试论高压反应釜设计及制造要点

试论高压反应釜设计及制造要点

李桂菊

山东天元压力容器有限公司山东临沂276000

摘要：高压反应釜是我国目前高温化学反应最理想的装置，同时也是最容易发生泄漏的设备。因此相关操作人员要对高压反应釜的设计环节与制造环节加强重视，并严格按照标准程序进行，有效避免泄漏现象的发生，确保高压反应釜的质量。本文就高压反应釜设计及制造要点进行分析，以供参考。

关键词：高压反应釜；设计分析；制造要点

1高压反应釜的设计要点

1.1确定参数

开始高压反应釜设计工作前应先确定参数，只有确定了参数才能开始下一步的操作。参数确定主要包括两个方面，具体如下：

1.1.1压力设计工作、温度设计工作

若用户提供的都是最高的工作压力和工作温度，在这种情况下，相关设计人员一定要根据物料的性质特征来对排放装置的种类、形式等进行确定，然后再根据《钢制压力容器》附录中关于高压排放装置的相关要求来确定反应釜的设计压力和设计温度。

1.1.2高压反应釜的容积

高压反应釜的容积分为全容积和有效容积，通常情况下，用户提供的都是有效容积。在这种情况下，工作人员必须要能够根据安全生产的相关标准及时确定物料充装的系数，将其系数控制在0.5～0.95。对于某些有法兰结构容器的反应釜，物料充装的高度不能高过法兰结构容器的密封面。

1.2确定轴封型式

当前比较常用的轴封型式主要有机械密封型式、磁力传动密封型式、填料密封型式三种，接下来一起对轴封型式进行详细分析。

1.2.1机械密封型式

这种型式常被用在高转速、泄漏要求不高的条件下，它的使用压力也不高，常被用于小于6.2MPa的场合，但是这种型式的造价高，维护、使用起来也有诸多不便。

1.2.2磁力传动密封型式

这种型式通常被用于轴封泄漏条件较高的环境下，其特点是可把动密封转变成静密封，进而达到零轴封泄漏的目的，但其缺点是不适应于高温、高压的情况，主要是因为它的造价较高，而且维护起来较为困难。

1.2.3填料密封型式

这种型式通常用在转速低、泄漏要求相对不高的条件下，最大压力能够达到40MPa。优点是：维护、使用起来比较方便；缺点是：其转速容易受到填料种类和填料速度的不利影响。如果是在P≤6.4MPa，而且转速≤100rpm的情况下，就可以采用无油润滑单层填料函的结构；如果是在P>6.4MPa，而且转速>100rpm的情况下，可以通过设置高压油泵增加润滑，同时考虑到轴封处的镀铬处理，为了增加搅拌轴的耐磨性，可设置套管。

1.3确定轴间距和轴径

1.3.1对轴径的确定

需要根据搅拌轴转速、功率等操作条件对轴径进行估算，然后再按临界的转速、搅拌的强度对轴径进行校验。如果相关人员在此过程中无法对轴径做出计算，可以采用直接用电机功率减去各个传动副损耗功率计算出其功率的方法。

1.3.2计算出搅拌轴径在轴端处的摆动量。

1.3.3调整轴间距

如果发现搅拌轴的转速以及轴封处的摆动量达不到相关要求，可以适当的调整轴间距，并作重新验证，一般情况下两轴之间的距离为搅拌轴径的3倍，如果仍旧达不到要求，就需要重新考虑加快搅拌轴转速的问题了。

1.3.4确定轴封处搅拌轴的摆动量

轴封处搅拌轴摆动量的大小对轴封的密封性能造成直接的影响。因此要加强对轴封处搅拌轴摆动量大小确定工作的高度重视，如果在不能加大轴径、通过设置底部轴径仍然达不到相关要求的情况下，可以采用在反应釜底轴封处的旁边设置中间轴承的方式，加强对轴封处摆动量的控制。机械密封的摆动量要控制在0.05～0.09mm；填料密封的搅拌量控制在0.09～0.15mm。

