壓反應(yīng)釜的技術(shù)設(shè)計和制作要點

　　近年來，反應(yīng)釜的泄漏、火災(zāi)、爆炸事故屢屢發(fā)生。由于釜內(nèi)常常裝有有毒有害的危險化學(xué)品，事故后果較之一般爆炸事故更為嚴重。開發(fā)具有發(fā)展方向和水平， 而又安全穩(wěn)定的大型中壓反應(yīng)釜勢在必行。

　　反應(yīng)釜常用于石油化工、橡膠、農(nóng)藥、染料、醫(yī)藥等行業(yè)，用以完成磺化、硝化、氫化、烴化、聚合、縮合等工藝過程，以及有機染料和中間體的許多其它工藝過程的反應(yīng)設(shè)備。壓反應(yīng)釜是國內(nèi)目前進行溫、壓化學(xué)反應(yīng)zui為理想的裝置，特別是進行易燃、易爆、有毒介質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)，更加顯示出它的*性。但壓反應(yīng)釜同時也是危險性較大、容易發(fā)生泄漏和火災(zāi)爆炸事故的設(shè)備。

　　1、技術(shù)參數(shù)的確定

　　技術(shù)參數(shù)的確定是進行反應(yīng)釜設(shè)計的*步，也是關(guān)鍵的一步，它包括：

　　1.1 設(shè)計壓力（或zui工作壓力）、設(shè)計溫度（或zui工作溫度）當用戶提供的只是zui工作壓力和zui工作溫度時，先根據(jù)物料性質(zhì)確定安全排放裝置的形式、種類，再依據(jù)GB150-1998《鋼制壓力容器》附錄B“超壓泄放裝置”的有關(guān)要求確定設(shè)計壓力及設(shè)計溫度。

　　1.2 釜內(nèi)容積釜內(nèi)容積分為有效容積與全容積，用戶一般給出的為有效容積（即操作容積）。此時，必須根據(jù)安全生產(chǎn)的要求確定物料充裝系數(shù)，充裝數(shù)一般為0.6～0.85，對于有容器法蘭結(jié)構(gòu)的釜體，物料充裝度不宜超出容器法蘭密封面。

　　1.3 物料名稱及特性是確定結(jié)構(gòu)及選材的重要因素。

　　1.4 攪拌器型式及攪拌轉(zhuǎn)速這關(guān)系到攪拌功率的大小及攪拌效果的好壞。

　　1.5 電機功率若用戶不能提供時，則必須要知道物料粘度、攪拌器型式、直徑及攪拌轉(zhuǎn)速，按“攪拌設(shè)備的計算”要求確定所需的攪拌功率，再計入軸封、軸承及減速機與傳動副所損耗的功率，向上圓整標準的電機功率。

　　2、軸封型式的確定

　　目前常用的軸封型式有三種，即：填料密封、機械密封和磁力傳動密封。

　　2.1填料密封一般用于轉(zhuǎn)速、軸封泄漏要求不是很的條件下，其zui壓力一般可達到30MPa;且維護和使用方便，但轉(zhuǎn)速受到填料種類及線速度限制。在P≤6.4MPa，且轉(zhuǎn)速≤100rpm時，可采用無油潤滑的單層填料函結(jié)構(gòu);在P>6.4MPa，且轉(zhuǎn)速>100rpm則要考慮設(shè)置壓油泵加強潤滑，并采用多級（二級）填料結(jié)構(gòu)函，確保每級不少于7層填料函。同時還需考慮對攪拌軸封處進行鍍鉻處理，增加軸的耐磨性，或設(shè)置套管以保護攪拌軸不受磨損，屆時更換套管即可。

