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化学镀镍工业化实践中的困难与风险
慧聪表面处理网    2009-01-30 02:34:34    总评论数:0    总访问量:3847
一、前言 化学镀镍在国内的大型设备上的应用已有十多年了,主要集中在用次磷酸作还原剂的镀层磷含量为8-13%的工艺,而设备主要针对换热器、反应釜、管件等,这些设备的特点是形状、构造、表面积、重量、材质各异,很难象电子器件、汽车零部件等个小量大的部件那样在同一条生产线上形成一套稳定的技术工艺路线,而是要根据工件的材质、结构、使用要求等制定相应的施工方案,如果对化学镀镍的认识仅停留在实验室或流水线上积累的经验和工艺参数上,将远远不能满足大型设备化学镀镍的要求。只有正确而全面的认识了化学镀镍应用于大型工业设备的困难与问题,并找到妥善的解决方案才能使化学镀镍的供应商和使用者化解和规避风险。 二、由小型实验到工业放大的技术障碍 1、 前处理 钢铁部件的前处理通常是除毛刺、除油、除锈、活化。在工件小、方便移动时,这些工艺过程的执行都不是问题,但当面对反应釜、容器、换热器等这些单个设备时,前处理的每道工序几乎都要重新设计,而且每道工序执行的好坏将直接影响镀层的质量、甚至影响设备使用的成败。 如容器或反应釜的前处理,当这些设备的外型尺寸小于生产线各个槽的内部尺寸时,就采取简单的行车起吊移动,使设备在各个槽内执行正常的水洗、除油、酸洗等工艺,但这些设备的外型尺寸经常大于槽内尺寸,为了投资及生产成本考虑不可能将槽的尺寸做的太大,根据化工设备的一般尺寸,1993年将槽的尺寸设计成长8米、宽1.5米、深1.5米,如果遇到尺寸比镀槽大的工件,就只能根据具体情况来设计前处理方案甚至化学镀镍的工艺工程。如:一台6m3 反应釜的外型尺寸(包括支架等)高4米,直径2.2米,用户要求对反应釜内壁进行化学镀镍,为满足客户要求,只能采用将镀液灌入反应釜内的办法,但将各种溶液泵入反应釜中是需要一段时间的,必然造成反应釜的不同表面接受碱洗、酸洗甚至镀液的时间的不一样,从而可能导致起皮、厚度不均匀等质量问题。因此、必须在施工前就将泵的能力、表面接触酸碱液的时间影响、表面接触镀液前的临时保护措施等考虑仔细。 2、 装载量 通常人们认为化学镀镍合适的装载比为1—2平方分米/升,但实际生产中,工件的表面积与镀液体积的装载比很难在这个范围。如一台规格为BJS1100-1.57-435-6/19-2的换热器管束,单管尺寸外经φ19、管壁厚2mm、管长6000mm,换热器管束的总表面积为870平方米左右,如按1:2配置,则需要43.5 立方米的镀液,而按镀槽尺寸最满只能有18立方米的镀液,如果考虑工件放入时的溢出和后续的补加体积,则最多只能配置15立方米的工作镀液,则装载量达5.8平方分米/升,而每根管的内径为15mm,每米管内的装载量达13.33 平方分米/升。照片一中的换热器比上述情况更加有挑战性。 容器类设备的情况与换热器恰恰相反,一台直径3米的四十立方米的容器,其内表面积68平方米左右,如果按正常配置工作镀液且使镀液覆盖容器的内表面,则装载量为0.17平方分米/升。如此高反差的装载比,将严重考验镀液的稳定性、适应性。 5、环境保护问题 化学镀镍相对电镀镍,工件表面带出液的镍离子浓度低得多(通常为十分之一),工件化学镀镍后的表面清洗造成的镍对环境的污染并不是最主要的问题,但化学镀镍老化镀液的排放是广大化学镀镍从业人员不得不重视的问题。不管镀液的重复使用周期是几次,总有废旧镀液需要处理,而工业规模越大,一次需要处理的废镀液就越多,如果处理不当,对环境会有较大的冲击。 