反应釜过热变形失效对策分析
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摘要：就实际生产经验来看，受生产条件和工艺影响，部分反应釜温度控制不当，过热产生变形失效。面对此种问题，必须要确定反应釜过热变形的原因，然后提前采取措施进行有效应对，做好温度控制，从根源上来排除此类情况的发生。本文简单分析了反应釜过热变形失效应对策略。
关键词：反应釜;过热变形;失效对策
反应釜是化工生产的重要设备，如果其出现异常，将会对整个生产效果和安全产生影响。为更好的保证生产环境安全性，提高工艺执行策略，必须要就常见的反应釜过热失效问题进行分析，确定温度控制不良的原因，然后从专业角度出发，提出针对性策略，解决存在的问题，保证反应釜生产温度符合工艺要求。
1 反应釜工作特性
反应釜是化工企业比较常见的一种反应压力容器，可用于对化工物料的见加温、加热、加压以及冷却，并得到新产品。在实际生产中，反应釜多处于高温高压状态下，如果温度控制不当便会出现过热变形问题，同时还伴随着壁厚减薄、材料性能劣化等问题，严重削弱了反应釜的安全性能，并且对整个生产带来了巨大的威胁。化学生产工况十分复杂，反应釜内反应机理同样复杂，再加上催化剂类型、外界条件以及原料添加量等因素的变化，也会对反应釜状态产生影响。总结实践生产经验来看，反应釜温度控制主要受工况工艺影响，想要避免过热变形失效问题的产生，首先要做的就是要熟练掌握每一个工艺环节。一般可以从以下几个方面来进行，例如供热制度控制，将反应釜内的反应温度控制在一个恒定状态[1]。以及对反应釜类型和结构进行控制，提高整个反应过程的密封性，搭配稳定的压力控制，提高物料反应的充分性等。
2 反应釜温度控制难点
2.1 控制难度高
化学生产中，添加的物料总量、工艺温度以及压力等条件的差异，也会对反应釜内的反应状态产生影响，再加上外界条件的影响，进而决定了整个反应过程温度控制的复杂性以及高难度。反应过程中会伴随着放热，热量不均匀，如果无法及时将多余的热量排出，就会造成反应釜内温度升高，极有可能会出现“聚爆”。另外，如果排出的热量过多，也会导致反应釜内温度体系失去稳定，所得产品质量降低。想要提高反应釜温度控制有效性，必须要安排专业经验丰富的人员负责，熟悉每一个生产步骤，可以根据生产需求来灵活调整温度，确保反应温度符合生产条件[2]。
2.2 工艺复杂性
化学反应过程中，物料之间的变化会促使供热系统产生一定变化，并且此过程很容易受到外界因素的干扰，再加上反应过程变化趋势明显存在差异，就使得整个反应釜成为了一个非线性系统。就化工企业生产工艺来看，常用的反应釜体积以及热容量非常大，随时都可能发生吸热和放热反应，这样就导致采集所需时间更长。另外，当反应釜内部产生聚合反应时，物料产生变化的同时，会伴随着一系列的吸热、放热等情况，需要生产人员随时根据实际情况来进行灵活调节，以便于更好的应对复杂多变的反应过程。
3 反应釜过热变形失效应对策略
3.1 反应釜设备
3.1.1 反应釜状态
以某化工企业的反应釜设备为对象进行分析，对该设备进行检验确定其实际状态。该反应釜实际生产中为直接接受火焰加热，下封头局部以及整个筒体均被保温墙体包围。安装时将釜体整个穿越2层工作平台，燃烧室设置在第二层平台，且在顶层工作平台上设置有封头、人孔、安全附件以搅拌设施。生产时是应用简单净化后的焦炉煤气对反应釜进行加热，可燃成分包括CH4、H2、CO等，火焰温度最高可达到980°C，介质温度为390°C，而烟室烟道内温度可达到700°C，全天24h持续运行[3]。整个加热生产过程中，容器内顶部会产生易燃易爆气态介质，并含有H2S成分。按照初步生产设计，确定每天物料总处理量为200t，但是实际生产可处理总物料400t。对设备检验后发现内壁存在30mm左右的结焦，需要每次一个半月周期结束后停机处理。
