符海龍

（南通星球石墨股份有限公司，江蘇 如皋 226541）

1 用戶(hù)反饋描述

某設(shè)備制造公司承接制造的二合一石墨氯化氫合成爐項(xiàng)目蒸汽閃發(fā)罐設(shè)備，規(guī)格是Φ1600×2000×10mm，材質(zhì)為Q345R，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)如表1所示。該設(shè)備投產(chǎn)后使用三年多來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)正常，然而，某一天在該設(shè)備外側(cè)表面，出現(xiàn)多處源源不斷向外噴出霧狀過(guò)熱水的泄漏現(xiàn)象，由于該設(shè)備介質(zhì)是0.8MPa的飽和水蒸汽，屬于承壓設(shè)備管轄范圍，因而給用戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)區(qū)域帶來(lái)了安全隱患。

表1 蒸汽閃發(fā)罐設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表

2 現(xiàn)場(chǎng)分析

在該設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)泄漏區(qū)域周?chē)M(jìn)行厚度檢測(cè)。測(cè)得結(jié)果顯示，整個(gè)泄漏區(qū)域厚度在2.1～8.4mm之間不等，此臺(tái)蒸汽閃發(fā)罐的介質(zhì)是飽和水蒸汽，局部減薄和泄漏部位位于筒體飽和蒸汽進(jìn)口b的正對(duì)面180°的位置（如圖1所示），減薄的范圍大約是Φ1200mm的圓曲面，只要是從飽和蒸汽進(jìn)口b處所噴射到的范圍均有減薄的現(xiàn)象。而泄漏點(diǎn)出現(xiàn)在Φ600mm左右的圓形曲面范圍內(nèi)，共計(jì)出現(xiàn)5處針狀小孔向外噴出霧汽狀過(guò)熱水?，F(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)厚度示意圖如圖2所示。

圖1蒸汽閃發(fā)罐管口方位圖

圖2 泄漏處圓周測(cè)厚數(shù)據(jù)（mm）

3 蒸汽閃發(fā)罐工作原理

從圖3中可以看出，蒸汽閃發(fā)罐中的飽和水蒸氣介質(zhì)，是來(lái)自于二合一石墨氯化氫合成爐中的過(guò)熱水+濕蒸汽，進(jìn)入蒸汽閃發(fā)罐中部分汽化后，蒸汽從上封頭接管處往外輸送，另外一部分過(guò)熱水從罐體下半部位接管再次回流到二合一石墨氯化氫合成爐殼體中。所以蒸汽閃發(fā)罐中的液位保持在罐體的一半高度。也即該臺(tái)蒸汽閃發(fā)罐罐內(nèi)的上半部是蒸汽氣相空間，而下半部是過(guò)熱水液相空間[1]。該蒸汽閃發(fā)罐是副產(chǎn)蒸汽二合一石墨氯化氫合成爐主要配套設(shè)備之一，而二合一石墨氯化氫合成爐是化工行業(yè)生產(chǎn)氯化氫的關(guān)鍵裝置，是以氯氣、氫氣為原料完成氯化氫燃燒合成、氯化氫冷卻、氯化氫合成燃燒熱的利用，產(chǎn)生過(guò)熱水以供副產(chǎn)蒸汽的石墨制氯化氫合成爐，可簡(jiǎn)稱(chēng)副產(chǎn)蒸汽合成爐[2]。二者可以形象的比喻為一對(duì)一的從屬關(guān)系。

