溶剂、氯化烃(四氯化碳)溶剂等没有抵挡力。PP管也不像PE那样在高温下仍具有抗氧化性。

2.PPR（Polypropylene Random）无规共聚聚丙烯管道 

材料构成：聚丙烯无规共聚物也是聚丙烯的一种，它的高分子链的基本结构用加入不同种类的单体分子加以改性。乙烯是最常见的单体，它引起聚丙烯物理性质的改变。PP无规共聚物一般含有1%-7%（重量）的乙烯分子以及93%-97%的丙烯分子，由乙烯分子和丙烯分子同时进行聚合反应（由PP和PE气相法合成）而制得。

特性：与pp均聚物相比，无规共聚物改进了光学性能(增加了透明度并减少了浊雾)，提高了抗冲击性能，增加了挠性，降低了熔化温度，从而也降低了热熔接温度;同时在化学稳定性、水蒸气隔离性能和器官感觉性能(低气味未和味道)方而与均聚物基本相同。性能方而PPR占优，PPR要比PP更柔韧，降低了低温脆性的弱点，不过同样的，PPR的刚性较PP也有所降低。

（1）重量轻：密度为0.89-0.91g/cm3，仅为钢管的九分之一，紫铜管的十分之一。由于重量轻，可大大降低运输费用和安装的施工强度。

（2）卫生无毒：PP－R材料完全由碳、氢两种元素组成，未添加任何有毒的重金属盐稳定剂，材料的卫生性能已经通过国家权威部门检测。

（3）不结垢、通水能力强：管材内壁光滑，不会结垢：摩阻系数仅为0.007，水流阻力小，通水能力强

（4）耐热性能好：当工作水温为70℃，可以长期使用，短期使用水温达到95℃，软化温度为140℃。

（5）使用寿命长：PP-R管材在额定的使用温度和压力下，使用寿命达到50年以上。

（6）耐腐蚀性好：除少数氧化剂外，可耐多种化学介质的侵蚀，不会生锈，不会腐蚀，不会滋生细菌，无电化学腐蚀。

（7）保温性能好：由于PP-R材料导热系数低，20℃时的导热系数为0.21-0.24W/mk,比钢管（43-52W/mk）、紫铜管（333W/mk）小得多，故PP-R管保温性好。

（8）膨胀力小：由于PP-R材料弹性模量较小，因温度变化产生的膨胀力较小，适合采用嵌墙和地平面层内的直埋暗敷方式。

应用范围：建筑物的冷热水系统，包折集中供热系统，建筑物内的采暖系统、包括地板、壁板及辐射采暖系统、输送或排放化学介质等工业用管道系统等

 3.PPH（Polyproplyene-Homo）均聚聚丙烯管道

PPH 管是以高密度聚丙烯(PP)为主体加相当的抗氧化剂、抗紫外线剂及色料制造而成。PPH 是一种高分子量，低熔流率的均聚聚丙烯，是对普通 PP 料进行β改性，使其具有均匀细腻的Beta晶型结构，具有极好的耐化学腐蚀性、耐磨损、耐高温 抗腐蚀、抗老化和绝缘性好的优质量产品，使它即使在低温下也有优异的抗冲击强度，增加了静液压强度，增进了耐化学品性能。PPH管具有热定型性好、耐高温、抗化学药物性佳，可蠕变、张力大，绝缘性好、不溶于有机溶剂，不干裂，性等特性。适用于化学工厂、电子半导体厂、药品厂、污水处理厂等多种产业。在高酸碱化学产品输送系统、纯水输送系统、饮用水输送系统、污废水输送系统、环境工程及一般管路系统、电信光缆输配管路系统都得到了广泛应用。焊接机具，PPH管道的焊接为热熔焊接，采用各种规格的液压式或手动式塑料管道热熔接机。以液压式塑料管道热熔接机为例，焊接主要分三个部件：焊机控制平台、熔接操作平台、工具放置架。焊接准备，匹配管型号的管切断器（管割刀）、丙酮、洁净布，周围环境保持清洁、不起尘，保持环境温度，不得低于0℃。 热熔焊接：焊接主要分下料、预热、对口、加热、熔接、冷却和检查共计7个步骤。 　

