0引言

用于氯化工藝的反應(yīng)釜按照其制造結(jié)構(gòu)可分為開(kāi)式平蓋式反應(yīng)釜、開(kāi)式對(duì)焊法蘭式反應(yīng)釜和閉式反應(yīng)釜三大類。反應(yīng)釜按材質(zhì)及用途可分為不銹鋼反應(yīng)釜，搪玻璃反應(yīng)釜。每一種結(jié)構(gòu)都有它的適用范圍和優(yōu)缺點(diǎn)。搪玻璃反應(yīng)釜（反應(yīng)罐）因其罐體是鋼制可以確保具有較大的承壓能力，罐內(nèi)涂搪的玻璃襯里又使其具有可靠的耐腐蝕性能，這種耐腐蝕性和高承壓能力結(jié)合于一體的獨(dú)特性能很大地?cái)U(kuò)展了設(shè)備的適用范圍，被應(yīng)用于化工、石油化工、農(nóng)藥、醫(yī)藥、冶金、食品等各個(gè)部門。

考慮到搪玻璃反應(yīng)釜優(yōu)良的耐腐蝕性能，江蘇飛翔化工股份有限公司在2012年建成了10立方氯化銨生產(chǎn)裝置，生產(chǎn)能力為5000t／年，主要用于DAD-MAC-60和DADMAC-65等產(chǎn)品。生產(chǎn)的主要原料之一是氯丙烯，氯丙烯具有很高的腐蝕性，而且屬于國(guó)家安監(jiān)局重點(diǎn)控制的15種危險(xiǎn)工藝之一。因此在保證正常生產(chǎn)的同時(shí)，安全問(wèn)題也是重中之重，要警鐘長(zhǎng)鳴。

1搪玻璃反應(yīng)釜的特點(diǎn)

搪玻璃反應(yīng)釜是將含高二氧化硅的玻璃，襯在鋼制容器的內(nèi)表面，經(jīng)高溫灼燒而牢固地密著于金屬表面上成為復(fù)合材料制品。因此搪玻璃反應(yīng)釜具有玻璃的穩(wěn)定性和金屬?gòu)?qiáng)度的雙重優(yōu)點(diǎn)，是一種優(yōu)良的耐腐蝕設(shè)備。

10立方搪玻璃反應(yīng)釜的技術(shù)規(guī)范如下：

（1)使用壓力：0.2~0.8MPa。

（2)耐酸性：對(duì)各種有機(jī)酸、無(wú)機(jī)酸、有機(jī)溶劑均有較好的抗蝕性。

（3）耐堿性：搪玻璃對(duì)堿性溶液抗蝕性較酸溶液差。但將我廠搪玻璃試樣置于1N氫氧化鈉溶液腐蝕，試驗(yàn)溫度80℃，時(shí)間48h。

（4)操作溫度：搪玻璃設(shè)備加熱和冷卻時(shí)，應(yīng)緩慢進(jìn)行。使用溫度為-20~200℃，耐溫急變性≥200℃。

（5)瓷層厚度：玻璃設(shè)備的瓷層厚度0.8~2.3mm，搪玻璃設(shè)備附件的瓷層厚度0.6—1.8mm。

（6)耐壓電：搪玻璃具有良好的絕緣性，當(dāng)搪玻璃在規(guī)定厚度內(nèi)用20kV高頻電火花檢查瓷層時(shí)，高頻電火花不能擊穿瓷層。

（7）耐沖擊性：玻璃層的內(nèi)應(yīng)力越小，彈性越好，硬度越大，抗彎抗壓強(qiáng)度越高，則耐沖擊就越好。

主要適用于下列介質(zhì)或物料：①任何濃度和溫度的氫氟酸及含有氟離子的介質(zhì)或物料；②濃度大于30%，溫度高于180℃的磷酸介質(zhì)或物料；③PH值大于12且溫度高于80℃的堿性介質(zhì)或物料；④酸堿物料交替進(jìn)行的反應(yīng)過(guò)程。

2存在的問(wèn)題及原因分析

2.1存在的問(wèn)題

2012年，該企業(yè)10立方反應(yīng)釜建立，為搪玻璃設(shè)備，初期設(shè)備內(nèi)盤管的接口設(shè)計(jì)成在釜內(nèi)法蘭連接，冷凍鹽水的進(jìn)出管由釜蓋進(jìn)入釜內(nèi)，并與內(nèi)盤管通過(guò)法蘭連接。冷凍鹽水的進(jìn)出口在釜蓋上成對(duì)稱分布（如圖1）。這樣的設(shè)計(jì)分布在間接上也起到固定內(nèi)盤管的作用。