圖3 蒸汽閃發(fā)罐與二合一石墨氯化氫合成爐管口連接圖

4 泄漏產(chǎn)生機(jī)理

二合一石墨氯化氫合成爐中介質(zhì)是濕蒸汽+過(guò)熱水，用物理名詞來(lái)形象比喻，是同時(shí)具備動(dòng)能和勢(shì)能的組合體。其自身含有的巨大蒸汽潛熱，在通過(guò)狹小的管道空間輸送時(shí)，管道內(nèi)部產(chǎn)生激烈的汽水湍流，奔向蒸汽閃發(fā)罐。某設(shè)備制造公司制造的蒸汽閃發(fā)罐一種規(guī)格Ф1600直徑的是5.2m3容積，另一種規(guī)格Ф1400直徑的是3.8m3容積，上述兩種規(guī)格型號(hào)的蒸汽閃發(fā)罐根據(jù)二合一石墨氯化氫合成爐型號(hào)的大小，與之分別配備Ф219×8mm、Ф273×8mm或者Ф325×10mm的三種規(guī)格的管道接管，與二合一石墨氯化氫合成爐過(guò)熱水管口相連接，而蒸汽閃發(fā)罐是一個(gè)密閉的有限空間，與其配套的二合一石墨氯化氫合成爐介質(zhì)濕蒸汽+過(guò)熱水輸送管道相比較，其空間擴(kuò)大了無(wú)數(shù)倍，加上傳輸過(guò)程中高溫、高壓兩參數(shù)同時(shí)存在，到達(dá)蒸汽閃發(fā)罐時(shí)瞬間得到釋放，直接噴射到b接管對(duì)面內(nèi)側(cè)表面。

5 泄漏原因分析

在蒸汽閃發(fā)罐正常運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，當(dāng)液體介質(zhì)（水）達(dá)到飽和蒸汽壓力時(shí)，液體介質(zhì)（水）就開(kāi)始汽化而形成氣泡，此時(shí)氣泡隨湍流在流動(dòng)過(guò)程中瞬時(shí)得到釋放而到達(dá)蒸汽閃發(fā)罐內(nèi)部空間，氣泡瞬時(shí)潰滅。在氣泡潰滅的瞬間，氣泡周?chē)囊后w迅速侵入氣泡潰滅形成的空穴，無(wú)數(shù)微小氣泡形成后又瞬間破滅,形成高度局部化的沖擊力，由此造成金屬損失[3]。因而也就產(chǎn)生了“汽蝕”現(xiàn)象，而水擊又是“汽蝕”現(xiàn)象的主要特征。由于水擊反復(fù)不間斷撞擊，致使金屬表面（蒸汽閃發(fā)罐內(nèi)壁）受到疲勞破壞，而且，在高溫和高壓的雙重因素作用下，液體滲入和流出金屬的孔隙，迫使金屬離子脫離母體而被液體帶走，從而使金屬表面出現(xiàn)一個(gè)個(gè)空穴或凹坑，產(chǎn)生了嚴(yán)重的點(diǎn)蝕，從而使得所噴射到的范圍內(nèi)的筒體壁厚減薄，直至穿透，因而形成了圖2中Ф600mm圓形曲面中5處泄漏點(diǎn)。

6 防范措施探討

（1）綜合上述原因分析，初步考慮在設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)碳鋼材質(zhì)的蒸汽閃發(fā)罐，在飽和蒸汽進(jìn)口b接管對(duì)面內(nèi)側(cè)表面增加了一塊Φ500mm直徑，壁厚與筒體厚度同等的“防沖擋板”，以“防備”擊穿（如圖4所示）。簡(jiǎn)而言之，就是增加局部的板材厚度，以換取設(shè)備“安全運(yùn)行”。某設(shè)備制造公司近三年來(lái)制造的蒸汽閃發(fā)罐Ф1400直徑規(guī)格和Ф1600直徑規(guī)格近百臺(tái)蒸汽閃發(fā)罐產(chǎn)品，均采用此方案來(lái)減弱“汽蝕”穿透泄漏現(xiàn)象的發(fā)生。但現(xiàn)實(shí)情況下，筒體直徑越大與之相對(duì)應(yīng)噴射到的范圍肯定越大，加上工作壓力和工作溫度的不同，噴射到的面積亦不盡相同，顯然此方法存在著欠妥當(dāng)之處；

