人造石英晶體超高壓釜爆炸原因分析及其預(yù)防措施

彭志國(guó)　張洋洋　唐起生　濮克淼

摘 要 現(xiàn)如今，國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，工業(yè)生產(chǎn)逐漸朝著智能化和自動(dòng)化的方向發(fā)展。超高壓反應(yīng)釜在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，能夠滿足現(xiàn)代的工藝要求，保證工業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量。但是，超高壓釜在運(yùn)行過程中，常常發(fā)生爆炸事故?；诖耍恼轮饕獙?duì)人造石英晶體超高壓反應(yīng)釜的爆炸原因進(jìn)行了分析，并提出了相應(yīng)的預(yù)防措施。

關(guān)鍵詞 超高壓釜 人造石英晶體 爆炸原因 預(yù)防措施

中圖分類號(hào)：TQ052.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1超高壓釜概況

在工業(yè)生產(chǎn)過程中，不同的生產(chǎn)工藝其對(duì)超高壓釜的參數(shù)設(shè)計(jì)也存在著很大的不同。為了充分了解超高壓釜爆炸原因，文章對(duì)超高壓釜的規(guī)格進(jìn)行了設(shè)定：人造石英晶體超高壓釜的內(nèi)徑為270mm，最小壁厚為77.5mm，材料為PCrNi3MoVA，并經(jīng)整體鍛造、消除內(nèi)應(yīng)力熱處理、最后鏜孔而成，見圖1：

超高壓反應(yīng)釜外壁采用的是電阻絲加熱方式，然后利用保溫桶進(jìn)行保溫，釜內(nèi)裝有碎水晶及當(dāng)量濃度為1.0-1.25N的氫氧化鈉溶液，（1.2N的氫氧化鈉溶液對(duì)應(yīng)的百分比濃度為5%）。加熱溫度在升高的過程中，超高壓反應(yīng)釜內(nèi)的溶液會(huì)汽化，反應(yīng)釜內(nèi)部的壓力也會(huì)隨之升高，導(dǎo)致碎水晶在高壓的條件下溶于堿溶液中。此外，超高壓反應(yīng)釜的設(shè)計(jì)壓力為151MPa，其上部溫度控制在335℃左右，下部的溫度大致控制在370℃左右。這樣的溫度控制模式，能夠使反應(yīng)釜的下部飽和水晶堿溶液達(dá)到釜上部，從而使得上部釜溫度降低，其溶液呈過渡飽和狀態(tài)，有利于水晶的析出。而在超高壓反應(yīng)釜內(nèi)上部掛著的晶種上再結(jié)晶，于是便制得人造水晶，其生長(zhǎng)周期約50天，這種方法稱為水熱溫差制造法。

2爆炸事故發(fā)生原因分析

據(jù)報(bào)告顯示，超高壓反應(yīng)釜的爆破片未爆炸，其在爆炸前30分鐘內(nèi)的操作記錄顯示：超高壓反應(yīng)釜的壓力為138MPa，該壓力小于超高壓的反應(yīng)釜設(shè)計(jì)壓力，因此，不存在超壓爆炸的可能。對(duì)此，可以猜測(cè)，超高壓反應(yīng)釜爆炸事故的發(fā)生主要是由于堿液導(dǎo)致反應(yīng)釜發(fā)生應(yīng)力腐蝕，進(jìn)而引發(fā)爆炸。超高壓反應(yīng)釜應(yīng)力腐蝕的發(fā)生需要滿足三個(gè)條件，才會(huì)引發(fā)爆炸事故：一是高溫度；二是高濃度；三是不均勻的拉伸應(yīng)力。超高壓反應(yīng)釜的最敏感區(qū)域是堿液濃度在30%左右和溶液沸點(diǎn)附近。而超高壓反應(yīng)釜應(yīng)力腐蝕引發(fā)的爆炸事故剛好滿足以上三個(gè)條件，理由如下：

（1）在反應(yīng)過程中，超高壓反應(yīng)釜的上部穩(wěn)定與下部穩(wěn)定都大于300度，滿足高溫的要求；

（2）反應(yīng)釜內(nèi)的氫氧化鈉溶液經(jīng)常在局部地區(qū)富集，例如，溶液蒸發(fā)率高的地方、含堿的水加熱器中等等，這些都是氫氧化鈉溶液富集的地方。而氫氧化鈉溶液富集，其濃縮達(dá)到10%的是完全有可能的。