　　2.2機械密封可用于轉(zhuǎn)速、軸封泄漏要求較底的條件下。其使用壓力不，一般用于6.3 MPa以下場合，其維護使用不便，價格也較。

　　2.3磁力傳動密封一般用于軸封泄漏要求非常的條件下。它將動密封轉(zhuǎn)為靜密封，實現(xiàn)零泄漏。但不適合用于溫條件下，其造價且維護不便。

　　3、攪拌軸徑及傳動側(cè)兩軸承間距離的確定

　　3.1攪拌軸徑一般是根據(jù)攪拌功率、攪拌轉(zhuǎn)速等扭轉(zhuǎn)變形條件進行計算，從而估算攪拌軸徑，再按臨界轉(zhuǎn)速、攪拌軸的強度來校核軸徑。當無法確定攪拌功率時，可直接采用電機功率減去各傳動副損耗的功率作為計算功率。

　　3.2計算攪拌軸在軸封、軸端處的擺動量。

　　3.3當臨界攪拌速以及軸封、軸端處的擺動量不能滿足要求時，可通過調(diào)整傳動側(cè)兩軸承間的距離進行重校核，通常兩軸承間的距離取值為2.5～5倍攪拌軸直徑。當仍無法達到要求時，則應(yīng)考慮加大攪拌軸的軸徑或在釜內(nèi)設(shè)置底軸承。

　　3.4軸封處攪拌軸擺動量的確定。軸封處攪拌軸擺動量的大小，直接影響到軸封的密封性能。允許擺動量的大小由釜內(nèi)壓力、允許泄漏量來確定。當不能加大軸徑，而設(shè)置底部軸承仍無法達到允許擺動量時，可在釜內(nèi)靠近軸封處設(shè)置中間軸承（盡量不在釜內(nèi)設(shè)置軸承）。一般情況下，軸封處擺量應(yīng)控制為：填料密封：0.08mm～0.13mm，機械密封：0.04mm～0.08mm。

　　4、減速機輸出軸與傳動軸的連接

　　當減速機機架采用單支點時，需要用鋼性聯(lián)軸器連接;當減速機機架采用雙支點時，剛性聯(lián)軸器和柔性聯(lián)軸器均可使用，一般情況下優(yōu)先選用剛性聯(lián)軸器。

　　5、傳動軸

　　傳動軸盡可能采用單根軸，需采用多根軸時，則各根軸之間的連接必須采用剛性連接。

　　6、選材及結(jié)構(gòu)考慮

　　6.1材料選擇考慮根據(jù)物料的特性：

　　①無腐蝕，②有晶間腐蝕，③有應(yīng)力腐蝕，④有化學(xué)腐蝕等來確定是選用碳鋼，還是選用不銹鋼及選用何種不銹鋼。在有晶間腐蝕傾向的情況下，應(yīng)選用經(jīng)固溶處理的不銹鋼材料。

　　6.2物料考慮當物料有腐蝕需采用不銹鋼作為防腐蝕材料時，可選用三種結(jié)構(gòu)：

　　①全不銹鋼結(jié)構(gòu)，②內(nèi)襯不銹鋼結(jié)構(gòu)，③復(fù)合板結(jié)構(gòu)。具體采用何種結(jié)構(gòu)，應(yīng)根據(jù)壁厚、制造工藝及經(jīng)濟性能等綜合考慮而定。在會產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕及晶間腐蝕的環(huán)境下，不宜采用全不銹鋼結(jié)構(gòu)，否則會因為材料突然脆裂而發(fā)生嚴重事故。

　　6.3內(nèi)襯不銹鋼結(jié)構(gòu)

　　內(nèi)襯不銹鋼結(jié)構(gòu)有兩種：①傳統(tǒng)灌鉛式內(nèi)襯不銹鋼，②脹貼式內(nèi)衫不銹鋼。此兩種結(jié)構(gòu)對不同的使用場合有不同的優(yōu)缺點。

