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高中壓釜設計制造

2015-12-16 15:11| 發布者: jineng| 查看: 2555| 評論: 0

       近年來,反應釜的洩漏、火災、爆炸事故屢屢發生。由于釜内常常裝有有毒有害的危險化學品,事故後果較之一般爆炸事故更為嚴重。開發具有國際先進發展方向和水平, 而又安全穩定的大型高中壓反應釜勢在必行。   
       反應釜常用于石油化工、橡膠、農藥、染料、醫藥等行業,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設備。高壓反應釜是國内目前進行高溫、高壓化學反應最為理想的裝置,特别是進行易燃、易爆、有毒介質的化學反應,更加顯示出它的優越性。但高壓反應釜同時也是危險性較大、容易發生洩漏和火災爆炸事故的設備。   

1、技術參數的确定   技術參數的确定是進行反應釜設計的第一步,也是關鍵的一步,它包括:   
     1.1 設計壓力(或最高工作壓力)、設計溫度(或最高工作溫度)當用戶提供的隻是最高工作壓力和最高工作溫度時,先根據物料性質确定安全排放裝置的形式、種類,再依據GB150-1998《鋼制壓力容器》附錄B“超壓洩放裝置”的有關要求确定設計壓力及設計溫度。   
     1.2 釜内容積釜内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,必須根據安全生産的要求确定物料充裝系數,充裝數一般為0.6~0.85,對于有容器法蘭結構的釜體,物料充裝高度不宜超出容器法蘭密封面。   
     1.3 物料名稱及特性是确定結構及選材的重要因素。   
     1.4 攪拌器型式及攪拌轉速這關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、直徑及攪拌轉速,按“攪拌設備的計算”要求确定所需的攪拌功率,再計入軸封、軸承及減速機與傳動副所損耗的功率,向上圓整标準的電機功率。   

2、軸封型式的确定   
     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填料密封一般用于低轉速、軸封洩漏要求不是很高的條件下,其最高壓力一般可達到30MPa;且維護和使用方便,但轉速受到填料種類及線速度限制。在P≤6.4MPa,且轉速≤100rpm時,可采用無油潤滑的單層填料函結構;在P>6.4MPa,且轉速>100rpm則要考慮設置高壓油泵加強潤滑,并采用多級(二級)填料結構函,确保每級不少于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機械密封可用于高轉速、軸封洩漏要求較底的條件下。其使用壓力不高,一般用于6.3 MPa以下場合,其維護使用不便,價格也較高。   
    2.3磁力傳動密封一般用于軸封洩漏要求非常高的條件下。它将動密封轉為靜密封,實現零洩漏。但不适合用于高溫條件下,其造價高且維護不便。   
3、攪拌軸徑及傳動側兩軸承間距離的确定   
    3.1攪拌軸徑一般是根據攪拌功率、攪拌轉速等扭轉變形條件進行計算,從而估算攪拌軸徑,再按臨界轉速、攪拌軸的強度來校核軸徑。當無法确定攪拌功率時,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,可通過調整傳動側兩軸承間的距離進行重新校核,通常兩軸承間的距離取值為2.5~5倍攪拌軸直徑。當仍無法達到要求時,則應考慮加大攪拌軸的軸徑或在釜内設置底軸承。   
    3.4軸封處攪拌軸擺動量的确定。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内壓力、允許洩漏量來确定。當不能加大軸徑,而設置底部軸承仍無法達到允許擺動量時,可在釜内靠近軸封處設置中間軸承(盡量不在釜内設置軸承)。一般情況下,軸封處擺量應控制為: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,需要用鋼性聯軸器連接;當減速機機架采用雙支點時,剛性聯軸器和柔性聯軸器均可使用,一般情況下優先選用剛性聯軸器。   

