玻璃反应釜磨损的FZ分析

 近年来，湿法生产泡花碱(玻璃)使用的反应釜，趋向大型化，基本连续生产。因釜内有石英砂、烧碱、蒸汽等介质，并带有搅拌装置，釜内冲刷磨损非常严重，一般每 2—3年需对筒体中磨损严重部位进行修理。有些玻璃反应釜仅使用几年就需更换，特别是一些大型反应釜磨损更严重，不仅价值数万元的设备报废，有的还危及安全。1993年 9月，某厂一台玻璃反应釜的入孔角焊缝在正常使用中突然开裂而造成报废，严重影响了生产。该玻璃反应釜为 1986 年 12月制造 ，设计资料齐全，制造质量较好，其设计压力为 0.78MPa，直径 1800mm，高4600mm，釜内三叶搅拌器转速 8Or/min，壁厚20mm，腐蚀裕量3mm ，材质20g；裂开部位在入孔接管侧面，沿角焊缝焊趾方向长200mm。由于处理及时，未造成其它损失 。因此有必要对水玻璃反瘦釜的磨损问题进行讨论，以引起同行的共识。

    玻璃反应釜概况及磨损情况

1、设备及磨损

玻璃反应釜工作压力 0、7—0.8MPa，温度 170℃左右，搅拌转速 80r/min，体积2一l2㎡。，在上封头和下筒体设有入孔。新釜投用一段时间后，釜体即有磨损。第二搅拌叶以下部位是严重磨损区域，下封头和简体下部减薄较严重，在搅拌轴支架与简体连接部位以及入孔附近等，石英砂易形成旋涡，使用二年后，这些部位太多出现深5一7mm的凹坑，面积形状不一，有的甚至出现穿孔漏料，无法继续生产。另外，筒体、封头的纵、环焊缝也易出现条状沟槽，深3—5mm，形似咬边。因为上述部位易出现应力集中，不进行修理是无法继续使用的。

    釜内物料的反应为

    NSiO2+2mNaOH→mNa2O ·nSiO2+mH2O

    2、原因分析

    徐州市许多厂家的玻璃反应釜都存在严重磨损，我们对上述出现入孔开裂的玻璃反应釜进行了检验和分析。经检验发现，该釜下半部简体剩余壁厚 1l~I2mm，入孔附近仅 8.0-9.0mm，入孔接管外伸 80mm范围内平均约4.5mm (原设计 10mm)，开裂处仅为2.0mm。经查阅设计资料和实际计算得知，简体计算壁厚为 6mm，接管计算壁厚 2.2mm，腐蚀裕量3mm，而简体原壁厚 20mm，接管壁厚 10mm，显然给磨损留下了很大余量。我们认为，该玻璃反应釜入孔角焊缝开裂的原因是开孔补强不足和接管强度不足。开裂断口处接管壁厚仅2.0mm，附近的接管壁厚也仅为2.0mm左右，小于计算厚度 2.2mm，这仅是原因之一；另一原因是开孔附近大面积减薄造成的开孔补强不足。该玻璃反应釜实际厚度20mm，远大于计算厚度加腐蚀余量，采用整体补强。经计算，其简体、接管和焊缝多余金属提供的补强面积为 5676m㎡ ，大于开孔应需补强的面积3096m㎡ ；使用7年后，由于壁厚减薄，简体、接管和焊缝所提供的多余金属的补强面积仅为1503m㎡。远小于需补强的面积。

    由于原玻璃反应釜壁厚余量大，对开孔有补强作用，故该厂在使用中忽视了开孔部位的检查，尽管发现磨损严重，但仅按有关标准对简体壁厚进行校核，并未校核开孔补强处。入孔附近的壁厚减薄，Z终导致补强严重不足，开孔处的应力集中不能限制在安全范围内，加之接管壁厚小于计算值，材料屈眼，沿着强度Z弱的角焊缝焊趾部位开裂。

    设计中应考虑的问题

    上述玻璃反应釜使用几年就损坏了，从设计角度来看，简体壁厚余量大并未对延长使用周期起到太大作用。近年来，有的同规格玻璃反应釜壁厚取值 25mm，效果并不尽如人意。显然，一味增加壁厚并不是解决磨损问题的好办法。我们认为，设计中应注意以下问题：

