Руководство по химической совместимости углеродного графита: от сильных кислот до сильных щелочей

Сам матрикс из углеродного графита практически не реагирует с большинством кислот и щелочей — настоящим слабым звеном почти всегда является пропитка. Фенольно-пропитанный графит выдерживает соляную и разбавленную серную кислоту, но не подходит для щелочей; фурановый — работает в чередующемся кислотно-щелочном режиме; сурьма устойчива к горячим щелочам, но разрушается в хлорсодержащих средах. Перед выбором необходимо точно определить концентрацию, температуру, скорость потока и материал сопряженной детали. В статье собрана таблица быстрого определения совместимости и описаны случаи отказов из эксплуатации химических насосов и реакторов.

1. Врожденная коррозионная стойкость непроницаемого графита

Химическая природа обожженного углеродного графита определяется самим углеродом. При комнатной температуре углерод не реагирует с большинством кислот, щелочей и солей; он лишь медленно окисляется в сильноокисляющих условиях. При температуре ниже 100°C непроницаемый графит выдерживает 98% серную кислоту, 37% соляную кислоту, 65% азотную кислоту (кратковременно), фосфорную кислоту, плавиковую кислоту (неокисляющую) и гидроксид натрия и карбонат натрия любой концентрации. Однако его высокая пористость (10%~15%) означает, что непроницаемый графит в основном используется для статических компонентов, таких как футеровки и теплообменники, а не в качестве трущейся пары уплотнений.

2. Коррозионная стойкость графита с пропиткой смолой

2.1 Фенольно-пропитанный графит (M106H)

Отвержденная фенольная смола образует высокосшитую сеть с хорошей стойкостью к неокисляющим кислотам, солевым растворам и разбавленным щелочам. Он может работать длительно в следующих средах:

• Соляная кислота: любой концентрации, до 100°C
• Серная кислота: до 70%, до 90°C
• Фосфорная кислота: любой концентрации, до 120°C
• Плавиковая кислота: до 40%, до 60°C
• Гидроксид натрия: до 30%, до 80°C

Фенольно-пропитанный графит плохо себя ведет в сильноокисляющих средах. Азотная кислота выше 50%, серная кислота выше 70%, хромовая кислота и гипохлорит вызывают окислительное разрушение смолы, что приводит к повторному открытию пор.

2.2 Фуран-пропитанный графит (M106K)

Фурановая смола превосходит фенольную по стойкости как к кислотам, так и к щелочам и идеально подходит для чередующегося кислотно-щелочного режима. При 50% гидроксиде натрия и 100°C фуран-пропитанный графит работает стабильно длительное время. Наши втулки IJ центробежных насосов, поставленные на хлорщелочной завод и изготовленные из фуран-пропитанного графита, эксплуатируются уже 18 месяцев без отказов.

2.3 Эпоксидно-пропитанный графит

Эпоксидная смола обеспечивает хорошую стойкость к щелочам и многим органическим растворителям, но температурный предел ниже (≤ 150°C), подходит для сред комнатной температуры с органическими растворителями.

3. Коррозионная стойкость графита с металлической пропиткой

3.1 Графит с сурьмяной пропиткой (M106D)

Сурьма относительно устойчива в щелочах и выдерживает серную кислоту средней и низкой концентрации. Она особенно эффективна в следующих средах:

• Гидроксид натрия: до 50%, до 200°C
• Серная кислота: до 60%, до 120°C
• Пар: до 450°C
• Тепловое масло: до 400°C

Графит с сурьмяной пропиткой следует использовать с осторожностью в средах, содержащих хлориды. Ионы хлора разрушают пассивную пленку на сурьме, вызывая точечную коррозию. Для насосов морской воды и сточных вод с рассолом рекомендуется использовать сорта с пропиткой смолой или сопрягаемые детали из карбида кремния.

3.2 Графит с медной пропиткой

Графит с медной пропиткой обладает отличной теплопроводностью, но не устойчив к аммиаку, солям аммония и сильным кислотам. В основном применяется для уплотнений с отводом тепла в условиях высоких температур и низкой коррозионной нагрузки.

4. Работа с органическими растворителями

Углеродный графит сам по себе стабилен к большинству органических растворителей, включая бензол, толуол, ксилол, этанол, ацетон, хлороформ и дихлорметан. Однако стойкость пропитки необходимо тщательно проверять: фенольные и фурановые смолы могут разбухать в полярных растворителях; эпоксидные смолы разрушаются в кетонах. Для насосов, работающих с органическими растворителями, мы рекомендуем использовать неграфитированный высокочистый графит или графит с пропиткой PTFE.

5. Быстрая таблица совместимости

| Среда | Конц. | Темп. | Фенольная | Фурановая | Сурьма |

|--------|-------|-------|----------|-------|----------|

| HCl | любая | кипение | Да | Да | Нет |

| H2SO4 | 70% | 90°C | Да | Да | С осторожностью |

| HNO3 | 30% | комнатная | Нет | Нет | Нет |

| NaOH | 50% | 100°C | С осторожностью | Да | Да |

| Морская вода | — | комнатная | Да | Да | С осторожностью |

| Бензол | 100% | комнатная | С осторожностью | Да | Да |

| Пар | — | 400°C | Нет | Нет | Да |

6. Распространённые ошибки при выборе

1.Рассматривать углеродный графит как универсально коррозионно-стойкий материал, игнорируя влияние пропитки, что приводит к преждевременному выходу из строя в окислительных средах.

2.Игнорировать влияние температуры: среда, приемлемая при комнатной температуре, может ускорять коррозию при высоких температурах.

3.Не учитывать гальваническую коррозию сопрягаемых деталей: углеродный графит выступает в роли катода и может ускорять коррозию металлических компонентов.

Заключение

Химическая совместимость углеродного графита определяется совместным действием пропитки и углеродного тела. Мы рекомендуем инженерам определить концентрацию среды, температуру, скорость потока и материал сопрягаемых деталей, а затем использовать данную таблицу для первичного отбора. Для сложных условий эксплуатации или новых сред просим предоставить параметры работы нашей инженерной команде для совместной оценки с целью обеспечения надежного и экономически эффективного решения уплотнения.