試論高壓反應(yīng)釜設(shè)計(jì)及制造要點(diǎn)

隋博遠(yuǎn)

摘要：本文以高壓反應(yīng)釜作為此次探討的對(duì)象，重點(diǎn)對(duì)灌鉛式內(nèi)襯不銹鋼結(jié)構(gòu)和脹貼式內(nèi)襯不銹鋼結(jié)構(gòu)高壓反應(yīng)釜的設(shè)計(jì)以及制造的要點(diǎn)進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：高壓反應(yīng)釜；灌鉛式；脹貼式；設(shè)計(jì)分析；注意事項(xiàng)；制造要點(diǎn)

0引言

高壓反應(yīng)釜是我國(guó)目前高溫化學(xué)反應(yīng)最理想的裝置，同時(shí)也是最容易發(fā)生泄漏的設(shè)備。因此相關(guān)操作人員要對(duì)高壓反應(yīng)釜的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)與制造環(huán)節(jié)加強(qiáng)重視，并嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)程序進(jìn)行，有效避免泄漏現(xiàn)象的發(fā)生，確保高壓反應(yīng)釜的質(zhì)量。

1高壓反應(yīng)釜的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1.1確定參數(shù)

開始高壓反應(yīng)釜設(shè)計(jì)工作前應(yīng)先確定參數(shù)，只有確定了參數(shù)才能開始下一步的操作。參數(shù)確定主要包括兩個(gè)方面，具體如下：

1.1.1壓力設(shè)計(jì)工作、溫度設(shè)計(jì)工作

若用戶提供的都是最高的工作壓力和工作溫度，在這種情況下，相關(guān)設(shè)計(jì)人員一定要根據(jù)物料的性質(zhì)特征來對(duì)排放裝置的種類、形式等進(jìn)行確定，然后再根據(jù)《鋼制壓力容器》附錄中關(guān)于高壓排放裝置的相關(guān)要求來確定反應(yīng)釜的設(shè)計(jì)壓力和設(shè)計(jì)溫度。

1.1.2高壓反應(yīng)釜的容積

高壓反應(yīng)釜的容積分為全容積和有效容積，通常情況下，用戶提供的都是有效容積。在這種情況下，工作人員必須要能夠根據(jù)安全生產(chǎn)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及時(shí)確定物料充裝的系數(shù)，將其系數(shù)控制在0.5-0.95。對(duì)于某些有法蘭結(jié)構(gòu)容器的反應(yīng)釜，物料充裝的高度不能高過法蘭結(jié)構(gòu)容器的密封面。

1.2確定軸封型式

當(dāng)前比較常用的軸封型式主要有機(jī)械密封型式、磁力傳動(dòng)密封型式、填料密封型式三種，接下來一起對(duì)軸封型式進(jìn)行詳細(xì)分析。

1.2.1機(jī)械密封型式

這種型式常被用在高轉(zhuǎn)速、泄漏要求不高的條件下，它的使用壓力也不高，常被用于小于6.2MPa的場(chǎng)合，但是這種型式的造價(jià)高，維護(hù)、使用起來也有諸多不便。

1.2.2磁力傳動(dòng)密封型式

這種型式通常被用于軸封泄漏條件較高的環(huán)境下，其特點(diǎn)是可把動(dòng)密封轉(zhuǎn)變成靜密封，進(jìn)而達(dá)到零軸封泄漏的目的，但其缺點(diǎn)是不適應(yīng)于高溫、高壓的情況，主要是因?yàn)樗脑靸r(jià)較高，而且維護(hù)起來較為困難。

1.2.3填料密封型式

這種型式通常用在轉(zhuǎn)速低、泄漏要求相對(duì)不高的條件下，最大壓力能夠達(dá)到40MPa。優(yōu)點(diǎn)是：維護(hù)、使用起來比較方便：缺點(diǎn)是：其轉(zhuǎn)速容易受到填料種類和填料速度的不利影響。如果是在P≤6.4MPa，而且轉(zhuǎn)速≤100rpm的情況下，就可以采用無油潤(rùn)滑單層填料函的結(jié)構(gòu)；如果是在P>6.4MPa，而且轉(zhuǎn)速>100rpm的情況下，可以通過設(shè)置高壓油泵增加潤(rùn)滑，同時(shí)考慮到軸封處的鍍鉻處理，為了增加攪拌軸的耐磨性，可設(shè)置套管。

