由于釜內(nèi)設(shè)計(jì)壓力為0.22MPa，選取機(jī)械密封212-90。支撐按JB/T4712.4-2007《容器支座》選擇A4 支座。在對(duì)客戶之前用的反應(yīng)釜使用過(guò)程中，機(jī)封部分在使用一段時(shí)間后出現(xiàn)微量泄露，在此次設(shè)計(jì)中增加了底軸承來(lái)控制軸的徑向跳動(dòng)，延長(zhǎng)了機(jī)械密封的使用壽命。針對(duì)客戶提出反應(yīng)物料有少量粗化晶粒，在此次設(shè)計(jì)過(guò)程中特別在內(nèi)筒四周設(shè)置了擋板，增強(qiáng)了攪拌的均勻程度，在之后用戶反饋意見收到用戶滿意的評(píng)價(jià)。:從安全的角度出發(fā), 給出反應(yīng)釜頂蓋與筒體焊接, 在一側(cè)開人孔的結(jié)構(gòu)。再按照文獻(xiàn)[1]的設(shè)計(jì)方法,考慮到頂蓋密集開孔的削弱和攪拌器等附件重量的影響,對(duì)頂蓋進(jìn)行整體補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì),終頂蓋厚度圓整到8mm?；陂_人孔的位置悖于常規(guī), 先采用常規(guī)設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)出頂蓋厚度, 然后分別采用無(wú)力矩理論和有限元軟件ANSYS作了應(yīng)力分析, 給出人孔接管與頂蓋及筒體相貫線上的一系列應(yīng)力分布曲線, 并參照J(rèn)B4732— 95《壓力容器分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》作了強(qiáng)度評(píng)定, 結(jié)果表明強(qiáng)度不足。然后采用內(nèi)部貼補(bǔ)強(qiáng)圈的局部補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu), 經(jīng)過(guò)二次分析評(píng)定, 強(qiáng)度滿足要求。并對(duì)設(shè)備的無(wú)損檢測(cè)作了相關(guān)說(shuō)明。

開孔邊緣沿接管環(huán)向各向總應(yīng)力及應(yīng)力強(qiáng)度的變化情況可以看出:

1)內(nèi)外壁相貫線應(yīng)力強(qiáng)度沿橫坐標(biāo)的變化趨勢(shì)基本相似, 且內(nèi)部相貫線的應(yīng)力強(qiáng)度值要比外部的大得多, 應(yīng)力強(qiáng)度值大約在接管環(huán)向90°附近(該位置為封頭沒有開孔時(shí)環(huán)向應(yīng)力為零的位置);

2)應(yīng)力強(qiáng)度出現(xiàn)極值的位置與圖5徑向、經(jīng)向與環(huán)向總應(yīng)力出現(xiàn)極值的位置基本一致。在0°～ 45°范圍, 隨著環(huán)向應(yīng)力的減小, 應(yīng)力強(qiáng)度也在逐漸減小, 在0°附近環(huán)向應(yīng)力達(dá)到負(fù)的值, 應(yīng)力強(qiáng)度出現(xiàn)了一個(gè)極大值,而其余兩個(gè)應(yīng)力幾乎保持不變或者發(fā)生緩慢的變化;在45°～ 90°范圍內(nèi), 隨著徑向和經(jīng)向應(yīng)力快速增加, 并達(dá)到值, 應(yīng)力強(qiáng)度在此范圍內(nèi)也快速增加, 在90°附近, 隨著這兩個(gè)應(yīng)力達(dá)到值, 應(yīng)力強(qiáng)度也出現(xiàn)了值, 此時(shí)環(huán)向應(yīng)力幾乎保持不變;在90°～ 125°范圍, 徑向與經(jīng)向應(yīng)力快速下降, 應(yīng)力強(qiáng)度也隨著快速減小且達(dá)到一個(gè)值, 在該范圍環(huán)向應(yīng)力同樣幾乎保持不變;在125°～ 180°范圍內(nèi), 徑向與經(jīng)向應(yīng)力基本保持不變, 而環(huán)向應(yīng)力的快速增加, 在180°出現(xiàn)一個(gè)極大值, 而應(yīng)力強(qiáng)度也繼續(xù)增加, 在180°相應(yīng)地出現(xiàn)了一個(gè)極大值。筒體一處有一直徑為300mm的鼓皰,可見此釜已嚴(yán)重腐蝕,尤其上封頭腐蝕嚴(yán)重,已直接影響投料生產(chǎn)。

造成反應(yīng)釜腐蝕的根源可歸結(jié)為一點(diǎn), 即物料中含有一定量的Cl- , 特別是含有HCl。含有Cl-的物料一方面會(huì)使金屬發(fā)生晶間腐蝕, 這是由于設(shè)備在制造過(guò)程中焊接及熱變形, 溫度可升到910 ℃以上, 而奧氏體不銹鋼在400 ～ 850 ℃范圍緩慢冷卻時(shí), 在晶界上有高鉻的碳化物Cr23C6 析出, 因此就出現(xiàn)了貧鉻區(qū), 含鉻低于11%的不銹鋼在腐蝕的溶液(含Cl-溶液)中是不抗腐蝕的。從表面深入到內(nèi)部, 使金屬失去了強(qiáng)度。以廢材作燃料的熱油爐在人造板生產(chǎn)廠得到較為普遍的采用,從而使一些工廠考慮省去蒸汽鍋爐,采用導(dǎo)熱油作為制膠反應(yīng)釜的加熱介質(zhì)。另一方面, 含有Cl -的物料有時(shí)還會(huì)導(dǎo)致奧氏體不銹鋼的應(yīng)力腐蝕(是金屬在拉應(yīng)力和腐蝕及一定的溫度的共同作用下所引起的)。

通常情況下, 可能有以下幾種材料可選作釜體的材質(zhì):①304 不銹鋼;②316 L 不銹鋼;③鈦等, 但通過(guò)對(duì)這些材料的鹽酸腐蝕速率圖及以上腐蝕原因分析可知, 普通的奧氏體不銹鋼已不在可選的范圍了, 而鈦又是一種很貴重的金屬, 且它與鋼之間的焊接技術(shù)還不成熟。其實(shí)選擇就是雙相不銹鋼2205, 主要有以下兩個(gè)原因:一是雙相不銹鋼在抗晶間腐蝕和應(yīng)力腐蝕方面, 特別是耐氯化物腐蝕的性能優(yōu)于奧氏體不銹鋼。試驗(yàn)表明, 在1 %的沸騰鹽酸中, 304、316L、鈦和2205 的腐蝕速率分別為:材料304, 316, TA, 2205, 腐蝕速率(mm/a)分別為304 ,0.3 , 0.2 , 0.1。攪拌器設(shè)計(jì)由于客戶方使用的介質(zhì)粘度較高，且使用過(guò)程中需要有較好的傳熱效果，所以選擇了錨式攪拌?？梢?205 鋼的耐鹽酸腐蝕性能明顯優(yōu)于其它三種材質(zhì);二是它的價(jià)格也不太昂貴?；?04 不銹鋼不能保證反應(yīng)釜長(zhǎng)期實(shí)際使用的事實(shí), 而雙相不銹鋼又對(duì)含Cl-等介質(zhì)具有良好的耐蝕性能, 故擬選擇2205 雙相不銹鋼作為反應(yīng)釜釜體的主要材質(zhì)。