近年來，濕法生產泡花堿(玻璃)使用的反應釜，趨向大型化，基本連續(xù)生產。因釜內有石英砂、燒堿、蒸汽等介質，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，不僅價值數萬元的設備報廢，有的還危及安全。1993年 9月，某廠一臺玻璃反應釜的入孔角焊縫在正常使用中突然開裂而造成報廢，嚴重影響了生產。該玻璃反應釜為 1986 年 l2月制造 ，設計資料齊全，制造質量較好，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20g；裂開部位在入孔接管側面，沿角焊縫焊趾方向長200mm。由于處理及時，未造成其它損失 。因此有必要對水玻璃反瘦釜的磨損問題進行討論，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。新釜投用一段時間后，釜體即有磨損。第二攪拌葉以下部位是嚴重磨損區(qū)域，下封頭和簡體下部減薄較嚴重，在攪拌軸支架與簡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(xiàn)深5一7mm的凹坑，面積形狀不一，有的甚至出現(xiàn)穿孔漏料，無法繼續(xù)生產。另外，筒體、封頭的縱、環(huán)焊縫也易出現(xiàn)條狀溝槽，深3—5mm，形似咬邊。因為上述部位易出現(xiàn)應力集中，不進行修理是無法繼續(xù)使用的。

    釜內物料的反應為

    NSiO2+2mNaOH→mNa2O ·nSiO2+mH2O

    2、原因分析

    徐州市許多廠家的玻璃反應釜都存在嚴重磨損，我們對上述出現(xiàn)入孔開裂的玻璃反應釜進行了檢驗和分析。經檢驗發(fā)現(xiàn)，該釜下半部簡體剩余壁厚 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)，開裂處僅為2.0mm。經查閱設計資料和實際計算得知，簡體計算壁厚為 6mm，接管計算壁厚 2.2mm，腐蝕裕量3mm，而簡體原壁厚 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裂的原因是開孔補強不足和接管強度不足。開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；另一原因是開孔附近大面積減薄造成的開孔補強不足。該玻璃反應釜實際厚度20mm，遠大于計算厚度加腐蝕余量，采用整體補強。經計算，其簡體、接管和焊縫多余金屬提供的補強面積為 5676m㎡ ，大于開孔應需補強的面積3096m㎡ ；使用7年后，由于壁厚減薄，簡體、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，對開孔有補強作用，故該廠在使用中忽視了開孔部位的檢查，盡管發(fā)現(xiàn)磨損嚴重，但僅按有關標準對簡體壁厚進行校核，并未校核開孔補強處。入孔附近的壁厚減薄，最終導致補強嚴重不足，開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，沿著強度最弱的角焊縫焊趾部位開裂。

    設計中應考慮的問題

    上述玻璃反應釜使用幾年就損壞了，從設計角度來看，簡體壁厚余量大并未對延長使用周期起到太大作用。近年來，有的同規(guī)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題的好辦法。我們認為，設計中應注意以下問題：

    (1)設計中腐蝕余量的選取要有依據。在泡花堿生產中，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(xiàn)，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，要針對情況，選取壁厚?？?/span>以采用簡體下部加大壁厚舶方法，但過渡段的長度要大于國標GB150-89規(guī)定的數值。

    (2)設計時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，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孔補強韻設計計算，便于使用單位掌握開孔補強的情況。

    (3)入孔等布置要合理。入孔要避開攪拌葉部位，縱、環(huán)縫也應避開攪拌葉部位，并在圖紙中要求將焊縫磨平。內部的進、出料管距筒壁不能太近，防止對簡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。我們經過調查和分析，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，特別是檢查開孔附近的壁厚減薄情況。強度校核時不僅要校核簡體和封頭強度，更要校核開孔補強處，不能認為開孔補強問題在設計時已經考慮過，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。

    應該按照有關規(guī)程，定期邀請專業(yè)檢驗單位對玻璃反應釜進行檢驗，對危及安全的缺陷，及時發(fā)現(xiàn)和處理，消除隱患，保證安全運行。

    (2)改變工藝條件。根據經驗，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，在布置工藝管線時，每個玻璃反應釜都應有回配砂管路，即每個釜均有機會作回配玻璃反應釜 (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，沖刷線速度就大，對容器的磨損就嚴重。實踐證明，可將攪拌轉速由80r/min降低至40r/min，轉速減半，釜內物料反應時間并不需要增加一倍，對于使用時間較長的玻璃反應釜，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 通過經常改變攪拌旋轉方向，使開孔處各部位均勻減薄，防止單一部位嚴重磨損，可延長釜的使用壽命。

    (4)改變釜內結構。攪拌葉對應部位磨損比較嚴重，如果此區(qū)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，與簡體緊貼，上、下各布置六個角鐵一螺栓連接裝置，襯板寬500mm，厚3mm。經常檢查螺栓連接是否牢固，以防襯板落下，影響攪拌。檢驗時應拆下襯板，檢查簡體磨損情況。

    攪拌軸的支架，一般每半年更換一次位置，將原支架去除后，打磨至與簡體平齊。

    玻璃反應釜由于工況特殊，磨損問題目前尚無更好的解決方法，一些單位采取上述措施后，磨損減輕，使用周期延長，安全狀況改善。有關研究、設計、使用單位應進一步采取措施，從生產工藝、設計、維護等方面有所改進，使其安全經濟地運行。