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高壓反應(yīng)釜的技術(shù)設(shè)計(jì)及制造要點(diǎn)

更新時(shí)間:2017-05-15 點(diǎn)擊次數(shù):3404
  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(xiǎn)化學(xué)品,事故后果較之一般爆炸事故更為嚴(yán)重。開發(fā)具有先進(jìn)發(fā)展方向和水平, 而又安全穩(wěn)定的大型高中壓反應(yīng)釜?jiǎng)菰诒匦小?div>  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(jī)染料和中間體的許多其它工藝過程的反應(yīng)設(shè)備。高壓反應(yīng)釜是國(guó)內(nèi)目前進(jìn)行高溫、高壓化學(xué)反應(yīng)zui為理想的裝置,特別是進(jìn)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。但高壓反應(yīng)釜同時(shí)也是危險(xiǎn)性較大、容易發(fā)生泄漏和火災(zāi)爆炸事故的設(shè)備。
  文中主要說明了傳統(tǒng)灌鉛式內(nèi)襯與液壓脹貼式內(nèi)襯的不同襯里結(jié)構(gòu)以及各自的設(shè)計(jì)制造要點(diǎn)。
  1、技術(shù)參數(shù)的確定
  技術(shù)參數(shù)的確定是進(jìn)行反應(yīng)釜設(shè)計(jì)的*步,也是關(guān)鍵的一步,它包括:
  1.1 設(shè)計(jì)壓力(或zui高工作壓力)、設(shè)計(jì)溫度(或zui高工作溫度)當(dāng)用戶提供的只是zui高工作壓力和zui高工作溫度時(shí),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(jì)壓力及設(shè)計(jì)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(shí),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(duì)于有容器法蘭結(jié)構(gòu)的釜體,物料充裝高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(jī)功率若用戶不能提供時(shí),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(jì)算’要求確定所需的攪拌功率,再計(jì)入軸封、軸承及減速機(jī)與傳動(dòng)副所損耗的功率,向上圓整標(biāo)準(zhǔn)的電機(jī)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(jī)械密封和磁力傳動(dòng)密封。
  2.1填料密封一般用于低轉(zhuǎn)速、軸封泄漏要求不是很高的條件下,其zui高壓力一般可達(dá)到30MPa;且維護(hù)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(shí),可采用無油潤(rùn)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)置高壓油泵加強(qiáng)潤(rùn)滑,并采用多級(jí)(二級(jí))填料結(jié)構(gòu)函,確保每級(jí)不少于7層填料函。同時(shí)還需考慮對(duì)攪拌軸封處進(jìn)行鍍鉻處理,增加軸的耐磨性,或設(shè)置套管以保護(hù)攪拌軸不受磨損,屆時(shí)更換套管即可。
  2.2機(jī)械密封可用于高轉(zhuǎn)速、軸封泄漏要求較底的條件下。其使用壓力不高,一般用于6.3 MPa以下場(chǎng)合,其維護(hù)使用不便,價(jià)格也較高。
  2.3磁力傳動(dòng)密封一般用于軸封泄漏要求非常高的條件下。它將動(dòng)密封轉(zhuǎn)為靜密封,實(shí)現(xiàn)零泄漏。但不適合用于高溫條件下,其造價(jià)高且維護(hù)不便。
  3、攪拌軸徑及傳動(dòng)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(jìn)行計(jì)算,從而估算攪拌軸徑,再按臨界轉(zhuǎn)速、攪拌軸的強(qiáng)度來校核軸徑。當(dāng)無法確定攪拌功率時(shí),可直接采用電機(jī)功率減去各傳動(dòng)副損耗的功率作為計(jì)算功率。
  3.2計(jì)算攪拌軸在軸封、軸端處的擺動(dòng)量。
  3.3當(dāng)臨界攪拌速以及軸封、軸端處的擺動(dòng)量不能滿足要求時(shí),可通過調(diào)整傳動(dòng)側(cè)兩軸承間的距離進(jìn)行重新校核,通常兩軸承間的距離取值為2.5~5倍攪拌軸直徑。當(dāng)仍無法達(dá)到要求時(shí),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(dòng)量的確定。軸封處攪拌軸擺動(dòng)量的大小,直接影響到軸封的密封性能。允許擺動(dòng)量的大小由釜內(nèi)壓力、允許泄漏量來確定。當(dāng)不能加大軸徑,而設(shè)置底部軸承仍無法達(dá)到允許擺動(dòng)量時(shí),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(jī)械密封:0.04mm~0.08mm。
  4、減速機(jī)輸出軸與傳動(dòng)軸的連接
  當(dāng)減速機(jī)機(jī)架采用單支點(diǎn)時(shí),需要用鋼性聯(lián)軸器連接;當(dāng)減速機(jī)機(jī)架采用雙支點(diǎn)時(shí),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(dòng)軸
  傳動(dòng)軸盡可能采用單根軸,需采用多根軸時(shí),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:
 ?、贌o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(dāng)物料有腐蝕需采用不銹鋼作為防腐蝕材料時(shí),可選用三種結(jié)構(gòu):
 ?、偃讳P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(jì)性能等綜合考慮而定。在會(huì)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(huì)因?yàn)椴牧贤蝗淮嗔讯l(fā)生嚴(yán)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(duì)不同的使用場(chǎng)合有不同的優(yōu)缺點(diǎn)。
  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(shí)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低,加上鉛、銻合金熔點(diǎn)低,不適于高溫工況條件,通常zui高工作溫度≤250℃??傮w上其造價(jià)成本高,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高壓強(qiáng)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(shí),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,較適于高溫條件下(只要不超過導(dǎo)熱油的沸點(diǎn)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(jià)成本低,制造工藝簡(jiǎn)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(duì)于容積(釜體內(nèi)徑)較大的高中壓反應(yīng)釜,常采用半球型封頭,因其受力好,易布置管口。而容積較小的高中壓反應(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(duì)于高中壓反應(yīng)釜,當(dāng)采用半球型封頭與釜體焊接結(jié)構(gòu)時(shí),應(yīng)考慮封頭與釜體的厚度相差不能太大,太大時(shí),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(xiǎn)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(jì)時(shí),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(jiǎn)單釜內(nèi)各結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),應(yīng)盡量簡(jiǎn)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(qiáng)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(gè)釜的重量;設(shè)計(jì)時(shí),夾套錐部的厚度應(yīng)進(jìn)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(cè)漏信號(hào)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(diǎn)。
  6.9.5釜體上至少應(yīng)有兩個(gè)壓力表接頭。
  6.9.6必須設(shè)置zui少2個(gè)安全排放裝置口(如1個(gè)為自動(dòng)安全排放裝置,另1個(gè)為手動(dòng)排放等)。

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