①耐化学性：在所有聚丙烯管材中，实验证明(β)-PPH管具有强的耐化学性能。

②寿命长：Beta-（β）-PPH管具有更长的使用寿命和更高的系统安全性。 　

③冲击强度：与传统的（α）-PPH管相比较，(β)-PPH管具有显著的低温抗冲击强度。 　　

④耐温：根据实际应用情况，(β)-PP-H管适用的温度范围从-200C至+1100C。

⑤耐压：在所有应用于管路系统的聚丙烯材料中，(β)-PPH管具有高的耐压性（MRS10）。 　　

⑥高性能：(β)-PP-H管性能优异、使用灵活的焊接设备以及专业的技术支持队伍不仅可以保证(β)-PP-H管系统的焊接安装质量，还可以根据需要为客户提供非标产品的定制加工。

⑦水流阻力：具有光滑的内表面，水流阻力小，比相同口径的其他管材可通过更大流量

PPH管性能参数

三种PP基材质（PP、PPR、PPH）的冷脆性：

聚丙烯作为一种高聚物，其韧性受温度和加载速度影响很大，当温度高于玻璃化转变温度时，冲击破坏呈韧性断裂，低于玻璃化转变温度呈脆性断裂。温度低于玻璃化转变温度时，使高聚物材料发生脆性断裂所需要的冲击力会大幅降低。

非晶态高聚物的温度-形变曲线

4.FRPP（Fiber reinforced polypropylene）玻璃纤维增强聚丙烯管道；

FRPP管（玻纤增强聚丙烯管）用经偶联剂处理的玻璃纤维改性聚丙烯材料生产，依据HG20539-92标准，规格De15-De1500mm，公称压力0.4-1.0MPa，耐腐蚀、耐高温、耐高压、卫生，可回收利用，适用于腐蚀性液体输送（如酸碱液）及市政给排水系统。具有较优良的抗冲击性和拉伸强度，重量轻，安装维修方便，天地人采用经过改进的FRP添加到优质PP树脂中，使FRP与PP物理连接融合更加稳定，经过多年试验研发出改进型FRPPH管。FRPP管因其特有的性能被广泛应用于化工、化纤、氯碱、染料、给排水、食品、医药、污水处理、电解等行业。

①、长久的使用寿命：在额定温度、压力状况下，FRPP管可安全使用50年以上。    

②、耐腐蚀性能：FRPP管能耐大多数化学物品的腐蚀，可在很大的范围内承受PH值范围在1-14的高浓度酸和碱的腐蚀。 　

③、较高的刚度：由于加入了玻纤增强材料使FRPP管不易变形。 

④、耐热保温节能：FRPP管使用温度95度，该产品的导热系数仅为钢管的1/200，故有较好的保温性能。 

⑤、可靠的连接性能：FRPP管热熔接口的强度高于管材本体，接缝不会由于土壤移动或载荷的作用而断开。

⑥、良好的施工性能：FRPP管质轻，焊接工艺简单，施工方便，工程综合造价低。

FRPP管性能:

FRPP管规格：

以上四种PP基只能做到抗静电处理，不能导静电。抗静电做法是通过在管道内部增加抗静电抹面。

FRP材料从远洋深海走到废气治理行业足以证明它的耐腐蚀性能足以应对各种复杂工况以及恶劣环境。

材料构成：FRP复合材料是由纤维材料与基体材料（树脂）按一定的比例混合后形成的高性能型材料。

特性：质轻而硬，不导电，机械强度高，回收利用少，耐腐蚀。一般用玻璃纤维增强不饱和聚脂、环氧树脂与酚醛树脂做基体，以玻璃纤维或其制品作增强材料的增强塑料。纤维（或晶须）的直径很小，一般在10μm以下，缺陷较少又较小，断裂应变约为千分之三十以内，是脆性材料，易损伤、断裂和受到腐蚀。基体相对于纤维来说，强度、模量都要低很多，但可以经受住大的应变，往往具有粘弹性和弹塑性，是韧性材料