3.1.2 检验结果分析
经过对反应釜的总体检验后可发现，存在两处变形。一处位于与下封头和筒体连接环焊缝相距1600mm的筒体，表现为弧长1700mm的大面积环向带状过热变形区，最大深度可达50mm，最小壁厚13.3mm。并且，筒体此部位外壁与燃烧室相对。另一处为上述变形区域的对面与封头和筒体连接环焊缝相距1600～2650mm部位，表现为弧长1050mm的大面积环向带状过热变形区，最大深度可达30mm，最小壁厚为22.6mm。且此部位为高温烟气第一个转向部位。另外，分析硬度检验结果可知，变形区域硬度值更高，且材料性能劣化加重，强度校核以后发现剩余壁厚已经无法满足安全生产需求。
3.2 变形失效原因
3.2.1 材料原因
本设备所采用的材料为15CrMoR，其属于中温抗氢钢，多采用正火+回火的方式进行热处理，当温度低于550°C时，其可保持较高的持久强度，但是如果长时间处于恒温、恒应力条件，就会出现缓慢塑性变形蠕变的情况。不同材料出现此情况的温度条件存在差异，一般在温度达到0.3～0.4T以上时，金属材料才会出现明显的蠕变（Tm表示材料熔点，单位为K）。基于本反应釜长时间处于300～400°C溫度条件，蠕变因素会对设备变形造成一定影响。
3.2.2加热原因
本设备生产时直接受火焰加热，即在反应釜外围砌筑耐火墙，然后在筒体下建立燃烧室，焦炉煤气会直接与釜接触侧向加热，且全面持续24h作用。当火焰温度达到900°C时，烟道温度也会达到700°C左右，且烟道出口温度在500°C左右，完全超出设备承受的设计温度。并且，此种加热方式产生的热量过于集中，会导致釜壁局部温度过高，最终造成筒体局部过热变形失效。
3.2.3 烟气原因
经过检验后确认此设备保温墙并未严格按照设计来施工，化工生产时高温烟气并未在1层进行热交换，而是直接进入到第2层，然后转烟室绕筒体旋转180°后进入到第3层，持续旋转90°后进入到第4层，最后旋转90°后进入第5层，旋转180°后经由烟囱排出。这样高温烟气在进入到第2层转弯位置时依然存在较高热量，持续以往就会促使该部位过热变形。另外，各层烟道还存在烟气短路问题，无法实现热量的充分交换，热量利用率过低，很容易造成能源浪费。
3.3 过热变形应对策略
3.3.1 设计调整
对设备烟道流程进行了改造，于1层烟道受火焰加热的筒体外壁增设挡火墙，确保受热均匀，避免热量直接冲刷筒体。同时1层烟气入口上部以及每层侧面均设置有挡烟墙，确保烟气围绕筒体旋转360°后再上升进入到2层。以此类推，烟气逐层上升到5层，最后通过烟囱排出，避免整个过程中积累过多热量造成筒体过热变形。并且，还可以延长烟道流程，避免过程出现烟气短路问题，利用高速搅拌设备运行，提高热量交换效率，减少资源浪费。
3.3.2 安装检查
反应釜安装施工必须要严格按照设计图纸来进行，尤其是要注意加热方式、外围烟道设计布置、介质特性等方面，避免火焰直接冲刷承压部件，避免设备构件过热变形失效。同时，还需要做好年度检查，制定详细的检验计划，及时发现存在的隐患，确保在第一时间消除，避免事故的发生。
4 结束语
反应釜在生产中应用非常多，其性能状态在很大程度上决定了生产效率，一直以来都是重点监管对象。分析反应釜过热变形的原因，然后根据实际生产需求来提出应对优化策略，通过设计调整与监督管理，保证设备可以保持良好的运行状态。
参考文献：
[1]高晴，张莉，薛旭璐，韩仪洒，谭海燕.改进PID在反应釜温度控制系统中的应用研究[J].测控技术，2018，37（07）：136-139.
[2]刘曜遵.化工生产中反应釜温度控制与维护措施[J].化工设计通讯，2018，44（01）：101.
[3]李冀.反应釜过热变形失效分析及对策[J].工业安全与环保，2017，43（12）：25-27.
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