　　6.3.1灌鉛式內(nèi)襯不銹鋼結(jié)構(gòu)，其內(nèi)襯與釜體間的間隙充滿了鉛，其傳熱與剛度性能*，無結(jié)構(gòu)突變，較適用于應(yīng)力腐蝕環(huán)境。但灌鉛時難以控制灌鉛溫度，容易過熱，使不銹鋼的抗晶間腐蝕性能降，加上鉛、銻合金熔點，不適于溫工況條件，通常zui工作溫度≤250℃。總體上其造價成本，制造工藝較復(fù)雜。

　　6.3.2脹貼式內(nèi)襯不銹鋼結(jié)構(gòu)，其內(nèi)襯與釜體間的間隙充滿導(dǎo)熱油，其傳熱與剛度性能較差。內(nèi)襯與釜體間的貼合是靠壓強行脹貼的，容易造成局部應(yīng)力集中現(xiàn)象，再加上溫度和壓力升降時，內(nèi)襯熱脹冷縮，容易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力及疲勞，因此不適于使用在有應(yīng)力腐蝕的環(huán)境，較適于溫條件下（只要不超過導(dǎo)熱油的沸點或不使導(dǎo)熱油揮發(fā)）及有晶間腐蝕傾向的環(huán)境。注意內(nèi)襯夾層間隙下端必須設(shè)置排油孔，以便檢修。其造價成本，制造工藝簡單。

　　6.4封頭型式釜體可采用半球型封頭，橢圓封頭及平蓋等各類型封頭。對于容積（釜體內(nèi)徑）較大的中壓反應(yīng)釜，常采用半球型封頭，因其受力好，易布置管口。而容積較小的中壓反應(yīng)釜，則常采用平蓋封頭或橢圓封頭和容器法蘭連接的結(jié)構(gòu)。

　　6.5防止因結(jié)構(gòu)突變而產(chǎn)生附加彎曲應(yīng)力對于中壓反應(yīng)釜，當采用半球型封頭與釜體焊接結(jié)構(gòu)時，應(yīng)考慮封頭與釜體的厚度相差不能太大，太大時，造成結(jié)構(gòu)突變過大，而產(chǎn)生附加彎曲應(yīng)力，出現(xiàn)危險區(qū)。

　　6.6考慮安裝和檢修空間反應(yīng)釜內(nèi)因有攪拌裝置、換熱排管等內(nèi)部結(jié)構(gòu)，設(shè)計時，應(yīng)考慮有足夠的空間，以便于制造、安裝和檢修。

　　6.7結(jié)構(gòu)盡量簡單釜內(nèi)各結(jié)構(gòu)設(shè)計，應(yīng)盡量簡單、順滑，釜底盡可能不設(shè)置排料或排污口等，避免掛料、物料積聚等死區(qū)造成產(chǎn)品各種腐蝕性破壞。

　　6.8保證夾套錐部的強度由于耳座焊在夾套上，故夾套錐部與釜體的連接處承受了整個釜的重量;設(shè)計時，夾套錐部的厚度應(yīng)進行局部校核。

　　6.9其它

　　6.9.1人孔蓋、填料壓蓋上的螺柱，由于要經(jīng)常拆裝，其上端應(yīng)加工成方頭，便于操作。

　　6.9.2釜體上應(yīng)有足夠數(shù)量的測漏信號孔。

　　6.9.3釜內(nèi)各緊固件螺母應(yīng)防止松脫。

　　6.9.4各種結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量減少泄漏點。

　　6.9.5釜體上至少應(yīng)有兩個壓力表接頭。

6.9.6必須設(shè)置zui少2個安全排放裝置口（如1個為自動安全排放裝置，另1個為手動排放等）。

　　7、制造及檢驗要點

　　7.1釜體內(nèi)外兩封頭表面形狀必須吻合。不管是灌鉛或是脹帖成形結(jié)構(gòu)，為確保內(nèi)外兩個封頭之間的間隙均勻吻合，需要對已成形后的內(nèi)外封頭重疊放在一起進行沖（旋）壓或?qū)τ谇蚱瑺罱M對成形的內(nèi)襯，可利用外封頭內(nèi)表面作模具組對內(nèi)襯球封頭，以減少兩者之間組對后的間隙，降組焊后所產(chǎn)生的焊接殘余應(yīng)力等缺陷。此時應(yīng)注意將各配對封頭的相對位置作好標識，組對時不能隨意調(diào)換。

