高壓反應釜品牌企業「多圖」

根據現場場地布置，并結合參考了化工設備標準反應釜尺寸，選取其內徑Di1=Φ1800mm,按充裝系數0.85 計算， 實際容積為V=6/0.85=7.05m3。按GB/T25198-2010《壓力容器封頭》選取橢圓形封頭，查其容積V=0.827m3 ， 形狀系數K=1 。則筒體高度為：h=(7.05-0.827x2)/ (πx0.92)=2.12m。夾套選取Di2=Φ2000mm。反應釜的頂蓋結構設計從安全的角度考慮,如果把頂蓋與筒體相連接的部位設計成法蘭螺栓連接,因其密封面大,工作溫度高,介質具有腐蝕性,密封難以保證,會造成安全隱患。通過用戶提供的工況，在參照GB150-1998《鋼制壓力容器》確定釜體內設計壓力位工作壓力的1.1 倍，即設計壓力Pc1 為0.2x1.1=0.22MPa 設計溫度依據夾套選取了t1=164℃，夾套依據用戶使用過程中的蒸汽的溫度查閱在相應溫度下的飽和蒸汽壓為0.6 MPa，故我選取了夾套設計壓力為Pc2=0.6MPa，設計溫度為t2=164℃,焊接接頭系數Φ取0.85。

由于用戶單位提供的介質具有腐蝕性，通過與用戶溝通介質的腐蝕性及對材質的焊接性的把握， 選取了釜體結構采用00Cr17Ni14Mo2，厚度負偏差C2=0.8mm，腐蝕余量C1=0mm。通過查詢GB150-1998《鋼制壓力容器》中材料的設計溫度下許用應力與其試驗溫度許用應力通過插值法可以算00Cr17Ni14Mo2 材質試驗溫度許用應力[σ]=118MPa，設計溫度許用應力 [σ]t=114.48MPa，試驗溫度下屈服點 σs=177 MPa，夾套采用Q235-B 材質，厚度負偏差C2 =0.8mm，腐蝕余量C1=1mm。其試驗溫度許用應力 [σ]=113MPa，設計溫度許用應力[σ]t=110.76 MPa，試驗溫度下屈服點σs =235MPa。常采用的辦法是將夾套做成外蛇管式結構,在夾套中裝設導流板或擾流噴嘴。

由于釜內設計壓力為0.22MPa，選取機械密封212-90。支撐按JB/T4712.4-2007《容器支座》選擇A4 支座。在對客戶之前用的反應釜使用過程中，機封部分在使用一段時間后出現微量泄露，在此次設計中增加了底軸承來控制軸的徑向跳動，延長了機械密封的使用壽命。針對客戶提出反應物料有少量粗化晶粒，在此次設計過程中特別在內筒四周設置了擋板，增強了攪拌的均勻程度，在之后用戶反饋意見收到用戶滿意的評價。:從安全的角度出發, 給出反應釜頂蓋與筒體焊接, 在一側開人孔的結構。基于開人孔的位置悖于常規, 先采用常規設計方法設計出頂蓋厚度, 然后分別采用無力矩理論和有限元軟件ANSYS作了應力分析, 給出人孔接管與頂蓋及筒體相貫線上的一系列應力分布曲線, 并參照JB4732— 95《壓力容器分析設計標準》作了強度評定, 結果表明強度不足。釜體反應層壁厚的設計釜體材料1Cr18Ni9Ti,釜體材料許用應力為[σ]t=137MPa,筒體與封頭焊接形式采用雙面焊接、全焊透,焊接接頭系數為=0。然后采用內部貼補強圈的局部補強結構, 經過二次分析評定, 強度滿足要求。并對設備的無損檢測作了相關說明。

造成反應釜腐蝕的根源可歸結為一點, 即物料中含有一定量的Cl- , 特別是含有HCl。含有Cl-的物料一方面會使金屬發生晶間腐蝕, 這是由于設備在制造過程中焊接及熱變形, 溫度可升到910 ℃以上, 而奧氏體不銹鋼在400 ～ 850 ℃范圍緩慢冷卻時, 在晶界上有高鉻的碳化物Cr23C6 析出, 因此就出現了貧鉻區, 含鉻低于11%的不銹鋼在腐蝕的溶液(含Cl-溶液)中是不抗腐蝕的。從表面深入到內部, 使金屬失去了強度。釜體及夾套的壁厚計算釜體的設計及計算由于夾套內具有一定的壓力,計算釜體及其下封頭壁厚時,需同時考慮承受內、外壓力的情況。另一方面, 含有Cl -的物料有時還會導致奧氏體不銹鋼的應力腐蝕(是金屬在拉應力和腐蝕及一定的溫度的共同作用下所引起的)。

從反應釜控制的實際來說，其具有非線性和延遲性特點，復雜性很強，增加了溫度控制的難度。特性分析如下：

①從化學反應的實際來說，供熱系統會產生很多的變化，變化過程極易受外界環境因素的影響，而且化學反應過程變化趨勢具有差異性，所以使得反應釜成為非線性系統，溫度控制的難度增加。

②化工生產中的反應釜不僅體積大，而且熱容量很大，實際運行中隨時會產生吸熱反應與放熱反應，所以進行采集時會增加過程時間。

③反應釜內發生聚合反應時，生產用的化工原料也會發生變化，引發過程與物質變化，產生系列反應，比如吸熱反應和放熱反應等，生產的復雜性較強。