1.3確定軸間距和軸徑

1.3.1對(duì)軸徑的確定需要根據(jù)攪拌軸轉(zhuǎn)速、功率等操作條件對(duì)軸徑進(jìn)行估算，然后再按臨界的轉(zhuǎn)速、攪拌的強(qiáng)度對(duì)軸徑進(jìn)行校驗(yàn)。如果相關(guān)人員在此過程中無法對(duì)軸徑做出計(jì)算，可以采用直接用電機(jī)功率減去各個(gè)傳動(dòng)副損耗功率計(jì)算出其功率的方法。

1.3.2計(jì)算出攪拌軸徑在軸端處的擺動(dòng)量。

1.3.3如果發(fā)現(xiàn)攪拌軸的轉(zhuǎn)速以及軸封處的擺動(dòng)量達(dá)不到相關(guān)要求，可以適當(dāng)?shù)恼{(diào)整軸間距，并作重新驗(yàn)證，一般情況下兩軸之間的距離為攪拌軸徑的3倍，如果仍舊達(dá)不到要求，就需要重新考慮加快攪拌軸轉(zhuǎn)速的問題了。

1.3.4確定軸封處攪拌軸的擺動(dòng)量

軸封處攪拌軸擺動(dòng)量的大小對(duì)軸封的密封性能造成直接的影響。因此要加強(qiáng)對(duì)軸封處攪拌軸擺動(dòng)量大小確定工作的高度重視，如果在不能加大軸徑、通過設(shè)置底部軸徑仍然達(dá)不到相關(guān)要求的情況下，可以采用在反應(yīng)釜底軸封處的旁邊設(shè)置中間軸承的方式，加強(qiáng)對(duì)軸封處擺動(dòng)量的控制。機(jī)械密封的擺動(dòng)量要控制在0.05-0.09mm；填料密封的攪拌量控制在0.09-0.15mm。

1.4連接傳動(dòng)軸和輸出軸

如果減速機(jī)采用了單支點(diǎn)，那就需要使用剛性連軸進(jìn)行連接，如果采用了雙支點(diǎn)，剛性聯(lián)軸器和柔性聯(lián)軸器都可以使用。

1.5選材和結(jié)構(gòu)

1.5.1選擇材料

材料特征主要包括化學(xué)腐蝕、應(yīng)力腐蝕、晶間腐蝕等。在材料選擇的環(huán)節(jié)，相關(guān)人員應(yīng)當(dāng)充分考慮材料的特征，合理選擇材料，比如面對(duì)晶間腐蝕時(shí)，應(yīng)選用經(jīng)過固溶處理的碳鋼或者不銹鋼，因?yàn)檫@些材料能夠一定程度上應(yīng)對(duì)晶間腐蝕，最大限度地避免泄漏現(xiàn)象的發(fā)生。

1.5.2選擇物料

如果發(fā)現(xiàn)物料有腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生，應(yīng)選用不銹鋼，比如全不銹鋼結(jié)構(gòu)、不銹鋼結(jié)構(gòu)、復(fù)合板結(jié)構(gòu)等，具體選擇哪種結(jié)構(gòu)還需要充分考慮各種不銹鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣勢(shì)，對(duì)比分析各類不銹鋼結(jié)構(gòu)的制造工藝、經(jīng)濟(jì)性能等，結(jié)合實(shí)際使用需求合理選擇不銹鋼結(jié)構(gòu)。例如，若同時(shí)存在應(yīng)力腐蝕與晶間腐蝕，為了最大限度地避免異常情況的出現(xiàn)，最好選擇全不銹鋼結(jié)構(gòu)。

1.5.3內(nèi)襯不銹鋼結(jié)構(gòu)的選擇

內(nèi)襯不銹鋼結(jié)構(gòu)主要包括兩類，分別是傳統(tǒng)型的灌鉛式內(nèi)襯不銹鋼結(jié)構(gòu)和脹貼式的內(nèi)襯不銹鋼結(jié)構(gòu)，這兩種結(jié)構(gòu)適用范圍不同，其優(yōu)劣勢(shì)也存在較大差別。其中，灌鉛式內(nèi)襯不銹鋼結(jié)構(gòu)由于釜體間與內(nèi)襯之間填充有鉛，具有較好的傳熱能力，較強(qiáng)的剛度，所以它不會(huì)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)突變的情況，目前這種結(jié)構(gòu)主要被用在應(yīng)力腐蝕環(huán)境中。然而，需要注意的是，在灌鉛的環(huán)節(jié)，一定要對(duì)溫度做出嚴(yán)格的管控，有效避免因?yàn)闇囟冗^高而對(duì)釜體造成損壞，再加上鉛的熔點(diǎn)比較低，因此要將其溫度控制在260℃內(nèi)。