圖4 增加防沖擋板圖

（2）將上述方法優(yōu)化，根據(jù)蒸汽閃發(fā)罐筒體直徑的大小不同，確定不同直徑的防沖擋板才顯得更合情合理，例如：Ф1400直徑規(guī)格的蒸汽閃發(fā)罐，采用Ф600mm直徑的防沖擋板，Ф1600直徑規(guī)格的蒸汽閃發(fā)罐，采用Ф800mm直徑的防沖擋板；

（3）在飽和蒸汽進(jìn)口b接管處設(shè)置可拆卸防沖擋板裝置，并提示用戶(hù)每年根據(jù)此防沖擋板的減薄情況進(jìn)行更換；

（4）適當(dāng)增加此飽和蒸汽進(jìn)口接管b的規(guī)格直徑，從降低其流速方面考慮減弱“汽蝕”現(xiàn)象的 發(fā)生。

7 最終方案確定

歷史的經(jīng)驗(yàn)告訴我們，陽(yáng)光總是在風(fēng)雨后。多年的設(shè)計(jì)和制造實(shí)踐表明，任何一件方案的確定，必須經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)個(gè)方案、無(wú)數(shù)次實(shí)踐來(lái)驗(yàn)證。經(jīng)過(guò)多年的設(shè)計(jì)實(shí)踐，在使用排除法對(duì)上述“防范措施”逐一推敲，并結(jié)合近年來(lái)諸多用戶(hù)的反饋，最終確定采用“分布器”裝置方案，來(lái)避免和杜絕蒸汽閃發(fā)罐“汽蝕”現(xiàn)象的發(fā)生（如圖5所示）。一是從碳鋼Q345R材質(zhì)的表面硬度與S30408不銹鋼材質(zhì)的表面硬度來(lái)比較，其布氏硬度HB值后者明顯高于前者很多；二是在標(biāo)準(zhǔn)《承壓設(shè)備損傷模式識(shí)別》8.7.6條主要預(yù)防措施（b）選材：使用硬質(zhì)表面層或表面堆焊耐磨合金，使用更硬和/或更耐腐蝕的合金[4]，也得到了大力推薦。三是“分布器”裝置具備明顯的導(dǎo)向作用，迫使過(guò)熱水+濕蒸汽“定向”排出到蒸汽閃發(fā)罐內(nèi)側(cè)下半部。

8 結(jié)語(yǔ)

該“分布器”裝置采用S30408不銹鋼材質(zhì)制造，規(guī)格型號(hào)的大小，采取與之相配套的二合一石墨氯化氫合成爐“過(guò)熱水”出口管的大小來(lái)確定，一般是采用Ф219×8mm、Ф273×8mm或者Ф325×10mm三種規(guī)格。“分布器”裝置采用可拆卸式結(jié)構(gòu)，當(dāng)“分布器”裝置局部制作完成后，其一端連接蒸汽閃發(fā)罐飽和蒸汽進(jìn)口，另一端固定在飽和蒸汽進(jìn)口對(duì)面內(nèi)壁，以減輕“分布器”裝置的震動(dòng)。某設(shè)備制造公司采用該新方案制造2種規(guī)格型號(hào)的蒸汽閃發(fā)罐（Ф1400直徑規(guī)格和Ф1600直徑規(guī)格）數(shù)十臺(tái)投入市場(chǎng)，從使用后用戶(hù)信息反饋來(lái)看，得到了良好的肯定和贊許，“分布器”裝置的實(shí)物樣圖如圖6所示。

圖6 分布器實(shí)物圖樣

俗話(huà)說(shuō)：吃一塹，長(zhǎng)一智。只有在磨礪和挫折面前，才能看得到自身的不足。通過(guò)對(duì)上述案例的分析，再次佐證了唯有經(jīng)過(guò)多次挫折方能獲得真知的科學(xué)道理，我們只有不斷摸索，不斷學(xué)習(xí)、多探討、多總結(jié)，知識(shí)面才能得到不斷提高，才能到達(dá)成功的彼岸。