（3）在超高壓反應(yīng)釜中，其斷面附近受周向和軸向拉伸應(yīng)力不均勻，如，有臺(tái)階的筒體，其上、下壁的厚度不同，運(yùn)行過程中產(chǎn)生的拉伸應(yīng)力也不均勻。斷裂發(fā)生的主要因素是由于堿和鐵了化學(xué)反應(yīng)：Fe+3OH-HFeO2-+H2O+2e-，于是在存有較濃堿溶液的縫隙等處的鋼件強(qiáng)度降低，因而發(fā)生脆性斷裂。

3人造石英晶體超高壓反應(yīng)釜爆炸的預(yù)防措施

3.1釜的設(shè)計(jì)、制造方面

（1）在對(duì)堿液儲(chǔ)存設(shè)備設(shè)計(jì)及制造過程中，需要采用焊接工藝進(jìn)行處理，其焊接工藝水平直接影響者堿液儲(chǔ)存設(shè)備的抗腐蝕性。對(duì)此，在焊接過程中，尤其是對(duì)焊縫的處理，應(yīng)進(jìn)行退火處理，消除其內(nèi)應(yīng)力，降低應(yīng)力拉伸。此外，在超高壓反應(yīng)釜運(yùn)行過程中，引發(fā)其應(yīng)力腐蝕的介質(zhì)還有很多，除卻氫氧化鈉溶液后，其氫氧化鉀、碳酸鉀、氧化鈉鋁等等，都會(huì)導(dǎo)致設(shè)備腐蝕。因此，在設(shè)計(jì)及制造過程中，要充分考慮反應(yīng)釜的應(yīng)力腐蝕斷裂問題，以防止其在使用中產(chǎn)生不均勻拉伸應(yīng)力，從而防止堿脆破裂的發(fā)生。

（2）盡量降低釜內(nèi)表面的粗糙度。實(shí)踐證明：如果容器內(nèi)表面的粗糙度低，當(dāng)上述蒸汽泡離開時(shí)，此處的堿液濃度會(huì)重新變得均勻（即自趨均勻），而如果內(nèi)表面粗糙度較高，則此處的堿液將慢慢被濃縮而使堿濃度逐漸增大。因此，前者有利于防止堿脆斷裂的產(chǎn)生。

3.2釜的使用管理方面

（1）在超高壓反應(yīng)釜使用過程中，要想降低其應(yīng)力腐蝕的發(fā)生幾率，就需要對(duì)堿液進(jìn)行除氧處理工作。避免堿液中的晶粒發(fā)生鈍化反應(yīng)，而出現(xiàn)晶界的活化，導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕斷裂的發(fā)生。

（2）檢測(cè)超高壓反應(yīng)釜內(nèi)的堿液濃度，若其濃度大于1.25N則需加入清水進(jìn)行稀釋，確保其濃度在1.0-1.25N之間。

（3）經(jīng)常清洗釜內(nèi)，防止堿液在局部地方出現(xiàn)濃縮。在鹽（如K2CO3、Na2AlO3）的沉積物和多孔性物質(zhì)（如氧化皮）的下面及蒸發(fā)速率高的地方，其堿的濃度通常較高。在含有堿的水加熱器中，所形成的每一個(gè)蒸汽泡都會(huì)使在其下部的溶液含堿量比其它地方要高些。因此，經(jīng)常對(duì)釜內(nèi)進(jìn)行清洗，就可大大消除堿液被局部濃縮的可能性，防止堿脆斷裂的發(fā)生。

4結(jié)語

綜上所述，人造石英晶體超高壓反應(yīng)釜在運(yùn)行過程中，由于生產(chǎn)工藝比較復(fù)雜，其常常會(huì)發(fā)生堿脆（應(yīng)力腐蝕）現(xiàn)象，若不及時(shí)處理則會(huì)引發(fā)泄露或爆炸事故，給工業(yè)企業(yè)帶來嚴(yán)重的影響。因此，在超高壓反應(yīng)釜運(yùn)行過程中，應(yīng)對(duì)其工藝參數(shù)進(jìn)行合理規(guī)劃，加強(qiáng)設(shè)備檢修力度，做好預(yù)防工作，降低爆炸事故的發(fā)生。

參考文獻(xiàn)

[1] 袁耿民，邵傅.人造石英晶體超高壓釜爆炸原因分析及其預(yù)防措施[J].化工裝備技術(shù)，1994，（06）：24-26.