1.5.4選擇合適的封頭型式

反應(yīng)釜封頭的主要型式有半球型封頭、平蓋封頭這兩種，對(duì)于某些容積小的反應(yīng)釜，需要選擇平蓋封頭，從而實(shí)現(xiàn)與法蘭容器結(jié)構(gòu)的有效連接，而一些容積較大的反應(yīng)釜，要根據(jù)其釜體受力、布置等特點(diǎn)選擇半球型封頭。

1.5.5將內(nèi)筒與夾套組裝起來endprint

對(duì)于長(zhǎng)度為15m的內(nèi)簡(jiǎn)部分需要采用立式組裝的方式，在組裝之前，要在夾套內(nèi)增設(shè)兩個(gè)導(dǎo)軌，導(dǎo)軌的長(zhǎng)度最少為內(nèi)筒長(zhǎng)度的三分之一，并在套入三分之一后，使用導(dǎo)軌將內(nèi)簡(jiǎn)滑入夾套中。

1.5.6關(guān)于選材和結(jié)構(gòu)注意事項(xiàng)的研究

在選材和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)需要注意這兩點(diǎn)：①盡量體現(xiàn)結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單化：反應(yīng)釜內(nèi)各個(gè)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)盡量體現(xiàn)簡(jiǎn)單化，始終遵循簡(jiǎn)潔、流暢的原則，盡量避免在反應(yīng)釜的底部設(shè)置排污口，從而有效防止因物料聚積導(dǎo)致反應(yīng)釜腐蝕性破壞現(xiàn)象的發(fā)生。②確保夾套錐部的強(qiáng)度：在進(jìn)行套錐與反應(yīng)釜連接處相關(guān)設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要對(duì)套椎部的厚度進(jìn)行校驗(yàn)，從而確保套錐部的強(qiáng)度。

2高壓反應(yīng)釜的制造要點(diǎn)

2.1釜體內(nèi)外封頭表面形狀

無論使用的是灌鉛式的結(jié)構(gòu)還是脹貼式的結(jié)構(gòu)，為了確保釜體內(nèi)外封頭表面的形狀與另外一個(gè)封頭表面的形狀能夠吻合，需要將已經(jīng)成形的兩個(gè)封頭重新重疊并進(jìn)行沖，用外封頭作為模具，并組對(duì)內(nèi)封頭，從而有效避免兩者組對(duì)后產(chǎn)生較大的間隙，降低組焊后焊接殘余應(yīng)力的缺陷。

2.2保證間隙均勻

相關(guān)人員要嚴(yán)格按照?qǐng)D樣要求對(duì)襯層與基層之間的間隙做出控制，脹貼的間隙為8mm，灌鉛的間隙為7mm，通過加強(qiáng)對(duì)組裝時(shí)襯層與基層之間的間隙的合理控制，從而確保間隙的均勻性，有效提高反應(yīng)釜成形的質(zhì)量。

2.3預(yù)裝內(nèi)外釜體

在內(nèi)外釜體預(yù)裝的過程中，為了確保上封頭精加工端面的尺寸，需要注意：上下封頭必須要設(shè)置在特定位置，以便于對(duì)各處的間隙做出控制；同時(shí)還要做好標(biāo)記，保證正式組裝位置與預(yù)裝位置的一致性。

2.4設(shè)置停點(diǎn)

對(duì)組裝后各處的間隙進(jìn)行嚴(yán)格管控，確保上、下封頭之間的間隙為5-8mm，堅(jiān)決不要強(qiáng)行組裝。

2.5脹貼成形處理

在脹貼成形結(jié)構(gòu)的處理環(huán)節(jié)，也要嚴(yán)格按照?qǐng)D樣的要求進(jìn)行相關(guān)操作，加強(qiáng)對(duì)組裝過程中脹貼間隙預(yù)留環(huán)節(jié)的高度重視，與此同時(shí)還應(yīng)當(dāng)確保內(nèi)襯頂部與反應(yīng)釜基體緊貼平順過渡，有效避免在脹貼成形后發(fā)生內(nèi)襯與法蘭襯環(huán)處焊接點(diǎn)斷裂的現(xiàn)象。

3結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，設(shè)計(jì)過程與制造要點(diǎn)是確保高壓反應(yīng)釜質(zhì)量的前提條件，因此相關(guān)的設(shè)計(jì)人員要根據(jù)實(shí)際情況對(duì)反應(yīng)釜進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)，尤其是要加強(qiáng)對(duì)參數(shù)確定工作的高度重視：同時(shí)制造人員也要嚴(yán)格按照?qǐng)D樣進(jìn)行操作，并加強(qiáng)對(duì)制造過程的控制，從而有效提升高壓反應(yīng)釜的質(zhì)量。endprint