近年來，濕法生產(chǎn)泡花堿(玻璃)使用的反應(yīng)釜，趨向大型化，基本連續(xù)生產(chǎn)。因釜內(nèi)有石英砂、燒堿、蒸汽等介質(zhì)，并帶有攪拌裝置，釜內(nèi)沖刷磨損非常嚴(yán)重，一般每 2—3年需對筒體中磨損嚴(yán)重部位進(jìn)行修理。有些玻璃反應(yīng)釜僅使用幾年就需更換，特別是一些大型反應(yīng)釜磨損更嚴(yán)重，不僅價值數(shù)萬元的設(shè)備報廢，有的還危及安全。1993年 9月，某廠一臺玻璃反應(yīng)釜的入孔角焊縫在正常使用中突然開裂而造成報廢，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)。該玻璃反應(yīng)釜為 1986 年 l2月制造 ，設(shè)計資料齊全，制造質(zhì)量較好，其設(shè)計壓力為 0.78MPa，直徑 1800mm，高4600mm，釜內(nèi)三葉攪拌器轉(zhuǎn)速 8Or/min，壁厚20mm，腐蝕裕量3mm ，材質(zhì)20g；裂開部位在入孔接管側(cè)面，沿角焊縫焊趾方向長200mm。由于處理及時，未造成其它損失 。因此有必要對水玻璃反瘦釜的磨損問題進(jìn)行討論，以引起同行的共識。
玻璃反應(yīng)釜概況及磨損情況
1、設(shè)備及磨損
玻璃反應(yīng)釜工作壓力 0、7—0.8MPa，溫度 170℃左右，攪拌轉(zhuǎn)速 80r/min，體積2一l2㎡。，在上封頭和下筒體設(shè)有入孔。新釜投用一段時間后，釜體即有磨損。第二攪拌葉以下部位是嚴(yán)重磨損區(qū)域，下封頭和簡體下部減薄較嚴(yán)重，在攪拌軸支架與簡體連接部位以及入孔附近等，石英砂易形成旋渦，使用二年后，這些部位太多出現(xiàn)深5一7mm的凹坑，面積形狀不一，有的甚至出現(xiàn)穿孔漏料，無法繼續(xù)生產(chǎn)。另外，筒體、封頭的縱、環(huán)焊縫也易出現(xiàn)條狀溝槽，深3—5mm，形似咬邊。因為上述部位易出現(xiàn)應(yīng)力集中，不進(jìn)行修理是無法繼續(xù)使用的。
釜內(nèi)物料的反應(yīng)為
NSiO2+2mNaOH→mNa2O ·nSiO2+mH2O
2、原因分析
徐州市許多廠家的玻璃反應(yīng)釜都存在嚴(yán)重磨損，我們對上述出現(xiàn)入孔開裂的玻璃反應(yīng)釜進(jìn)行了檢驗和分析。經(jīng)檢驗發(fā)現(xiàn)，該釜下半部簡體剩余壁厚 1l~I2mm，入孔附近僅 8.0-9.0mm，入孔接管外伸 80mm范圍內(nèi)平均約4.5mm (原設(shè)計 10mm)，開裂處僅為2.0mm。經(jīng)查閱設(shè)計資料和實際計算得知，簡體計算壁厚為 6mm，接管計算壁厚 2.2mm，腐蝕裕量3mm，而簡體原壁厚 20mm，接管壁厚 10mm，顯然給磨損留下了很大余量。我們認(rèn)為，該玻璃反應(yīng)釜入孔角焊縫開裂的原因是開孔補強(qiáng)不足和接管強(qiáng)度不足。開裂斷口處接管壁厚僅2.0mm，附近的接管壁厚也僅為2.0mm左右，小于計算厚度 2.2mm，這僅是原因之一；另一原因是開孔附近大面積減薄造成的開孔補強(qiáng)不足。該玻璃反應(yīng)釜實際厚度20mm，遠(yuǎn)大于計算厚度加腐蝕余量，采用整體補強(qiáng)。經(jīng)計算，其簡體、接管和焊縫多余金屬提供的補強(qiáng)面積為 5676m㎡ ，大于開孔應(yīng)需補強(qiáng)的面積3096m㎡ ；使用7年后，由于壁厚減薄，簡體、接管和焊縫所提供的多余金屬的補強(qiáng)面積僅為1503m㎡。遠(yuǎn)小于需補強(qiáng)的面積。
由于原玻璃反應(yīng)釜壁厚余量大，對開孔有補強(qiáng)作用，故該廠在使用中忽視了開孔部位的檢查，盡管發(fā)現(xiàn)磨損嚴(yán)重，但僅按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對簡體壁厚進(jìn)行校核，并未校核開孔補強(qiáng)處。入孔附近的壁厚減薄，導(dǎo)致補強(qiáng)嚴(yán)重不足，開孔處的應(yīng)力集中不能限制在安全范圍內(nèi)，加之接管壁厚小于計算值，材料屈眼，沿著強(qiáng)度角焊縫焊趾部位開裂。
設(shè)計中應(yīng)考慮的問題
上述玻璃反應(yīng)釜使用幾年就損壞了，從設(shè)計角度來看，簡體壁厚余量大并未對延長使用周期起到太大作用。近年來，有的同規(guī)格玻璃反應(yīng)釜壁厚取值 25mm，效果并不盡如人意。顯然，一味增加壁厚并不是解決磨損問題的好辦法。我們認(rèn)為，設(shè)計中應(yīng)注意以下問題：