    (1)设计中腐蚀余量的选取要有依据。在泡花碱生产中，磨损的原因很多，如石英砂的颗粒太小，搅拌的布置、搅拌转速，以及釜的内径等。在设计中，一成不变地选取腐蚀余量，缺乏依据。我们发现，各种玻璃反应釜磨损情况不尽一致，影响Zda的周素是石英砂颗粒大小、搅拌器形式及冲刷线速度，而接管、支承、焊缝部位的磨损就更复杂了。因此在设计时，要针对情况，选取壁厚。可以采用简体下部加大壁厚舶方法，但过渡段的长度要大于国标GB150-89规定的数值。

    (2)设计时应采用加大接管壁厚的补强方法。接管壁厚加大，可在保证补强需要的同时，提高接管强度，充分利用筒体剩余壁厚。要注意的是不能采用内伸接管，困为石英砂易在此处形成旋涡，加剧此处筒体的磨掼，内伸的接管建议磨去内伸部分。如果采用整体补强，则设计单位应在图纸或资料中提供开孔补强韵设计计算，便于使用单位掌握开孔补强的情况。

    (3)入孔等布置要合理。入孔要避开搅拌叶部位，纵、环缝也应避开搅拌叶部位，并在图纸中要求将焊缝磨平。内部的进、出料管距筒壁不能太近，防止对简体及料管的磨损加大。

    使用中的对策和建议

    相同工况的玻璃反应釜磨损情况不尽相同，除了结构设计方面的问题外，使用、维护和管理不当也是磨损严重的原因之一。我们经过调查和分析，采取了一些防止磨损的措施，取得了比较好的效果。

    (1)加强运行管理，定期进行检验。上例中的玻璃反应釜损坏的主要原因是严重磨损引起开孔处补强不足，使用单位要加强运行管理，加强釜体下部的测厚检验，特别是检查开孔附近的壁厚减薄情况。强度校核时不仅要校核简体和封头强度，更要校核开孔补强处，不能认为开孔补强问题在设计时已经考虑过，使用中可以不校核，因为玻璃反应釜有严重磨损，补强情况是变化的。

    应该按照有关规程，定期邀请专业检验单位对玻璃反应釜进行检验，对危及安全的缺陷，及时发现和处理，消除隐患，保证安全运行。

    (2)改变工艺条件。根据经验，粗砂的磨损要大的多，因此，在工艺条件允许下，尽可能选用细石英砂。另外，在布置工艺管线时，每个玻璃反应釜都应有回配砂管路，即每个釜均有机会作回配玻璃反应釜 (回配砂要细得多)，使各釜的磨损比较均匀一致 。

    (3)采用相应的减少磨损方法。比较有效的方法是降低搅拌转速和改变搅拌方向。搅拌转速大，冲刷线速度就大，对容器的磨损就严重。实践证明，可将搅拌转速由80r/min降低至40r/min，转速减半，釜内物料反应时间并不需要增加一倍，对于使用时间较长的玻璃反应釜，降低转速是减少磨损的好措施。

    釜内各部位的磨损很不均匀，在易形成旋涡和受搅拌正面冲刷的部位比较严重，比如入孔两侧的壁厚减薄就很不一致 通过经常改变搅拌旋转方向，使开孔处各部位均匀减薄，防止单一部位严重磨损，可延长釜的使用寿命。

    (4)改变釜内结构。搅拌叶对应部位磨损比较严重，如果此区域有焊缝，则对焊缝损伤很大，往往在焊缝两侧形成很深的沟槽。针对这种情况，我们在新釜投用前，将搅拌叶位置的焊缝磨平，设置一环形衬板，与简体紧贴，上、下各布置六个角铁一螺栓连接装置，衬板宽500mm，厚3mm。经常检查螺栓连接是否牢固，以防衬板落下，影响搅拌。检验时应拆下衬板，检查简体磨损情况。

    搅拌轴的支架，一般每半年更换一次位置，将原支架去除后，打磨至与简体平齐。

    玻璃反应釜由于工况特殊，磨损问题目前尚无更好的解决方法，一些单位采取上述措施后，磨损减轻，使用周期延长，安全状况改善。有关研究、设计、使用单位应进一步采取措施，从生产工艺、设计、维护等方面有所改进，使其安全经济地运行。