近年來(lái)，濕法生產(chǎn)泡花堿(玻璃)使用的反應釜，趨向大型化，基本連續生產(chǎn)。因釜內有石英砂、燒堿、蒸汽等介質(zhì)，并帶有攪拌裝置，釜內沖刷磨損非常嚴重，一般每 2—3年需對筒體中磨損嚴重部位進(jìn)行修理。有些玻璃反應釜僅使用幾年就需更換，特別是一些大型反應釜磨損更嚴重，不僅價(jià)值數萬(wàn)元的設備報廢，有的還危及安全。1993年 9月，某廠(chǎng)一臺玻璃反應釜的入孔角焊縫在正常使用中突然開(kāi)裂而造成報廢，嚴重影響了生產(chǎn)。該玻璃反應釜為 1986 年 l2月制造 ，設計資料齊全，制造質(zhì)量較好，其設計壓力為 0.78MPa，直徑 1800mm，高4600mm，釜內三葉攪拌器轉速 8Or/min，壁厚20mm，腐蝕裕量3mm ，材質(zhì)20g；裂開(kāi)部位在入孔接管側面，沿角焊縫焊趾方向長(cháng)200mm。由于處理及時(shí)，未造成其它損失 。因此有必要對水玻璃反瘦釜的磨損問(wèn)題進(jìn)行討論，以引起同行的共識。

    玻璃反應釜概況及磨損情況

1、設備及磨損

玻璃反應釜工作壓力 0、7—0.8MPa，溫度 170℃左右，攪拌轉速 80r/min，體積2一l2㎡。，在上封頭和下筒體設有入孔。新釜投用一段時(shí)間后，釜體即有磨損。第二攪拌葉以下部位是嚴重磨損區域，下封頭和簡(jiǎn)體下部減薄較嚴重，在攪拌軸支架與簡(jiǎn)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，這些部位太多出現深5一7mm的凹坑，面積形狀不一，有的甚至出現穿孔漏料，無(wú)法繼續生產(chǎn)。另外，筒體、封頭的縱、環(huán)焊縫也易出現條狀溝槽，深3—5mm，形似咬邊。因為上述部位易出現應力集中，不進(jìn)行修理是無(wú)法繼續使用的。

    釜內物料的反應為

    NSiO2+2mNaOH→mNa2O ·nSiO2+mH2O

    2、原因分析

    徐州市許多廠(chǎng)家的玻璃反應釜都存在嚴重磨損，我們對上述出現入孔開(kāi)裂的玻璃反應釜進(jìn)行了檢驗和分析。經(jīng)檢驗發(fā)現，該釜下半部簡(jiǎn)體剩余壁厚 1l~I2mm，入孔附近僅 8.0-9.0mm，入孔接管外伸 80mm范圍內平均約4.5mm (原設計 10mm)，開(kāi)裂處僅為2.0mm。經(jīng)查閱設計資料和實(shí)際計算得知，簡(jiǎn)體計算壁厚為 6mm，接管計算壁厚 2.2mm，腐蝕裕量3mm，而簡(jiǎn)體原壁厚 20mm，接管壁厚 10mm，顯然給磨損留下了很大余量。我們認為，該玻璃反應釜入孔角焊縫開(kāi)裂的原因是開(kāi)孔補強不足和接管強度不足。開(kāi)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(kāi)孔附近大面積減薄造成的開(kāi)孔補強不足。該玻璃反應釜實(shí)際厚度20mm，遠大于計算厚度加腐蝕余量，采用整體補強。經(jīng)計算，其簡(jiǎn)體、接管和焊縫多余金屬提供的補強面積為 5676m㎡ ，大于開(kāi)孔應需補強的面積3096m㎡ ；使用7年后，由于壁厚減薄，簡(jiǎn)體、接管和焊縫所提供的多余金屬的補強面積僅為1503m㎡。遠小于需補強的面積。

    由于原玻璃反應釜壁厚余量大，對開(kāi)孔有補強作用，故該廠(chǎng)在使用中忽視了開(kāi)孔部位的檢查，盡管發(fā)現磨損嚴重，但僅按有關(guān)標準對簡(jiǎn)體壁厚進(jìn)行校核，并未校核開(kāi)孔補強處。入孔附近的壁厚減薄，最終導致補強嚴重不足，開(kāi)孔處的應力集中不能限制在安全范圍內，加之接管壁厚小于計算值，材料屈眼，沿著(zhù)強度最弱的角焊縫焊趾部位開(kāi)裂。