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、選材及結構考慮   
    6.1材料選擇考慮根據物料的特性:   ①無腐蝕,②有晶間腐蝕,③有應力腐蝕,④有化學腐蝕等來确定是選用碳鋼,還是選用不鏽鋼及選用何種不鏽鋼。在有晶間腐蝕傾向的情況下,應選用經固溶處理的不鏽鋼材料。   
    6.2物料考慮當物料有腐蝕需采用不鏽鋼作為防腐蝕材料時,可選用三種結構:   ①全不鏽鋼結構,②内襯不鏽鋼結構,③複合闆結構。具體采用何種結構,應根據壁厚、制造工藝及經濟性能等綜合考慮而定。在會産生應力腐蝕及晶間腐蝕的環境下,不宜采用全不鏽鋼結構,否則會因為材料突然脆裂而發生嚴重事故。   
    6.3内襯不鏽鋼結構   内襯不鏽鋼結構有兩種:①傳統灌鉛式内襯不鏽鋼,②脹貼式内衫不鏽鋼。此兩種結構對不同的使用場合有不同的優缺點。   6.3.1灌鉛式内襯不鏽鋼結構,其内襯與釜體間的間隙充滿了鉛,其傳熱與剛度性能優越,無結構突變,較适用于應力腐蝕環境。但灌鉛時難以控制灌鉛溫度,容易過熱,使不鏽鋼的抗晶間腐蝕性能降低,加上鉛、銻合金熔點低,不适于高溫工況條件,通常最高工作溫度≤250℃。總體上其造價成本高,制造工藝較複雜。   
       6.3.2脹貼式内襯不鏽鋼結構,其内襯與釜體間的間隙充滿導熱油,其傳熱與剛度性能較差。内襯與釜體間的貼合是靠高壓強行脹貼的,容易造成局部應力集中現象,再加上溫度和壓力升降時,内襯熱脹冷縮,容易産生内應力及疲勞,因此不适于使用在有應力腐蝕的環境,較适于高溫條件下(隻要不超過導熱油的沸點或不使導熱油揮發)及有晶間腐蝕傾向的環境。注意内襯夾層間隙下端必須設置排油孔,以便檢修。其造價成本低,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(釜體内徑)較大的高中壓反應釜,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釜,則常采用平蓋封頭或橢圓封頭和容器法蘭連接的結構。   
       6.5防止因結構突變而産生附加彎曲應力對于高中壓反應釜,當采用半球型封頭與釜體焊接結構時,應考慮封頭與釜體的厚度相差不能太大,太大時,造成結構突變過大,而産生附加彎曲應力,出現危險區。   
       6.6考慮安裝和檢修空間反應釜内因有攪拌裝置、換熱排管等内部結構,設計時,應考慮有足夠的空間,以便于制造、安裝和檢修。   
       6.7結構盡量簡單釜内各結構設計,應盡量簡單、順滑,釜底盡可能不設置排料或排污口等,避免挂料、物料積聚等死區造成産品各種腐蝕性破壞。   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;設計時,夾套錐部的厚度應進行局部校核。   
       6.9其它   
            6.9.1人孔蓋、填料壓蓋上的螺柱,由于要經常拆裝,其上端應加工成方頭,便于操作。   
            6.9.2釜體上應有足夠數量的測漏信号孔。   
            6.9.3釜内各緊固件螺母應防止松脫。   
            6.9.4各種結構應盡量減少洩漏點。   
            6.9.5釜體上至少應有兩個壓力表接頭。 .
            6.9.6必須設置最少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釜體内外兩封頭表面形狀必須吻合。不管是灌鉛或是脹帖成形結構,為确保内外兩個封頭之間的間隙均勻吻合,需要對已成形後的内外封頭重新疊放在一起進行沖(旋)壓或對于球片狀組對成形的内襯,可利用外封頭内表面作模具組對内襯球封頭,以減少兩者之間組對後的間隙,降低組焊後所産生的焊接殘餘應力等缺陷。此時應注意将各配對封頭的相對位置作好标識,組對時不能随意調換。   