搪玻璃反應(yīng)釜的搪瓷用的金屬材料主要有：鑄鐵、鋁材、鋼材、銅材和不銹鋼。搪瓷用鋼材（主要是鋼板）一般是指低碳鋼鋼板，即含碳量較低的鋼板（一般≤0.08%），這也是用于容積式熱水器內(nèi)膽的主要材料。

在經(jīng)過(guò)1年多時(shí)間的使用后，發(fā)現(xiàn)有冷凍液在成品中存在，影響到了成品的質(zhì)量和品質(zhì)?，F(xiàn)場(chǎng)排查原因認(rèn)為初步認(rèn)定是內(nèi)盤管破損泄露造成，決定進(jìn)釜檢查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)內(nèi)盤管完好無(wú)損。接下來(lái)排查盤管的水壓，發(fā)現(xiàn)泄露點(diǎn)位于內(nèi)盤管與冷凍鹽水管連接的法蘭處（圖1中A、B處）。

2.2原因分析

（1)考慮設(shè)備結(jié)構(gòu)本身的緣故。搪玻璃反應(yīng)釜中的搪瓷材料是化學(xué)組成成分，其表面狀況、力學(xué)性能及內(nèi)部微觀組織結(jié)構(gòu)（金相結(jié)構(gòu)）對(duì)搪瓷的質(zhì)量起著重要的作用。

（2)考慮反應(yīng)工藝過(guò)程和參數(shù)控制。氯化反應(yīng)是一個(gè)放熱過(guò)程，尤其在較高溫度下進(jìn)行氯化，反應(yīng)更為劇烈，速度快，放熱量較大；生成的氯化氫氣體遇水后腐蝕性強(qiáng)；常用的氯化劑氯氣本身為劇毒化學(xué)品，氧化性強(qiáng)，儲(chǔ)存壓力較高，這些都對(duì)管道造成很大的壓力，尤其隨著時(shí)間的推移，管壁腐蝕越來(lái)越厲害，壁厚越來(lái)越薄，氯氣中的雜質(zhì)，如水、氫氣、氧氣、三氯化氮等，在使用中易發(fā)生危險(xiǎn)，特別是三氯化氮積累后，容易引發(fā)爆炸危險(xiǎn)；氯化反應(yīng)尾氣可能形成爆炸性混合物。

(3)考慮較終的產(chǎn)品。在生產(chǎn)特種工程塑料時(shí)，搪玻璃反應(yīng)釜價(jià)格較高，目前常采用的方法為先制備低聚物，用改進(jìn)技術(shù)將低聚物固相增粘，但高溫尼龍和液晶等在將低聚物制成合適尺寸進(jìn)行固相增粘時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的小尺寸的粉粒，由于通常轉(zhuǎn)鼓采用抽真空增粘，因而這些小尺寸的粉粒加入到轉(zhuǎn)鼓中國(guó)相增粘時(shí)常常會(huì)和生成的低分子一起被高真空抽出，含雜著低聚物的小尺寸的粉粒會(huì)沉積在抽真空管的管道中，造成管道阻塞，無(wú)法進(jìn)一步增粘，同時(shí)會(huì)造成物料顏色變黃。

綜合考慮，認(rèn)為從設(shè)備結(jié)構(gòu)改進(jìn)較合理?？紤]到內(nèi)盤管的材質(zhì)為TA2，質(zhì)量較輕，強(qiáng)度和剛度不高。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，為了增加剛度，建議對(duì)兩個(gè)進(jìn)出法蘭接口進(jìn)行受力分析，克服其不利因素，讓其起到固定作用。在實(shí)際生產(chǎn)使用過(guò)程中，內(nèi)盤管內(nèi)充滿了流動(dòng)的冷凍液，其自身的重力和流動(dòng)壓力給整個(gè)內(nèi)盤管產(chǎn)生了一個(gè)很大的壓力。這個(gè)壓力一部分轉(zhuǎn)移到了法蘭連接處，形成了一個(gè)較大的拉伸應(yīng)力。法蘭的連接螺栓經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間受力，和內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)，尤其氯化反應(yīng)的高腐蝕性，溫度冷熱交替施壓，導(dǎo)致螺栓與螺母之間有了一定松動(dòng)。再加上在攪拌裝置工作的過(guò)程中，流動(dòng)的物料也對(duì)內(nèi)盤管產(chǎn)生一定的旋轉(zhuǎn)力，這個(gè)力比較復(fù)雜，呈現(xiàn)周期性和交變性，可以分解為沿著法蘭的軸向和切向的分力，這三個(gè)力的合成力不斷傳遞到兩個(gè)法蘭的結(jié)合連接處，使螺栓斷裂，從而連接處出現(xiàn)開(kāi)裂，導(dǎo)致冷凍液從法蘭連接處泄露出來(lái)，進(jìn)入到產(chǎn)品當(dāng)中去，污染了產(chǎn)品，從而直接影響較終成品的質(zhì)量和品質(zhì)。