1、FRP管道能够抵抗酸、碱、盐、海水、未经处理的污水、腐蚀性土壤或地下水及众多化学流体的腐蚀。
2、耐热抗冻性好　FRP管的温度使用范围一般在－40℃～80℃之间，若先用特殊树脂其使用温度可达到更高。
3、轻质高强，运输安装方便　FRP管道的比重为1.7－1.9，与同压力、同管径的其他材质管道比较，FRP管道单位长度、重量约等于钢管的30%，因此运输安装十分方便，FRP管道每根长度可达12m，安装快速简便。另外可免除安装钢管所需的焊接和防锈、防腐处理等工序。
4、玻璃钢风管摩擦阻力小，输送能力高　玻璃钢风管内表面非常光滑，糙率系数小，水利系数C可长期保持在145-150范围内，经测试得到其水流摩阻损失系数f为0.000915，能显著减少沿程的流体压力损失，提高输送能力20%以上。
5、电、热绝缘性好　FRP是非导体，管道的绝缘性好，最适应使用于输电、电信线路密集区和多雷区，FRP管的传热系数很小（0.25kcal/m·h·℃），因此管道的保温性好，热损失少。
6、不生锈由于玻璃钢风管是由非金属材料树脂及玻璃纤维复合而成，所以，它们不论在使用过程还是在闲置过程中，均不会生锈，因而也就无需进行防锈、除锈处理。
7、可设计性强　根据具体使用情况，可对缠绕玻璃钢管的具体性能及形状进行设计

8、维护成本低。玻璃钢管由于上述的耐腐、耐磨和抗冻和抗污等性能，因此工程不需要进行防锈、防污、绝缘、保温等措施和检修。对地埋管无需作阴极保护，可节约工程维护费用达70%以上。

9、耐磨性好。把含有大量泥浆，沙石的水，装入管子中进行旋转磨损影响对比试验。经300万次旋转后，检测管内壁的磨损深度如下:用焦油和瓷釉涂层的钢管为0.53毫米，用环氧树脂和焦油涂层的钢管为0.52毫米，经表面硬化处理的钢管为玻璃钢管为0.21毫米。由此玻璃钢耐磨性能好。

10、电热绝缘性好。玻璃钢是非导体，管道的电绝缘性特优，绝缘电阻在1012～1015Ω.cm，较适应使用于输电，电信线路密集区和多雷区玻璃钢的传热系数很小，只有0.23，是钢的千分之五，管道的保温性能优异。

11、摩擦阻力小输送能力高。玻璃钢管内壁非常光滑，糙率和摩阻力很小。糙率系数为0.0084，而混凝土管的n值为0.014，铸铁管为0.013，因此，玻璃钢管能显著减少沿程的流体压力损失，提高输送能力。因此，可带来显著的经济效益:在输送能力相同时，工程可选用内径较小的玻璃钢管道，从而降低一次性的工程投入；采用同等内径的管道，玻璃钢管道可比其他材质管道减少压头损失，节省泵送费用。此外，玻璃钢管道可缩短泵送时间，减少长期运行费用。

导电FRP管道：

复合材料（FRP或俗称玻璃钢）具有良好的比强度高的，具有可设计性的特点，是一种新高性轻质材料，但正常情况下，复合材料（玻璃钢）在制作完成后是防是绝缘的，而在应用过程中，某些场合还需要玻璃钢具有防静电或导静电要求。

而为了解决这个技术问题，我们可以从复合材料的相关材料或性能上着手，一是材料的本身，二是或通过外添加导电材料以增加FRP的导电性。

从材料的本身上，FRP的主要材料是由基材树脂和纤维增强材料上可以改善或达到这种要求，或可以采用导电树脂，或可以采用导电性的纤维材料。而目前由于工业应用性能与经济性的综合要求，很难做到树脂上的具有导电性与工业性的完美结合，尤其是作为工业防腐蚀上的应用最多的玻璃钢部件而言，成本是一个不可能逾越的坎；另外采用具有导电性的纤维，如碳纤维作为增强材料作为防静电的解决方案，但是由于碳纤维的高成本性，成本上相对较高。

另外一种思路是在成型工艺中加入一定量的具有导电性的添加剂，如石墨粉或碳粉等，但是要加入一定量才能起到效果，并且工艺性和对材料的力学性能、防腐蚀腐蚀性能影响较大，尤其是在长时间接触液体介质的过程中，防静电性能会下降，并会逐渐析出，从而影响防腐蚀性能或对化学介质有影响。

增加石墨导电剂以后管道的强度也会变低，管道呈黑色。这就是我们又是在现场看到的部分玻璃钢管道为什么是黑色的，黑色风机也是这个道理。