　　7.2一定要嚴格按圖樣要求控制組裝時的襯層與基層之間的間隙值，通常規(guī)定：灌鉛為6mm，脹貼為δ=5mm，否則會*地影響釜體的成形質(zhì)量及使用壽命。的間隙（δ≥5～7mm，若合攏縫處有墊板時δ≥3～5mm）。

　　7.4同樣組對釜體內(nèi)襯筒身時，也先按定位塊布置圖在釜體上焊定位桿。

　　7.5為確保間隙均勻，使灌鉛工序能順利進行，關(guān)鍵是控制好釜體下封頭（即灌鉛入口的封頭）的間隙，具體組對步驟如下：

　　7.5.1釜體上封頭必須進行二次加工成形先釜體上封頭與機架凸緣組對時，粗加工出機架凸緣的接合面及封頭端面，注意需預(yù)留15mm以上的精加工余量。

　　7.5.2釜體筒身及下封頭組對完畢，然后根據(jù)釜體下部的度尺寸以及上封頭經(jīng)粗加工后的度尺寸確定內(nèi)襯的總度尺寸，并按此尺寸加工、組對好內(nèi)襯。

　　7.5.3對內(nèi)外釜體進行預(yù)裝，以確保上封頭的精加工端面尺寸。預(yù)裝時，注意上下兩封頭處要布置徑向定位塊（詳見前述），控制各處間隙，并對預(yù)裝過程做好記號，確保正式組裝時的位置與預(yù)裝時相一致。

　　7.5.4正式組裝時必須設(shè)置停點，嚴格檢查并控制總裝后各處間隙尺寸，確保上、下封頭，特別是下封頭（即灌鉛口）的間隙為5～7mm，絕不能強行組裝。

　　7.6對于脹貼成形的結(jié)構(gòu)，同樣要嚴格按圖樣要求控制組裝時預(yù)留的脹貼間隙。同時還需要保證內(nèi)襯頂部與釜體基體法蘭的緊貼平順過渡，見圖二，避免內(nèi)襯與法蘭襯環(huán)處的角焊縫在脹貼成形以及使用后發(fā)生斷裂現(xiàn)象。

　　具體要求：內(nèi)襯上端部開外坡口，內(nèi)襯套入釜體后與釜體法蘭組對前，對內(nèi)襯頂部強行壓貼至接觸釜體法蘭后才能施焊，以減少該組對角焊縫產(chǎn)生裂紋的可能性，并嚴格控制角焊縫質(zhì)量，要求此處的角焊縫采用氬弧焊焊接成形。此外，脹貼成形后還需要進一步對該角焊縫進行檢查，確保無裂紋等缺陷才能進入下工序施工。

　　7.7管口坡口型式。釜體封頭上各管口采用圖三所示的外U形全焊透結(jié)構(gòu)形式，應(yīng)避免采用X型雙面焊結(jié)構(gòu)導(dǎo)致內(nèi)襯產(chǎn)生過大的拘束應(yīng)力而造成力集中，從而導(dǎo)致發(fā)生應(yīng)力腐蝕等缺陷。

