王冲 韩伟

摘 要：本文简单介绍钽材设备在硫酸工业中的应用。介绍了利用钽材优异的耐腐蚀性能，工程中常见的由此制成的钽衬压力容器。并指出了设计中须考虑钽换热管与钢管板的胀接应考虑温度升高后因热膨胀系数的差别而引起的胀接拉脱力的降低因素、以及衬里的设计应考虑检漏系统，并应设计焊接时保护焊接接头背面的惰性气体通道，并介绍了材料、制造、检验和试验等方面的其它要求。

关键词：钽；衬里；硫酸工业

在硫酸工业中，钽材设备有广泛的用途。废硫酸浓缩装置中，钽被用作各种部件，常见的钽材设备有蒸酸器、钽管换热器、管状加热器、卡扣加热器、冷凝器、热偶套管、衬里及玻璃容器的修复件等，其使用寿命比不锈钢长几十倍。

玻璃设备的防腐性能同样优异，但机械碰撞容易破碎，温度骤冷骤热会爆瓷炸裂。钽材压力容器没有以上缺点，但价格十分昂贵，只有在重要的设备中才会采用此类金属材料。

1 性能

钽材在大多数无机酸中耐蚀性能非常优良，和玻璃非常相似，在硫酸工业中具有重要用途，除了氢氟酸、氟、发烟硫酸和碱外，几乎能耐一切化学介质的腐蚀。钽对75%以下稀硫酸耐蚀性能优良，可使用于任何温度；对不充气的浓硫酸可用于160～170℃；对充气的浓硫酸可用于250～260℃，超过此温度腐蚀就增大。一般在170℃以上高温使用前要先进行试验研究。

钽材价格昂贵，其应用形式主要是复合板和衬里，并且为了降低成本，钽层的厚度希望尽可能的薄。然而复合板或衬里焊接非常困难，因为钽材和钢材的熔点相差悬殊，钽材的熔点为2996℃，钢材的熔点为1400℃，在焊接时常常会发生钽材还未熔化，其下面的钢材早已变成铁水的现象，在实际生产过程中钽衬压力容器更为常见。

2 设计

由于钽衬压力容器并未有国家标准或行业标准，TSG R21-2016固定式压力容器安全技术监察规程中，仅2.2.5.6中提及钽及其合金用于压力容器受压元件时，应当在退货状态下使用，钽和钽合金设计温度不高于250℃。除此之外，再无规范及标准对钽衬压力容器有规定。鉴于此种情况，建议压力容器制造单位采用企业标准来指导生产。

在换热器设计中，可参照ASME规范要求，将钽管定义为仅起耐腐蚀功能的非承压件，钽管具有耐腐蚀、隔离介质两个主要功能，其中为实现隔离介质功能，需要钽管具有一定的强度、刚度，钽管强度、刚度的设计参照GB/T150、GB/T151中有关要求执行，在设计时应考虑各腔体之间最苛刻的组合工况。

钽换热管与钢管板的胀接应考虑温度升高后因热膨胀系数的差别而引起的胀接拉脱力的降低。在衬钽壳体中，亦应考虑由于基体和衬里线膨胀系数不同而造成的贴合紧密型降低，必要时可设置波形结构以吸收膨胀量。

衬里的设计应考虑检漏系统，并应设计焊接时保护焊接接头背面的惰性气体通道，供检验衬里焊接接头的焊接质量、以及在使用过程中排出衬里层下的空气或气体和泄漏的介质，防止衬里鼓包和碳钢外壳腐蚀。因此，在设计衬里设备时，其检漏系统设计十分重要，衬里设备必须有灵敏的检漏系统。

3 材料

薄钽板及钽换热管均为高度国际化的商品， ASTM作为国际通用材料规范ASTM B-708、ASTM B-521中所列的材料已可满足生产需要，只需按照TSG R21要求进行复验即可。

制造、检验和试验：被衬工件表面（包括焊缝）应打磨平滑，不应有凸台、棱角和其他影响衬里质量的缺陷。衬里前对被衬工件表面、衬里件表面应进行喷砂或清洗，去除表面的氧化皮、油垢和其他附着物，使其表面保持光洁、干净。衬里件应尽量与被衬工件表面贴紧。衬里件可采用套合法和机械撑紧法，不应进行使衬里产生过大拉应力的强力组装。

在施焊前，钽的焊接均应通过焊接工艺评定和焊工考试。钽的导热率较碳钢要小得多，因而在焊接过程中焊缝及热影响区冷却速度慢，为达到保护目的，钽的焊接应有保护拖罩，拖罩中通入氩气保护冷却中的焊缝和热影响区。钽的焊接多采用GTAW，其次为GMAW，可采用自熔或母材剪切丝料为填充材料。钽与钢不能熔焊，衬里件与被衬工件表面也可采用钽螺钉、钎焊等方法连接。

钽焊缝及其热影响区的焊后原始状态颜色应为银白色或金黄色（致密）。

钽衬里压力容器中所有钽与钽之间的焊接接头，包括对接接头和角接头表面都应进行渗透检测。

钽襯里须进行检漏试验。

4 结语

钽衬压力容器在实际生产过程中仍会遇到许多问题，本文仅起抛砖引玉作用，以供同行参考。

参考文献：

[1]TSG 21-2016，固定式压力容器安全技术监察规程[S].

[2]GB/T150.1～4-2011.压力容器[S].

[3]JB/T4745-2002.《钛制焊接容器》标准释义[S].

[4]NB/T47010-2011.《锆制压力容器》标准释义[S].

作者简介：王冲（1983-），男，汉族，河北邯郸人，工学学士，工程师，长期从事锅炉压力容器监督检验工作。