     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,通常規定:灌鉛為6mm,脹貼為δ=5mm,否則會極大地影響釜體的成形質量及使用壽命。的間隙(δ≥5~7mm,若合攏縫處有墊闆時δ≥3~5mm)。   
     7.3同樣組對釜體内襯筒身時,也先按定位塊布置圖在釜體上焊定位杆。   
     7.4為确保間隙均勻,使灌鉛工序能順利進行,關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:   
         7.4.1釜體上封頭必須進行二次加工成形首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,注意需預留15mm以上的精加工餘量。   
         7.4.2釜體筒身及下封頭組對完畢,然後根據釜體下部的高度尺寸以及上封頭經粗加工後的高度尺寸确定内襯的總高度尺寸,并按此尺寸加工、組對好内襯。   
          7.4.3對内外釜體進行預裝,以确保上封頭的精加工端面尺寸。預裝時,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,并對預裝過程做好記号,确保正式組裝時的位置與預裝時相一緻。   
          7.4.4正式組裝時必須設置停點,嚴格檢查并控制總裝後各處間隙尺寸,确保上、下封頭,特别是下封頭(即灌鉛口)的間隙為5~7mm,絕不能強行組裝。   
      7.5對于脹貼成形的結構,同樣要嚴格按圖樣要求控制組裝時預留的脹貼間隙。同時還需要保證内襯頂部與釜體基體法蘭的緊貼平順過渡,避免内襯與法蘭襯環處的角焊縫在脹貼成形以及使用後發生斷裂現象。   具體要求:内襯上端部開外坡口,内襯套入釜體後與釜體法蘭組對前,對内襯頂部強行壓貼至接觸釜體法蘭後才能施焊,以減少該組對角焊縫産生裂紋的可能性,并嚴格控制角焊縫質量,要求此處的角焊縫采用氩弧焊焊接成形。此外,脹貼成形後還需要進一步對該角焊縫進行檢查,确保無裂紋等缺陷才能進入下工序施工。   
     7.6管口坡口型式。釜體封頭上各管口采用圖三所示的外U形全焊透結構形式,應避免采用X型雙面焊結構導緻内襯産生過大的拘束應力而造成力集中,從而導緻發生應力腐蝕等缺陷。   
     7.7釜體下部設置管口的結構要求。應盡量不采用釜體下部設置任何管口(如下出料口、排污口等),以免将來使用的過程中出現物料積聚等死區導緻發生晶間腐蝕及應力腐蝕甚至化學腐蝕等嚴重破壞釜體安全使用的現象。若必須設置時,則可采用圖四所示結構。采用碳鋼凸緣,待灌鉛工作完成後才能組對不鏽鋼排污管。注意結構上要考慮能滿足釜體水壓試驗要求。此外還應嚴格控制灌鉛層溫度,釜體底部(灌鉛期間變為頂部)采用外局部加熱(利用木炭)時,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,木炭和釜之間可設置鋼闆進行保護。注意凡是不鏽鋼材料,加熱溫度均不能高于450℃,否則容易産生晶間腐蝕、熱烈紋以及應力腐蝕等。 
    7.8對于帶甲型或乙型容器法蘭結構的釜體,在組焊法蘭時一定要注意防止産生焊接變形,特别是上封頭與容器法蘭的組對,由于封頭成形時有殘餘應力,封頭端部一旦受熱(如與法蘭組對焊接時)則會出現往外翹起的現象,故常采取的措施有:上封頭直段加接100mm~200mm短筒節;選用正确的焊接方法,上、下兩對法蘭聯固後才能施焊,焊後對其進行退火處理(碳鋼材料);焊接時采用封頭内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構,内襯與釜體基體的間隙必須嚴格控制;從預裝到正式組裝各過程中均設置檢查點,确保各點處的間隙盡量均勻一緻,并符合圖樣要求,否則不能進行下一工序施工。

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