　　7.8釜體下部設(shè)置管口的結(jié)構(gòu)要求。應(yīng)盡量不采用釜體下部設(shè)置任何管口（如下出料口、排污口等），以免將來使用的過程中出現(xiàn)物料積聚等死區(qū)導(dǎo)致發(fā)生晶間腐蝕及應(yīng)力腐蝕甚至化學(xué)腐蝕等嚴重破壞釜體安全使用的現(xiàn)象。若必須設(shè)置時，則可采用圖四所示結(jié)構(gòu)。采用碳鋼凸緣，待灌鉛工作完成后才能組對不銹鋼排污管。注意結(jié)構(gòu)上要考慮能滿足釜體水壓試驗要求。此外還應(yīng)嚴格控制灌鉛層溫度，釜體底部（灌鉛期間變?yōu)轫敳浚┎捎猛饩植考訜幔ɡ媚咎浚r，注意加熱源與釜體之間的保護，即木炭不能直接與釜體接觸，木炭和釜之間可設(shè)置鋼板進行保護。注意凡是不銹鋼材料，加熱溫度均不能于450℃，否則容易產(chǎn)生晶間腐蝕、熱烈紋以及應(yīng)力腐蝕等。圖3圖4

　　7.9對于帶甲型或乙型容器法蘭結(jié)構(gòu)的釜體，在組焊法蘭時一定要注意防止產(chǎn)生焊接變形，特別是上封頭與容器法蘭的組對，由于封頭成形時有殘余應(yīng)力，封頭端部一旦受熱（如與法蘭組對焊接時）則會出現(xiàn)往外翹起的現(xiàn)象，故常采取的措施有：上封頭直段加接100mm～200mm短筒節(jié);選用正確的焊接方法，上、下兩對法蘭聯(lián)固后才能施焊，焊后對其進行退火處理（碳鋼材料）;焊接時采用封頭內(nèi)部同時冷卻的措施等。7.10灌鉛或脹貼間隙控制。不管是灌鉛還是脹貼成形結(jié)構(gòu)，內(nèi)襯與釜體基體的間隙必須嚴格控制;從預(yù)裝到正式組裝各過程中均設(shè)置檢查點，確保各點處的間隙盡量均勻一致，并符合圖樣要求，否則不能進行下一工序施工。

　　7.10.1灌鉛間隙測定。需進行間隙的水容積測定，為灌鉛配料提供依據(jù)并判定間隙是否符合設(shè)計要求。7.10.2脹貼間隙。在液壓脹貼成形后還須進行一次充氨檢漏，以確保內(nèi)襯無漏點，并對殘留間隙進行水容積測定，以驗證脹貼效果。

　　7.11釜體進行灌鉛時，一定要嚴格按照反應(yīng)釜灌鉛工藝要求進行，具體如下：

　　7.11.1鉛銻的配方比：鉛（Pb）80%銻（Sb）20%

　　7.11.2鉛銻金屬的裝爐順序：按鉛銻的配比稱重，先裝銻后裝鉛。

　　7.11.3灌鉛測溫點的分布釜外裝三個，釜內(nèi)裝二個（裝熱電偶用毫伏計測溫），并每隔15分鐘記錄溫度一次。另外，在熔鉛爐上亦要裝一個測溫點。必要時用毫伏計測溫。

　　7.11.4灌鉛爐溫度的控制

　　7.11.4.1釜外測溫點平均溫度在350～450℃范圍內(nèi)，則開始計算保溫時間。

　　7.11.4.2當釜內(nèi)溫度達300～320℃范圍后，保溫2小時后，則可灌入鉛液，并記錄此時鉛液的溫度和灌鉛后所用時間。

　　7.11.5灌入鉛銻合金液的溫度必須控制在600～650℃范圍內(nèi)。

　　7.11.6灌鉛結(jié)束后，可通入壓縮空氣進行降溫，并注意降溫過程中添加鉛液，待釜內(nèi)溫度降至150～180℃后，則可隨爐冷卻。注意：在布置加熱塊時，一定要盡量確保釜內(nèi)各點溫度均勻一致，不能出現(xiàn)局部過熱或溫度不足導(dǎo)致灌鉛出現(xiàn)阻礙等現(xiàn)象。灌鉛完畢后，用塞頭堵塞下部各灌鉛口。

　　7.12總裝時，應(yīng)在試轉(zhuǎn)動的情況下測定攪拌軸在A、B、C三點處的擺動量及軸向串動量，以滿足技術(shù)文件的要求。