目前、比较简单易行的方法是,在镀液需要排放的最后一次使用应尽可能将溶液中的镍镀出,正常使用的镀液中镍的浓度为0.1M,最后使用镀液可使镍的浓度下降到0.03M以下,在待冷的镀液中加入NaOH溶液和少许絮凝剂,自然沉降溶液中的镍离子下降到1PPM以下,将沉积物回收,废液进行酸碱中和,进行下一步生化处理使COD等指标达到国家排放标准。 环保的另一问题是无铅化问题,欧盟等实行新的环保标准,使用铅、镉等重金属作为稳定剂的化学镀镍工艺获得的镀层难以达到新的标准要求。因此、采用非重金属离子的稳定剂应该成为化学镀镍工作者的共识。 6、 配套设备 化学镀镍的工业化发展,经常面临的一个问题是设备不配套。处理的工件越大越复杂,对过滤机、泵、加热器的要求就越多。 目前市场上的过滤机最大30立方米/小时,只是在常温下过滤清水的参数,当镀液在工作状态下,过滤机的其实际能力只有一半左右。 目前能够较好使用于化学镀镍的泵是钢衬聚四氟乙烯的泵,但其密封问题不令人满意。 当生产规模小,一般采用电加热比较方便合适,但大型设备处理时,一般镀液需要10立方米以上,电加热几乎是不可能的,用锅炉蒸汽加热的问题是加热器材料及换热形式的选择,选用316L作为加热管材相对使用钛材要便宜得多,但加热管表面容易沉积镀层,影响传热且造成浪费;在加热和保温过程中对镀液的循环过滤是必须的,因为这时的局部受热不均极易造成镀液的分解。 三、可靠性问题 石油化工等行业由于连续生产,且许多物料易燃易爆,有许多因为设备腐蚀泄露造成巨额损失的事列,因此对设备的可靠性要求非常高。把化学镀镍作为防腐手段来选择,关键是解决好可靠性问题。而基体材质、基体的表面平整度与缺陷、镀层均匀性与完整性、镀层的耐蚀性、镀层厚度、使用环境等化学镀镍的可靠性都将产生影响。 大部分设备采用化学镀镍的原因是要用低价的材料表面处理后取代高价的材料,所以业主都热心于在普通碳钢设备表面化学镀镍来取代不锈钢、钛等制造的设备,纯从经济的角度考虑是完全正确的。如:一台管束直径1.2米*6米、单管为φ19*2、换热面积434平方米的列管式换热器,主要腐蚀是因为管内循环水腐蚀引起的,如果采用碳钢制造,寿命为3-6个月,造价为18万左右;如果采用304不锈钢制造,造价为64万,但循环水中含有大量的氯离子,存在局部腐蚀的风险;若为了提高抗氯离子腐蚀的能力将材质提高到用316L不锈钢制造,造价在120万以上,如果对循环水中的各项指标控制不力仍然存在局部腐蚀的隐患;如果对碳钢制造的换热器的管内进行化学镀镍,需要15万的处理费用,综合造价为33万,只有304不锈钢造价的51.6%,316L造价的27.5%,而使用寿命通常在两年以上,最长的可达十年。 由于化学镀镍相对于碳钢是阴极性镀层,一旦镀层存在针孔,在电导率高的介质中将发生针孔腐蚀而使设备腐蚀穿孔,给安全生产带来损失,因此、尽管采用化学镀镍有较好的性价比,但客户在选择时仍然会心存疑虑。而要打消客户的疑虑,关键是怎样提高该技术应用的可靠性。 除化学镀镍工艺本身外,影响可靠性的因素如下: 1、 设备制造缺陷或结构问题的影响 由于化学镀镍是在工件表面均匀沉积,材料表面粗糙度对化学镀镍的覆盖完整性有非常重要的影响,在抛光表面只需5μm的镀层就能完全覆盖,用标准的蓝点检验试剂法检验无针孔,在普通热轧钢板表面化学镀镍,10μm仍然有可能存在针孔,而在钢板焊接的焊缝部位,15μm仍然有可能存在针孔。因此、在确定对设备采取化学镀镍时,有必要对设计、制造的环节进行沟通与协调,将表面缺陷及可能产生空腔、尖角的因素尽量消除,使其不影响化学镀镍层的完全均匀覆盖。 2、使用环境的影响 选择合适的使用环境是决定化学镀镍应用成功的关键之一。