(1)設(shè)計中腐蝕余量的選取要有依據(jù)。在泡花堿生產(chǎn)中，磨損的原因很多，如石英砂的顆粒太小，攪拌的布置、攪拌轉(zhuǎn)速，以及釜的內(nèi)徑等。在設(shè)計中，一成不變地選取腐蝕余量，缺乏依據(jù)。我們發(fā)現(xiàn)，各種玻璃反應(yīng)釜磨損情況不盡一致，影響周素是石英砂顆粒大小、攪拌器形式及沖刷線速度，而接管、支承、焊縫部位的磨損就更復(fù)雜了。因此在設(shè)計時，要針對情況，選取壁厚。可以采用簡體下部加大壁厚舶方法，但過渡段的長度要大于國標(biāo)GB150-89規(guī)定的數(shù)值。
(2)設(shè)計時應(yīng)采用加大接管壁厚的補強(qiáng)方法。接管壁厚加大，可在保證補強(qiáng)需要的同時，提高接管強(qiáng)度，充分利用筒體剩余壁厚。要注意的是不能采用內(nèi)伸接管，困為石英砂易在此處形成旋渦，加劇此處筒體的磨摜，內(nèi)伸的接管建議磨去內(nèi)伸部分。如果采用整體補強(qiáng)，則設(shè)計單位應(yīng)在圖紙或資料中提供開孔補強(qiáng)韻設(shè)計計算，便于使用單位掌握開孔補強(qiáng)的情況。
(3)入孔等布置要合理。入孔要避開攪拌葉部位，縱、環(huán)縫也應(yīng)避開攪拌葉部位，并在圖紙中要求將焊縫磨平。內(nèi)部的進(jìn)、出料管距筒壁不能太近，防止對簡體及料管的磨損加大。
使用中的對策和建議
相同工況的玻璃反應(yīng)釜磨損情況不盡相同，除了結(jié)構(gòu)設(shè)計方面的問題外，使用、維護(hù)和管理不當(dāng)也是磨損嚴(yán)重的原因之一。我們經(jīng)過調(diào)查和分析，采取了一些防止磨損的措施，取得了比較好的效果。
(1)加強(qiáng)運行管理，定期進(jìn)行檢驗。上例中的玻璃反應(yīng)釜損壞的主要原因是嚴(yán)重磨損引起開孔處補強(qiáng)不足，使用單位要加強(qiáng)運行管理，加強(qiáng)釜體下部的測厚檢驗，特別是檢查開孔附近的壁厚減薄情況。強(qiáng)度校核時不僅要校核簡體和封頭強(qiáng)度，更要校核開孔補強(qiáng)處，不能認(rèn)為開孔補強(qiáng)問題在設(shè)計時已經(jīng)考慮過，使用中可以不校核，因為玻璃反應(yīng)釜有嚴(yán)重磨損，補強(qiáng)情況是變化的。
應(yīng)該按照有關(guān)規(guī)程，定期邀請專業(yè)檢驗單位對玻璃反應(yīng)釜進(jìn)行檢驗，對危及安全的缺陷，及時發(fā)現(xiàn)和處理，消除隱患，保證安全運行。
(2)改變工藝條件。根據(jù)經(jīng)驗，粗砂的磨損要大的多，因此，在工藝條件允許下，盡可能選用細(xì)石英砂。另外，在布置工藝管線時，每個玻璃反應(yīng)釜都應(yīng)有回配砂管路，即每個釜均有機(jī)會作回配玻璃反應(yīng)釜 (回配砂要細(xì)得多)，使各釜的磨損比較均勻一致 。
(3)采用相應(yīng)的減少磨損方法。比較有效的方法是降低攪拌轉(zhuǎn)速和改變攪拌方向。攪拌轉(zhuǎn)速大，沖刷線速度就大，對容器的磨損就嚴(yán)重。實踐證明，可將攪拌轉(zhuǎn)速由80r/min降低至40r/min，轉(zhuǎn)速減半，釜內(nèi)物料反應(yīng)時間并不需要增加一倍，對于使用時間較長的玻璃反應(yīng)釜，降低轉(zhuǎn)速是減少磨損的好措施。
釜內(nèi)各部位的磨損很不均勻，在易形成旋渦和受攪拌正面沖刷的部位比較嚴(yán)重，比如入孔兩側(cè)的壁厚減薄就很不一致 通過經(jīng)常改變攪拌旋轉(zhuǎn)方向，使開孔處各部位均勻減薄，防止單一部位嚴(yán)重磨損，可延長釜的使用壽命。
(4)改變釜內(nèi)結(jié)構(gòu)。攪拌葉對應(yīng)部位磨損比較嚴(yán)重，如果此區(qū)域有焊縫，則對焊縫損傷很大，往往在焊縫兩側(cè)形成很深的溝槽。針對這種情況，我們在新釜投用前，將攪拌葉位置的焊縫磨平，設(shè)置一環(huán)形襯板，與簡體緊貼，上、下各布置六個角鐵一螺栓連接裝置，襯板寬500mm，厚3mm。經(jīng)常檢查螺栓連接是否牢固，以防襯板落下，影響攪拌。檢驗時應(yīng)拆下襯板，檢查簡體磨損情況。
攪拌軸的支架，一般每半年更換一次位置，將原支架去除后，打磨至與簡體平齊。
玻璃反應(yīng)釜由于工況特殊，磨損問題目前尚無更好的解決方法，一些單位采取上述措施后，磨損減輕，使用周期延長，安全狀況改善。有關(guān)研究、設(shè)計、使用單位應(yīng)進(jìn)一步采取措施，從生產(chǎn)工藝、設(shè)計、維護(hù)等方面有所改進(jìn)，使其安全經(jīng)濟(jì)地運行。