    設計中應考慮的問(wèn)題

    上述玻璃反應釜使用幾年就損壞了，從設計角度來(lái)看，簡(jiǎn)體壁厚余量大并未對延長(cháng)使用周期起到太大作用。近年來(lái)，有的同規格玻璃反應釜壁厚取值 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(wèn)題的好辦法。我們認為，設計中應注意以下問(wèn)題：

    (1)設計中腐蝕余量的選取要有依據。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、攪拌轉速，以及釜的內徑等。在設計中，一成不變地選取腐蝕余量，缺乏依據。我們發(fā)現，各種玻璃反應釜磨損情況不盡一致，影響最大的周素是石英砂顆粒大小、攪拌器形式及沖刷線(xiàn)速度，而接管、支承、焊縫部位的磨損就更復雜了。因此在設計時(shí)，要針對情況，選取壁厚。可以采用簡(jiǎn)體下部加大壁厚舶方法，但過(guò)渡段的長(cháng)度要大于國標GB150-89規定的數值。

    (2)設計時(shí)應采用加大接管壁厚的補強方法。接管壁厚加大，可在保證補強需要的同時(shí)，提高接管強度，充分利用筒體剩余壁厚。要注意的是不能采用內伸接管，困為石英砂易在此處形成旋渦，加劇此處筒體的磨摜，內伸的接管建議磨去內伸部分。如果采用整體補強，則設計單位應在圖紙或資料中提供開(kāi)孔補強韻設計計算，便于使用單位掌握開(kāi)孔補強的情況。

    (3)入孔等布置要合理。入孔要避開(kāi)攪拌葉部位，縱、環(huán)縫也應避開(kāi)攪拌葉部位，并在圖紙中要求將焊縫磨平。內部的進(jìn)、出料管距筒壁不能太近，防止對簡(jiǎn)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釜磨損情況不盡相同，除了結構設計方面的問(wèn)題外，使用、維護和管理不當也是磨損嚴重的原因之一。我們經(jīng)過(guò)調查和分析，采取了一些防止磨損的措施，取得了比較好的效果。

    (1)加強運行管理，定期進(jìn)行檢驗。上例中的玻璃反應釜損壞的主要原因是嚴重磨損引起開(kāi)孔處補強不足，使用單位要加強運行管理，加強釜體下部的測厚檢驗，特別是檢查開(kāi)孔附近的壁厚減薄情況。強度校核時(shí)不僅要校核簡(jiǎn)體和封頭強度，更要校核開(kāi)孔補強處，不能認為開(kāi)孔補強問(wèn)題在設計時(shí)已經(jīng)考慮過(guò)，使用中可以不校核，因為玻璃反應釜有嚴重磨損，補強情況是變化的。

    應該按照有關(guān)規程，定期邀請專(zhuān)業(yè)檢驗單位對玻璃反應釜進(jìn)行檢驗，對危及安全的缺陷，及時(shí)發(fā)現和處理，消除隱患，保證安全運行。

    (2)改變工藝條件。根據經(jīng)驗，粗砂的磨損要大的多，因此，在工藝條件允許下，盡可能選用細石英砂。另外，在布置工藝管線(xiàn)時(shí)，每個(gè)玻璃反應釜都應有回配砂管路，即每個(gè)釜均有機會(huì )作回配玻璃反應釜 (回配砂要細得多)，使各釜的磨損比較均勻一致 。

    (3)采用相應的減少磨損方法。比較有效的方法是降低攪拌轉速和改變攪拌方向。攪拌轉速大，沖刷線(xiàn)速度就大，對容器的磨損就嚴重。實(shí)踐證明，可將攪拌轉速由80r/min降低至40r/min，轉速減半，釜內物料反應時(shí)間并不需要增加一倍，對于使用時(shí)間較長(cháng)的玻璃反應釜，降低轉速是減少磨損的好措施。

    釜內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重，比如入孔兩側的壁厚減薄就很不一致 通過(guò)經(jīng)常改變攪拌旋轉方向，使開(kāi)孔處各部位均勻減薄，防止單一部位嚴重磨損，可延長(cháng)釜的使用壽命。

    (4)改變釜內結構。攪拌葉對應部位磨損比較嚴重，如果此區域有焊縫，則對焊縫損傷很大，往往在焊縫兩側形成很深的溝槽。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，設置一環(huán)形襯板，與簡(jiǎn)體緊貼，上、下各布置六個(gè)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(shí)應拆下襯板，檢查簡(jiǎn)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(jiǎn)體平齊。

    玻璃反應釜由于工況特殊，磨損問(wèn)題目前尚無(wú)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(cháng)，安全狀況改善。有關(guān)研究、設計、使用單位應進(jìn)一步采取措施，從生產(chǎn)工藝、設計、維護等方面有所改進(jìn)，使其安全經(jīng)濟地運行。