现在不难收集化学镀镍在各种介质中的腐蚀数据,通常人们都知道化学镀镍不耐氧化性环境,适合于还原性介质,但在实际的工业化应用过程中,确定化学镀镍能否使用不能仅凭是氧化性还是还原性环境,为减少由于使用环境不当引起的损失,即使还原性介质也应通过实验数据或试用结果慎重决定是否能够使用,因此,建立设备使用档案并事实求是的做好施工与应用记录显得非常重要。 如某石化公司的焦化汽油换热器(照片六),其用于冷却气油的循环水由于含有大量的氯离子,且PH经常变到5以下,使用碳钢制造,使用寿命6个月,用304不锈钢制造,11个月腐蚀穿孔,经过现场腐蚀挂片后用碳钢制造表面化学镀镍,使用达两年以上。 四、市场竞争与行业自律问题 如果不仔细考虑质量、风险等方面的问题,从非专业人员的角度来看化学镀镍工艺执行是比较简单的,由于看似简单,技术和投资门槛较低,吸引了许多投资者和从业人员,有许多成功的案列,也有许多失败的教训。 华东某市,2000年左右仓促上马一套大型化学镀镍生产线,为某石化企业在项目基建时一次就加工了二十多台换热器,结果,在设备安装后,还没有等开车投产,就发现化学镀镍处理的设备腐蚀严重,不得不采取别的应急措施,具说估计损失两、三千万,而新上的化学镀镍生产线也被迫关闭,投资者和用户都损失惨重。 市场竞争的理想是为消费者带来价低质优的产品和服务,但在诸如化学镀镍的专业化市场,消费者对专业的理解远没有专门从事本行业的人员那么清楚和全面,在对技术、质量等不能清楚而全面了解的情况下,消费者唯一能进行比较的就是价格,以至一些厂商不择手段的进行低价竞争。 近年来,国际镍价飞涨,硫酸镍的价格也跟着追风,工业一级的硫酸镍在2003年价格为1.5万元/吨,2004年突破2万元/吨,2005年上涨到2.9万元/吨,2006年8月更是疯涨到4.9万元/吨。硫酸镍是化学镀镍的关键性原料,其质量与价格直接影响化学镀镍的质量和成本,按2006年8月目前化工原料的价格计算,每平方米镀10μm厚镀层的直接原料成本在50元以上。处理单台换热器的化学镀镍的成本构成如下: 直接化学镀镍原料消耗 按40μm计算每平方米220元; 前处理与后处理的化学品及水的消耗 每平方米 30元; 供热用锅炉费用,2吨锅炉,24小时,4吨煤,计2200元; 厂房和设备折旧,估计总投资200万,按十年寿命计算,净态估计每天折旧547元,4天共计折旧2188元; 直接人工费,需要8个工人、至少4天的时间完成各道工序,每人每天的成本按75元计算,直接人工费为2400元; 管理费、销售费用另计; 如果需要化学镀镍的设备表面积为S,则处理该设备的直接成本=220*S+30*S+2200+2188+2400,从公式可以看出,当S=100平方米,则该次化学镀镍的直接成本为317.88元/平方米,当S=300平方米时,该次化学镀镍的直接成本为 272.63元/平方米,在厚度、质量一定的情况下,设备表面积是影响成本的关键,一次处理的表面积越大,分摊的固定成本就越多,如果考虑管理费、销售费用、税金等因素,报价应该在330元以上才是正常与合理的,如果定价在300元以内,就得考虑厚度、质量、合理纳税等方面的问题,尤其是镀层厚度的问题。如果处理容器等其它设备,单位成本更是比上述情况高得多。 过低的价格导致许多严重后果:1、偷工减料、以次充好,以至镀层在使用过程出现问题,用户对整个技术进行否定;2、投资者不能赢利而退出,但在退出前为减少损失而恶意竟争;3、造成消费者的价格误区,不利于供应商的资本和技术积累来扩大化学镀镍的加工与市场规模。 综上所述,化学镀镍领域无论是研发、应用还是市场都迫切需要理性的回归,切忌浮躁与急功近利,只有对化学镀镍的工艺研究、加工技术、应用领域、配套设备、市场环境等各个方面有了全面而清醒的认识,才能正确的面对困难与挑战、化解投资与应用等方面的风险,使该领域稳健快速的发展。
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