针对搪玻璃反应釜常见缺陷预防及修复的探讨

针对搪玻璃反应釜常见缺陷预防及修复的探讨

李啸

江苏省特种设备安全监督检验研究院徐州分院李啸

摘要：搪玻璃反应釜是化工、石化、制药等行业常用的生产设备，适用于各种浓度的有机酸、无机酸、有机溶剂及弱碱等介质或物料的反应、聚合、贮存、换热等化工过程。目前反应釜是多是用来进行化学反应的容器，样式较多，在化工企业生产中广泛被采用。由于反应釜内常常装有有毒有害的危险化学品，发生事故后果较之一般爆炸事故更为严重。本文对反应釜的常见缺陷预防及修复进行全面分析，这样可以提高搪玻璃设备的安全运行。

关键词：反应釜；缺陷；预防；修复前言随着科学的发展，技术在不断的进步，搪玻璃设备在工业生产上的应用越来越广泛，存在的问题及技术难题也较多。目前，搪玻璃设备是在我国化工类企业的常用设备、主要设备，由于搪玻璃设备制造、结构的特殊性，任何微小的缺陷、操作失误都能为企业带来不可估量的损失。又由于反应釜搪瓷层的耐腐蚀性、不粘性、绝缘性、隔离性、保鲜性、导热的独特性能不能被其它涂层取代，再有，外加剂蔡磺酸生产是化工生产比较突出的恶劣介质环境之一，为此，对搪玻璃反应釜的缺陷进行了解分析，可以有效的预防类似问题的出现及提高反应釜的修复效率。

1搪玻璃反应釜常见缺陷搪玻璃反应釜是将含硅量高的瓷釉喷涂到低碳钢胎表面，经900℃左右的高温焙烧，使瓷釉密着于金属钢胎表面而形成，由于这两种材料的机械性能和物理性能各不相同，因此搪玻璃反应釜的破损原因也多样，一般有以下几种常见缺陷原因：1.1机械损坏搪玻璃抗冲击力非常差，任何金属、硬物对其进行撞击均会导致搪瓷破损。因此反应釜使用过程中严防任何金属、硬物掉进釜内，如遇堵料，必须用塑料棒疏通，检修时盖好锅盖，严防焊渣熔化瓷面出现小坑或爆瓷。机械损坏一般都是人为因素造成的，包括有：（1）机械碰撞。主要是维修工具或口袋中的卷尺等小物品掉入罐内砸伤瓷面，或是随身的利器如鞋底的钉子皮带扣等擦伤搪瓷面。

（2）螺栓（或卡子）拧紧压应力过大或不均匀会引起爆瓷。

在拧紧螺栓时要用带计量的扭力扳手。在设备使用时，设备与设备之间的管道连接若没有安装膨胀节或波纹管（应靠近接孔安装），会导致设备接孔应力改变而引起爆瓷。

（3）运输或吊安装时违规操作，将搪玻璃设备的接孔当吊耳用。

（4）安装时电焊飞溅灼伤搪瓷面。

1.2热应力损坏反应釜经900℃高温焙烧，冷却后反应釜与钢板粘结在一起。由于搪玻璃的线膨胀系数和延伸率小于钢板，因此冷却后搪玻璃的变形量小于钢板的变形量，反应釜受到钢板的约束产生压应力。搪玻璃反应釜制成后，其搪玻璃即存在预压缩应力，而钢板则存在预拉伸应力。由于预应力与线膨胀系数和延伸率相关，线膨胀系数和延伸率与温度又密切相关，因此，反应釜的工作温度对搪瓷釜的使用影响很大。瓷层在常温下处在受压状态是相对稳定、安全的。如果将瓷层加热到一定的温度（约315℃），瓷层受到的压应力会从大到小，最后到无压应力状态。

这时瓷层损坏的风险是很大的，因为搪玻璃瓷层的强度会随着压应力的减小而降低。如果温度有突变，瓷层里的压应力也将会突变，引起瓷层“爆瓷”。搪玻璃设备温差急变损坏有四种情况：（1）夹套处于加热状态，此时罐壁温度与夹套介质温度相同，将冷却物料加进罐内，使搪瓷面突然受到冷却。