3內(nèi)盤管結(jié)構(gòu)改進(jìn)措施及工藝控制

在實(shí)際的生產(chǎn)中，搪玻璃設(shè)備的這種缺陷是難以避免的，在今年的產(chǎn)能擴(kuò)產(chǎn)時(shí)，提出改進(jìn)措施如下：反應(yīng)釜采用復(fù)合鈦材質(zhì)，冷凍鹽水的進(jìn)口可以從反應(yīng)釜的簡(jiǎn)體偏上方進(jìn)入釜內(nèi)，法蘭連接處設(shè)置在釜體外部，盤管的進(jìn)口管路與釜壁固定。因?yàn)榻饘俨馁|(zhì)可以焊接，所以，在釜內(nèi)又可做固定裝置。而且，為了防止內(nèi)盤管產(chǎn)生較大的撓性和塑性變形，由原來(lái)的整體結(jié)構(gòu)改為12組等換熱面積的盤管組（如圖2）。改動(dòng)后，單根盤管的剛性大大增加，在物料運(yùn)行過(guò)程中，不易變形、松動(dòng)、脫離，克服了原來(lái)結(jié)構(gòu)作為一個(gè)整體帶來(lái)的缺陷。

配合更改后的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，需要從工藝參數(shù)上進(jìn)行加強(qiáng)和控制，為保證安全生產(chǎn)，響應(yīng)國(guó)家安監(jiān)局的號(hào)召，實(shí)際生產(chǎn)中要重點(diǎn)監(jiān)控工藝參數(shù)如下：氯化反應(yīng)釜溫度和壓力；氯化反應(yīng)釜攪拌速率；反應(yīng)物料的配比；氯化劑進(jìn)料流量；冷卻系統(tǒng)中冷卻介質(zhì)的溫度、壓力、流量等；氯氣雜質(zhì)含量（水、氫氣、氧氣、三氯化氮等）；氯化反應(yīng)尾氣組成等。

安全控制的基本要求有：反應(yīng)釜溫度和壓力的報(bào)警和聯(lián)鎖；反應(yīng)物料的比例控制和聯(lián)鎖；攪拌的穩(wěn)定控制；進(jìn)料緩沖器；緊急進(jìn)料切斷系統(tǒng)；緊急冷卻系統(tǒng)；安全泄放系統(tǒng)；事故狀態(tài)下氯氣吸收中和系統(tǒng)；可燃和有毒氣體檢測(cè)報(bào)警裝置等。

宜采用的控制方式有：將氯化反應(yīng)釜內(nèi)溫度、壓力與釜內(nèi)攪拌、氯化劑流量、氯化反應(yīng)釜夾套冷卻水進(jìn)水閥形成聯(lián)鎖關(guān)系，設(shè)立緊急停車系統(tǒng)。安全設(shè)施，包括安全閥、高壓閥、緊急放空閥、液位計(jì)、單向閥及緊急切斷裝置等。

4結(jié)語(yǔ)

通過(guò)這次結(jié)構(gòu)上的改造和加強(qiáng)工藝參數(shù)的控制，徹底解決了冷凍鹽水泄露到成品中的難題，改進(jìn)結(jié)構(gòu)后實(shí)施到現(xiàn)在，10立方反應(yīng)釜設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)，很大地提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和品質(zhì)；同時(shí)，整體內(nèi)盤管改成等同換熱面積的內(nèi)盤管組，成組小盤管的剛性遠(yuǎn)大于整體內(nèi)盤管，該措施大大降低了內(nèi)盤管法蘭破損的風(fēng)險(xiǎn)，提高了設(shè)備的使用壽命。