论反应釜的设计和制造

2014-08-15陈美

山西化工 2014年6期

陈美

（江苏好收成韦恩农化股份有限公司，江苏启东 226221）

随着科学技术日新月异的发展，反应釜已经成为当前社会中不可或缺的一种设施。反应釜主要应用于医药、燃料、农药、橡胶以及石油化工中的缩合、聚合、烃化、氢化、硝化以及磺化等工艺。高压反应釜属于我国现阶段实施高压、高温化学反应最为理想的一种设施。尤其是实施有毒、易燃、易爆等物质的化学反应，高压反应釜是必不可少的设备。但是，高压反应釜也属于非常容易出现火灾爆炸、泄漏事故的设施，具有极高的危险性。鉴于此，设计、制造一种稳定、安全，同时兼具国际科学水平的高压反应釜非常重要。

1 明确技术参数

明确相关的技术参数不仅是设计反应釜的首要步骤，而且是最为关键的一个步骤，主要包含以下几点：1）温度设计（工作环境的最高温度）、压力设计（工作环境的最高压力）。在客户提出最高工作温度与工作压力要求之后，先依照物料的性质来进行排放设施的种类与形式设计，再依照GB150-1998《钢制压力容器》附录B“超压泄放装置”当中的相关需求进行温度与压力的设计［1］。2）反应釜容积设计。反应釜容积主要包含全容积与有效容积，通常客户提出的容积指的是有效容积。设计时，必须严格遵循安全生产的相关需求进行物料充装系数的设计，通常充装系数控制在0.60～0.85；针对存在容器法兰结构的反应釜，物料的充装高度应当控制在容器法兰密封面以内。3）搅拌器类型与搅拌过程的转速设计。搅拌器类型与搅拌过程的转速关系到整个搅拌的效果与效率，必须严格按照相关的要求进行设计。4）电机功率设计。倘若客户无法提供电机功率，就必须要明确搅拌器类型、转速、直径以及物料的黏度，根据“搅拌设施计算”的相关要求计算搅拌功率，最后再综合考虑传动副、减速机、轴承以及轴封所消耗的功率综合计算并设计出标准的电机功率。

2 明确轴封型式

现阶段，使用率最高的轴封型式主要包含磁力传动密封、填料密封以及机械密封3种。1）磁力传动密封，通常主要应用于对轴封泄漏要求极高的情况。其把动密封转变为静密封状态，能够达成零泄漏的目标。缺陷在于，高温条件下无法使用，并且价格较为昂贵，维护工作也较为困难。2）填料密封，通常主要应用于转速不高、对轴封泄漏要求相对较低的情况。该种密封方式的高压通常都能够达到30MPa，具有使用与维护方便的优势。但是，其转速受到线速度与填料类型的约束。当转速≤100r/min，且p≤6.4MPa的时候，应当选择无油润滑的单层填料函机构；而当转速＞100r/min，且p＞6.4MPa的时候，则应当设计高压油泵来进行润滑。同时，要应用二级或者多级的填料结构函，保障每级都具有7层以上的填料函［2］。此外，还必须要针对搅拌轴封位置实施镀铬，提升轴的耐磨性能，亦或是采用套管的方式进行保护。3）机械密封。通常主要应用于轴封泄漏要求不高、转速较高的情况。机械密封的使用压力较低，通常都应用在6.3MPa的环境中。缺陷主要在于造价较高，使用维护不便。

3 设计搅拌轴径及传动侧两轴承间距离

搅拌轴径通常是依照扭转变形条、搅拌功率以及搅拌转速来综合计算的，以此来估计大概的搅拌轴径，最后再依照搅拌轴的强度、临界转速来进行轴径的核算。在不能确定搅拌功率的情况下，也可以应用电机功率减去对应传动副消耗的功率来当作相应的功率。当临界搅拌速率以及轴封、轴端处的摆动量无法满足相关需求的时候，可以选择调整传动侧2个轴承之间的距离来实施核对。一般来说，2个轴承之间的距离取值为2.5倍～5.0倍搅拌轴直径。此时，若仍旧不能满足相关要求，则必须要考虑进一步增加搅拌轴的轴径，亦或是在反应釜内部设置底轴承。轴封处搅拌轴摆动量的幅度直接涉及到轴封的密封状况。而摆动量的幅度应当由反应釜内泄漏量与压力来进行确定。在无法增加轴径的时候，且通过设置底部轴承仍旧不能满足允许摆动量的情况下，可以选择在反应釜内接近轴封的位置设置中间轴承来进行解决［3］。通常状况下，轴封处的摆量控制范围为：机械密封0.04mm～0.08mm，填料密封0.08mm～0.13mm。

4 选材与结构

4.1 材料选择

物料的特征包括无腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀和化学腐蚀等。根据物料的这些特征来选择使用碳钢、不锈钢以及具体的种类。比如，存在晶间腐蚀倾向的时候，则应当选择通过固溶处理之后的不锈钢。

4.2 物料选择

当物料存在腐蚀情况，应用不锈钢当作防腐蚀材料的情况下，通常可以选择以下3种结构：复合板结构、全不锈钢结构和内衬不锈钢结构。详细情况应当综合考虑经济性能、壁厚以及制造工艺。需要注意的是，当处在会生成晶间腐蚀与应力腐蚀的情况下，不能够选择全不锈钢的结构。不然，会因为材料出现脆裂状况而引发事故。

4.3 内衬不锈钢结构

内衬不锈钢结构主要包含胀贴式内衬不锈钢与传统灌铅式内衬不锈钢，这2种结构对应不同的使用场合，具有各自的优缺点。

1）胀贴式内衬不锈钢结构。该种结构釜体间与内衬之间填充着导热油，导致其刚度与传热的能力相对较低。釜体间与内衬进行贴合主要是依靠高压来实现，容易使局部应力出现过于集中的状况。再加上外界压力与温度的升降变化，内衬受到热胀冷缩的影响，非常容易出现疲劳与内应力不足的情况。所以，该种结构主要适用于存在晶间腐蚀倾向与温度较高的环境当中［4］。需要注意的是，必须要在内衬夹层的间隙下端设置好排油孔，方便以后进行维护。

2）灌铅式内衬不锈钢结构。该种结构釜体间与内衬之间填充着铅，具有良好的刚度与传热能力，不会出现结构突变的情况，主要应用于应力腐蚀的环境。但是，在进行灌铅的过程中难以针对温度进行有效的控制，非常容易出现过热的情况，再加上铅、锑合金的熔点相对较低，该结构的工作环境温度应当控制在250℃以内。