（2）夹套内通冷却水，罐壁温度与冷却水温度相同，将热物料加进罐内，使搪瓷面突然加热（如图2）。

（3）反应罐内贮存有冷的物料，罐壁温度与物料温度相同，将热的介质通入夹套内，使搪瓷面反面突然受热。

（4）反应罐内贮存有热的物料，罐壁温度与物料温度相同，将冷的介质通入夹套内，使搪瓷面反面突然受冷。

1.3超压损坏搪玻璃设备设计时，在一定温度下罐内及夹套有特定的压力或真空度，但当使用后，由于操作不当或在恶劣的条件下就会造成超压或真空度过高，使设备变形或失稳，导致瓷层脱落，从而破坏了搪玻璃面，影响了正常的使用，甚至罐壁都会腐蚀穿透。

1.4加工应力损坏在釜体加工过程中，由于卷筒、冲压、焊接产生大量的内应力，这些应力在搪瓷前应彻底消除，如消除不彻底会导致搪瓷爆瓷。这种损坏往往发生在投入使用后的头三个月。所以对胚体进行热处理或时效处理能防止爆瓷。

1.5静电穿刺反应釜内搅拌带有悬浮物的液体，悬浮物与搪瓷强烈的磨擦，同时悬浮物自身也产生磨擦，这样就产生大量的静电荷，高的静电荷对搪瓷产生强烈的穿刺作用，从而导致搪瓷点蚀，因此搅拌转速不宜太快。

1.6腐蚀反应釜的夹套在使用一段时间后会结垢和生锈，如果使用酸性除垢剂清除污垢或夹套中的冷却液偏酸性，都会导致金属发生腐蚀。

（1）碱的腐蚀。搪玻璃层一般不耐碱，碱对瓷层的侵蚀是通过OH-离子破坏硅氧骨架（≡Si-O-Si≡健）而产生≡Si-O-群，使SiO2溶解在溶液中。所以，在瓷层侵蚀过程中，不形成硅酸凝胶薄膜，瓷层的侵蚀程度与侵蚀时间成直线关系。

（2）氢氟酸及浓磷酸腐蚀。氢氟酸会严重腐蚀瓷层。氢氟酸与瓷层的主要成份SiO2反应，以蒸汽的状态形成SiF4。焦磷酸对搪玻璃设备的腐蚀是相当严重的，生成的反应产物不能形成连续的保护性膜层。

1.7基体材料不合格为了降低成本，有些厂家胚体采用Q235钢代用，直接导致钢材中的碳、硫在搪烧过程气化，使搪瓷层与基体间、搪瓷层内部形成大量气泡，导致搪瓷结合强度降低。搪瓷层遇冷热急变，极易爆瓷。所以反应釜选用含碳、硫低的钢材做胚体能防止爆瓷。

1.8搪烧质量欠佳有些搪玻璃反应釜生产厂家生产环境简陋、除锈防尘达不到标准，致使底釉与基体结合不好。有的减少搪烧遍数，增加每层厚度，使内因力过大，影响搪瓷釜使用寿命。因此严格按制造规程制造才能保证搪玻璃反应釜的质量。

1.9在役搪玻璃反应釜的鳞爆损坏初生态氢是在役搪玻璃反应釜产生鳞爆损坏的直接原因，有两种情况：一是夹套内进了酸（Ph值小于6）或搪瓷反面（金属壁）遇到残留酸液，在其表面产生氢，即初生态氢原子。这种氢（原子）在微观下通过金属组织内部的晶格，到达相反一侧的瓷层与钢板之间的界面后，滞留于此。当储存到一定量的压力后，就形成了向瓷面一侧的强推动力，使瓷层产生鳞爆现象。另一种情况是夹套内的冷却水或蒸汽腐蚀钢材，即锈蚀钢材（微电池作用）也会产生初生态氢（氢原子）引起鳞爆，特别是设备使用后再停一段时间，腐蚀会更厉害。

