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不鏽鋼反應釜爆破片的選型

发布日期:[ 2016年8月4日 ] 共阅[ 2140 ]次

爆破片裝置是一種壓力系統超壓泄放裝置,具有密閉性強(無泄漏),動作靈敏、准確、可靠,排放面積大小不限,適應面廣(如高溫、高壓、真空、強腐蝕、粘稠),廣泛應用于輕工、醫藥、化工、石化等工業部門。但爆破片裝置選用不當不僅使爆破片裝置的制造成本成倍增加,還會給使用設備帶來安全隱患。本文以某合成原料藥廠低壓加氫不鏽鋼反應釜爆破片裝置的選型爲例,介紹了氣體超壓工況下不鏽鋼反應釜爆破片裝置的選用方法。

1爆破片的種類

爆破片裝置由爆破片和夾持器兩部分組成。爆破片是在標定爆破壓力及溫度下爆破泄壓的元件,夾持器則是在容器的適當部位裝接夾持爆破片的輔助元件。爆破片裝置(以下均簡稱爆破片)的種類有以下幾種:正拱形、反拱形、平板形及石墨爆破片,詳見下表:

2爆破片的選型

某合成原料藥廠低壓加氫不鏽鋼反應釜公稱容積2m3,反應溫度爲28℃,反應壓力:0.60MPa(絕壓),反應時間6h。反應過程中以過量的氫氣來維持不鏽鋼反應釜的壓力,反應過程中不産生其他氣體副産品,氫氣進料管徑爲DN15。不鏽鋼反應釜內物料:氫氣、甲醇、純化水、3-(N嗎啡啉)丙磺酸、四氫呋喃、钯炭(催化劑)、縮合物等。其爆破片的選型步驟詳見以下分析。

(1)選擇爆破片的結構型式

正確選擇爆破片的結構型式,應綜合考慮以下幾個方面的內容:

a.工作壓力

工作壓力較高的工況(工作壓力>1.0MPa)宜選用正拱普通型或平板形爆破片;工作壓力較低的工況(工作壓力≤1.0MPa)宜選用反拱形或正拱開縫型、正拱帶槽型爆破片。

b.抗疲勞性

當不鏽鋼反應釜內爲有毒、可燃、易燃易爆介質或劇烈循環工況時應選用抗疲勞性“好”或“優”的爆破片。

c.爆破時有無碎片

當爆破片與安全閥串聯使用或不鏽鋼反應釜內爲有毒、可燃、易燃易爆、貴重介質時,應選擇爆破時無碎片的爆破片。

d.是否引起撞擊火花

當不鏽鋼反應釜內爲可燃、易燃易爆介質時,應選擇不會引起撞擊火花的爆破片。

e.工作相態

正拱形、平板形及石墨爆破片均可用于氣體、液體超壓介質,反拱形爆破片僅可用于氣體超壓介質。

通過以上分析可知,該加氫不鏽鋼反應釜爆破片的結構型式可選用反拱帶槽型或正拱帶槽型,其中反拱帶槽型抗疲勞性要優于正拱帶槽型,故該加氫不鏽鋼反應釜選用反拱帶槽型爆破片。

(2)選擇爆破片的制造材料

制造爆破片常用材料有石墨、鋁、銅、鎳、奧氏體不鏽鋼、鎳基合金(蒙乃爾、因康鎳、哈氏合金)等。在選擇爆破片的制造材料時,主要考慮爆破片在工作環境中的使用溫度及耐腐蝕性。

a.石墨:最高允許使用溫度爲200℃,對大多數介質均具有較好的耐蝕性能,一般用于高腐蝕的工況。

b.鋁:最高允許使用溫度爲100℃。鋁在大氣、水及pH爲4.5~8.5的溶液和其它氧化環境中,具有良好的耐蝕性;耐有機酸、濃硝酸和溶劑的腐蝕。但在還原性環境,強酸和強堿中會發生全面腐蝕。

c.銅:最高允許使用溫度爲200℃。銅在中性鹽、弱堿、非氧化性酸的環境中有良好的耐蝕性。但銅在氧化性介質、氧化性酸、濃堿或能生成絡合銅離子的堿、硫化物的環境中都易發生腐蝕。銅在含氫或一氧化碳的還原性氣氛中,氫或一氧化碳易與晶界的氧化亞銅(Cu20)作用産生“氫病”,所以在還原性氣氛中應盡量避免使用銅制爆破片。

d.鎳:最高允許使用溫度爲400℃。鎳有較好的耐蝕性能,能耐強堿,但不耐硫化物、氧化性酸及含有氧化劑的溶液腐蝕。鎳鈍化時能吸大量的氫,粒度越小,吸收量越大,所以在氫氣環境中應盡量避免使用鎳制爆破片。

e.奧氏體不鏽鋼:最高允許使用溫度爲400℃。奧氏體不鏽鋼在大多數有機酸、堿、中性或堿性鹽的環境中,均有良好的耐蝕性。但奧氏體不鏽鋼在非氧化性酸的介質中不耐腐蝕,在含CL-,OH-等離子的溶液中,不耐腐蝕,且在一定的溫度和壓力下,與氫氣長期接觸可能産生“氫脆”。

f.鎳基合金:相對于鋁、銅、鎳、奧氏體不鏽鋼等材質有更好的的耐蝕性。蒙乃爾、因康鎳、哈氏合金均屬于鎳基合金。

蒙乃爾合金:最高允許使用溫度爲430℃。蒙乃爾合金耐腐蝕性能與鎳和銅相似,一般情況下更優越些。但蒙乃爾合金不耐氧化性酸和其他強氧化性溶液、熔鹽、含硫氣體的腐蝕,在鹽酸或鹵素鹽、大多數有機物環境中耐腐蝕效果一般。

因康鎳合金:最高允許使用溫度爲480℃。因康鎳合金的耐腐蝕性能與奧氏體不鏽鋼相似,耐高溫性能超過奧氏體不鏽鋼。

哈氏合金:最高允許使用溫度爲480℃。哈氏合金是所有材料中耐蝕性能最好的,幾乎能耐各種介質的腐蝕。

通過以上分析可知,該加氫不鏽鋼反應釜爆破片的制造材料應選用哈氏合金。

(3)確定爆破片的制造範圍

制造範圍是由用戶選擇的商業性技術指標,與爆破片的制造成本有關,制造範圍越大,爆破片成本越低,反之越高。

反拱帶槽型爆破片的制造範圍詳見下表:

在較高的壓力環境中,宜選用“1/2範圍”或“0範圍”;在較低的壓力環境中,宜選用“全範圍”或“1/2範圍”。

綜合考慮爆破片的制造成本及反應工況確定該加氫不鏽鋼反應釜爆破片的制造範圍應選用“1/2範圍”。

(4)確定爆破片的泄放壓力

(5)確定爆破片的安全泄放量

(6)確定爆破片的最小泄放面積

3結論

通過以上分析可知,在選用爆破片時應確定爆破片類型、爆破片材料、爆破片制造範圍及泄放壓力,同時還要確定不鏽鋼反應釜的安全泄放量及最小泄放面积,才能确保爆破片能及时动作,保护不鏽鋼反應釜。

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