1.4连接传动轴和输出

轴如果减速机采用了单支点，那就需要使用刚性连轴进行连接，如果采用了双支点，刚性联轴器和柔性联轴器都可以使用。

1.5选材和结构

1.5.1选择材料

材料特征主要包括化学腐蚀、应力腐蚀、晶间腐蚀等。在材料选择的环节，相关人员应当充分考虑材料的特征，合理选择材料，比如面对晶间腐蚀时，应选用经过固溶处理的碳钢或者不锈钢，因为这些材料能够一定程度上应对晶间腐蚀，最大限度地避免泄漏现象的发生。

1.5.2选择物料

如果发现物料有腐蚀现象的发生，应选用不锈钢，比如全不锈钢结构、不锈钢结构、复合板结构等，具体选择哪种结构还需要充分考虑各种不锈钢结构的优劣势，对比分析各类不锈钢结构的制造工艺、经济性能等，结合实际使用需求合理选择不锈钢结构。例如，若同时存在应力腐蚀与晶间腐蚀，为了最大限度地避免异常情况的出现，最好选择全不锈钢结构。

1.5.3内衬不锈钢结构的选择

内衬不锈钢结构主要包括两类，分别是传统型的灌铅式内衬不锈钢结构和胀贴式的内衬不锈钢结构，这两种结构适用范围不同，其优劣势也存在较大差别。其中，灌铅式内衬不锈钢结构由于釜体间与内衬之间填充有铅，具有较好的传热能力，较强的刚度，所以它不会出现结构突变的情况，目前这种结构主要被用在应力腐蚀环境中。然而，需要注意的是，在灌铅的环节，一定要对温度做出严格的管控，有效避免因为温度过高而对釜体造成损坏，再加上铅的熔点比较低，因此要将其温度控制在260℃内。

1.5.4选择合适的封头型式

反应釜封头的主要型式有半球型封头、平盖封头这两种，对于某些容积小的反应釜，需要选择平盖封头，从而实现与法兰容器结构的有效连接，而一些容积较大的反应釜，要根据其釜体受力、布置等特点选择半球型封头。

1.5.5将内筒与夹套组装起来

对于长度为15m的内筒部分需要采用立式组装的方式，在组装之前，要在夹套内增设两个导轨，导轨的长度最少为内筒长度的三分之一，并在套入三分之一后，使用导轨将内筒滑入夹套中。

1.5.6关于选材和结构注意事项的研究

在选材和结构设计环节需要注意这两点：首先，尽量体现结构的简单化：反应釜内各个结构的设计尽量体现简单化，始终遵循简洁、流畅的原则，尽量避免在反应釜的底部设置排污口，从而有效防止因物料聚积导致反应釜腐蚀性破坏现象的发生。其次，确保夹套锥部的强度：在进行套锥与反应釜连接处相关设计的时候，需要对套椎部的厚度进行校验，从而确保套锥部的强度。

2高压反应釜的制造要点

2.1釜体内外封头表面形状

无论使用的是灌铅式的结构还是胀贴式的结构，为了确保釜体内外封头表面的形状与另外一个封头表面的形状能够吻合，需要将已经成形的两个封头重新重叠并进行冲，用外封头作为模具，并组对内封头，从而有效避免两者组对后产生较大的间隙，降低组焊后焊接残余应力的缺陷。

2.2筒体开孔与其余接管组对

筒体与接管组对，应严格控制接管法兰端面与设备中心轴线的各形位尺寸，其中各搅拌系统相连接的法兰端面应保证水平。

2.3焊后检验

无损检测；第一，所有A，B类焊缝进行100%ＲT检测，II级合格。第二，所有C，D类焊缝进行100%PT检测，I级合格。酸洗铁污染；对设备所有内壁采用蓝点法进行铁污染试验，无蓝点为合格，并清洗干净。压力试验；须按要求试验值及相关规程执行。针对本设备满载水后，壳程载荷较大的情况，水压试验时须采用合理措施进行设备底部支承，以防止筒体形变。气密性试验；对釜体进行气密性试验，试验压力为2.0MPa。

结束语

综上所述，设计过程与制造要点是确保高压反应釜质量的前提条件，因此相数确定工作的高度重视；同时制造人员也要严格按照图样进行操作，并加强对制造过程的控制，从而有效提升高压反应釜的质量。

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