1.10“梯形”缺陷损坏这是一种在温差冲击和机械压力共同作用下产生的缺陷。

这仅发生在用蒸汽加热和冷却介质（如通过管道进入夹套的水）的反应罐里。在热循环结束时关闭蒸汽，剩余蒸汽冷凝形成真空，如果与夹套连接的冷却水阀门没有关掉，那么冷却水会被吸入夹套内从而冲击反应罐金属基体，改变应力，损坏瓷层。

这种损坏的特点是：即使温差在许可范围也会发生。该缺陷以一个或多个水平方向的裂缝出现在瓷层里，并有不同的长度，一个在另一个的下面，就象梯子的横档一样。

2搪玻璃反应釜的修复措施反应釜大面积搪瓷损坏，需将设备送制造厂重新搪瓷，费用约是新购置的1/4。损坏面积不大的可在现场进行局部修补。

采用现场快速修复，不用拆设备，只需打开人孔即可修复，修复后24小时即可投入使用。

2.1解决方案搪玻璃反应釜的破损修复材料必须具备下列条件：（1）耐腐蚀性优良；（2）耐热性能好，耐热温差小于120e，耐冷温差濒于110e；（3）耐磨损；（4）耐冲击。经过实验小试和反复论证，最终采用配制耐酸胶泥粘耐酸瓷板的方法对搪玻璃反应釜进行修复改造。具体是：以水玻璃为胶结剂，氟硅酸钠为硬化剂，掺入骨料铸石粉和工业泥胶，按一定的比例配制成耐酸胶泥；然后将耐酸胶泥胶结在搪玻璃反应釜内壁的破损处，还可局部粘贴耐酸瓷板，或整体内衬耐酸瓷板，经酸化处理后，养护一定时间即可使用。

2.2原材料要求（1）水玻璃（硅酸钠）：模数216~218，比重1142~1145，放置时间不宜过长。

（2）氟硅酸钠：纯度>95%，水分<1%，细度80~120目。

（3）铸石粉：耐酸度>98%，水分<1%，细度80~120目。

（4）工业胶泥：耐酸度>98%，水分<1%，细度80~120目。

（5）耐酸瓷板：耐酸度>98%，水分<1%，抗压强度>100MPa，表面光滑平整，无裂纹与缺角。

2.3修补方法（1）将破损处灰尘、脱落物等清除干净，用水清洗后，再用20%的盐酸进行2~3次酸化处理，然后擦干。

（2）按比例配制耐酸胶泥，操作中不能随意加水玻璃，现用现配，每次拌合量应控制在初凝前用完。

（3）对破损处底层先涂耐酸胶泥，再衬耐酸瓷板（或绑玻璃布），最后用耐酸胶泥进行胶结与覆盖。粘贴耐酸瓷板时，耐酸瓷板之间和缝隙必须用耐酸胶泥填满抹平。

（4）衬里基本干燥时，用20%左右的盐酸进行4~5次酸化处理，将未参与反应的氟硅酸钠分解成硅酸凝胶。酸化处理要求均匀，干燥后有白色结晶物析出，下次酸化时必须将白色结晶物去除干净，每次酸化时间间隔为10h左右。

（5）施工温度为15~30e，并防水、防曝晒，在干燥环境中养护一周时间。

3结束语搪玻璃反应釜的修复是件细致而要求较高的工作，只有根据其设备运行的条件，认真分析研究发生表面破损的原因，制定合理的修补方案，并严格控制修复各环节的技术指标及操作方法，才能优质、迅速、经济地修复，取得满意的效果。

参考文献：[1]辛成涛．对搪玻璃设备使用中玻璃层破损的探讨[J]．化工设备与管道，2010.[2]薛福连.K5000L搪瓷搅拌反应釜修复[J].石油化工设备，2011.[3]何琪，沈正峰.关于搪玻璃设备制造中几个问题的分析与探讨[J].医药工程设计，2012.