0引言

用于氯化工藝的反應(yīng)釜按照其制造結(jié)構(gòu)可分為開式平蓋式反應(yīng)釜、開式對焊法蘭式反應(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。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)合于一體的獨特性能很大地擴展了設(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，而且屬于國家安監(jiān)局重點控制的15種危險工藝之一。因此在保證正常生產(chǎn)的同時，安全問題也是重中之重，要警鐘長鳴。

1搪玻璃反應(yīng)釜的特點

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)定性和金屬強度的雙重優(yōu)點，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：對各種有機酸、無機酸、有機溶劑均有較好的抗蝕性。

（3）耐堿性：搪玻璃對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，試驗溫度80℃，時間48h。

（4)操作溫度：搪玻璃設(shè)備加熱和冷卻時，應(yīng)緩慢進行。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，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酸堿物料交替進行的反應(yīng)過程。

2存在的問題及原因分析

2.1存在的問題

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)計成在釜內(nèi)法蘭連接，冷凍鹽水的進出管由釜蓋進入釜內(nèi)，并與內(nèi)盤管通過法蘭連接。冷凍鹽水的進出口在釜蓋上成對稱分布（如圖1）。這樣的設(shè)計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1年多時間的使用后，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)。現(xiàn)場排查原因認為初步認定是內(nèi)盤管破損泄露造成，決定進釜檢查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)內(nèi)盤管完好無損。接下來排查盤管的水壓，發(fā)現(xiàn)泄露點位于內(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)）對搪瓷的質(zhì)量起著重要的作用。

（2)考慮反應(yīng)工藝過程和參數(shù)控制。氯化反應(yīng)是一個放熱過程，尤其在較高溫度下進行氯化，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；常用的氯化劑氯氣本身為劇毒化學(xué)品，氧化性強，儲存壓力較高，這些都對管道造成很大的壓力，尤其隨著時間的推移，管壁腐蝕越來越厲害，壁厚越來越薄，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，特別是三氯化氮積累后，容易引發(fā)爆炸危險；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，搪玻璃反應(yīng)釜價格較高，目前常采用的方法為先制備低聚物，用改進技術(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行固相增粘時會產(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)鼓中國相增粘時常常會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沉積在抽真空管的管道中，造成管道阻塞，無法進一步增粘，同時會造成物料顏色變黃。

綜合考慮，認為從設(shè)備結(jié)構(gòu)改進較合理。考慮到內(nèi)盤管的材質(zhì)為TA2，質(zhì)量較輕，強度和剛度不高。在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，為了增加剛度，建議對兩個進出法蘭接口進行受力分析，克服其不利因素，讓其起到固定作用。在實際生產(chǎn)使用過程中，內(nèi)盤管內(nèi)充滿了流動的冷凍液，其自身的重力和流動壓力給整個內(nèi)盤管產(chǎn)生了一個很大的壓力。這個壓力一部分轉(zhuǎn)移到了法蘭連接處，形成了一個較大的拉伸應(yīng)力。法蘭的連接螺栓經(jīng)過長時間受力，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。再加上在攪拌裝置工作的過程中，流動的物料也對內(nèi)盤管產(chǎn)生一定的旋轉(zhuǎn)力，這個力比較復(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，這三個力的合成力不斷傳遞到兩個法蘭的結(jié)合連接處，使螺栓斷裂，從而連接處出現(xiàn)開裂，導(dǎo)致冷凍液從法蘭連接處泄露出來，進入到產(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)改進措施及工藝控制

在實際的生產(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)能擴產(chǎn)時，提出改進措施如下：反應(yīng)釜采用復(fù)合鈦材質(zhì)，冷凍鹽水的進口可以從反應(yīng)釜的簡體偏上方進入釜內(nèi)，法蘭連接處設(shè)置在釜體外部，盤管的進口管路與釜壁固定。因為金屬材質(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）。改動后，單根盤管的剛性大大增加，在物料運行過程中，不易變形、松動、脫離，克服了原來結(jié)構(gòu)作為一個整體帶來的缺陷。

配合更改后的結(jié)構(gòu)設(shè)計，需要從工藝參數(shù)上進行加強和控制，為保證安全生產(chǎn)，響應(yīng)國家安監(jiān)局的號召，實際生產(chǎn)中要重點監(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；進料緩沖器；緊急進料切斷系統(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報警裝置等。

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、單向閥及緊急切斷裝置等。

4結(jié)語

通過這次結(jié)構(gòu)上的改造和加強工藝參數(shù)的控制，徹底解決了冷凍鹽水泄露到成品中的難題，改進結(jié)構(gòu)后實施到現(xiàn)在，10立方反應(yīng)釜設(shè)備運行平穩(wěn)，很大地提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和品質(zhì)；同時，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，提高了設(shè)備的使用壽命。