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不锈钢反应釜爆破片的选型

发布日期:[ 2016年8月4日 ] 共阅[ 5911 ]次

爆破片装置是一种压力系统超压泄放装置,具有密闭性强(无泄漏),动作灵敏、准确、可靠,排放面积大小不限,适应面广(如高温、高压、真空、强腐蚀、粘稠),广泛应用于轻工、医药、化工、石化等工业部门。但爆破片装置选用不当不仅使爆破片装置的制造成本成倍增加,还会给使用设备带来安全隐患。本文以某合成原料药厂低压加氢不锈钢反应釜爆破片装置的选型为例,介绍了气体超压工况下不锈钢反应釜爆破片装置的选用方法。

1爆破片的种类

爆破片装置由爆破片和夹持器两部分组成。爆破片是在标定爆破压力及温度下爆破泄压的元件,夹持器则是在容器的适当部位装接夹持爆破片的辅助元件。爆破片装置(以下均简称爆破片)的种类有以下几种:正拱形、反拱形、平板形及石墨爆破片,详见下表:

2爆破片的选型

某合成原料药厂低压加氢不锈钢反应釜公称容积2m3,反应温度为28℃,反应压力:0.60MPa(绝压),反应时间6h。反应过程中以过量的氢气来维持不锈钢反应釜的压力,反应过程中不产生其他气体副产品,氢气进料管径为DN15。不锈钢反应釜内物料:氢气、甲醇、纯化水、3-(N吗啡啉)丙磺酸、四氢呋喃、钯炭(催化剂)、缩合物等。其爆破片的选型步骤详见以下分析。

(1)选择爆破片的结构型式

正确选择爆破片的结构型式,应综合考虑以下几个方面的内容:

a.工作压力

工作压力较高的工况(工作压力>1.0MPa)宜选用正拱普通型或平板形爆破片;工作压力较低的工况(工作压力≤1.0MPa)宜选用反拱形或正拱开缝型、正拱带槽型爆破片。

b.抗疲劳性

当不锈钢反应釜内为有毒、可燃、易燃易爆介质或剧烈循环工况时应选用抗疲劳性“好”或“优”的爆破片。

c.爆破时有无碎片

当爆破片与安全阀串联使用或不锈钢反应釜内为有毒、可燃、易燃易爆、贵重介质时,应选择爆破时无碎片的爆破片。

d.是否引起撞击火花

当不锈钢反应釜内为可燃、易燃易爆介质时,应选择不会引起撞击火花的爆破片。

e.工作相态

正拱形、平板形及石墨爆破片均可用于气体、液体超压介质,反拱形爆破片仅可用于气体超压介质。

通过以上分析可知,该加氢不锈钢反应釜爆破片的结构型式可选用反拱带槽型或正拱带槽型,其中反拱带槽型抗疲劳性要优于正拱带槽型,故该加氢不锈钢反应釜选用反拱带槽型爆破片。

(2)选择爆破片的制造材料

制造爆破片常用材料有石墨、铝、铜、镍、奥氏体不锈钢、镍基合金(蒙乃尔、因康镍、哈氏合金)等。在选择爆破片的制造材料时,主要考虑爆破片在工作环境中的使用温度及耐腐蚀性。

a.石墨:最高允许使用温度为200℃,对大多数介质均具有较好的耐蚀性能,一般用于高腐蚀的工况。

b.铝:最高允许使用温度为100℃。铝在大气、水及pH为4.5~8.5的溶液和其它氧化环境中,具有良好的耐蚀性;耐有机酸、浓硝酸和溶剂的腐蚀。但在还原性环境,强酸和强碱中会发生全面腐蚀。

c.铜:最高允许使用温度为200℃。铜在中性盐、弱碱、非氧化性酸的环境中有良好的耐蚀性。但铜在氧化性介质、氧化性酸、浓碱或能生成络合铜离子的碱、硫化物的环境中都易发生腐蚀。铜在含氢或一氧化碳的还原性气氛中,氢或一氧化碳易与晶界的氧化亚铜(Cu20)作用产生“氢病”,所以在还原性气氛中应尽量避免使用铜制爆破片。

d.镍:最高允许使用温度为400℃。镍有较好的耐蚀性能,能耐强碱,但不耐硫化物、氧化性酸及含有氧化剂的溶液腐蚀。镍钝化时能吸大量的氢,粒度越小,吸收量越大,所以在氢气环境中应尽量避免使用镍制爆破片。

e.奥氏体不锈钢:最高允许使用温度为400℃。奥氏体不锈钢在大多数有机酸、碱、中性或碱性盐的环境中,均有良好的耐蚀性。但奥氏体不锈钢在非氧化性酸的介质中不耐腐蚀,在含CL-,OH-等离子的溶液中,不耐腐蚀,且在一定的温度和压力下,与氢气长期接触可能产生“氢脆”。

f.镍基合金:相对于铝、铜、镍、奥氏体不锈钢等材质有更好的的耐蚀性。蒙乃尔、因康镍、哈氏合金均属于镍基合金。

蒙乃尔合金:最高允许使用温度为430℃。蒙乃尔合金耐腐蚀性能与镍和铜相似,一般情况下更优越些。但蒙乃尔合金不耐氧化性酸和其他强氧化性溶液、熔盐、含硫气体的腐蚀,在盐酸或卤素盐、大多数有机物环境中耐腐蚀效果一般。

因康镍合金:最高允许使用温度为480℃。因康镍合金的耐腐蚀性能与奥氏体不锈钢相似,耐高温性能超过奥氏体不锈钢。

哈氏合金:最高允许使用温度为480℃。哈氏合金是所有材料中耐蚀性能最好的,几乎能耐各种介质的腐蚀。

通过以上分析可知,该加氢不锈钢反应釜爆破片的制造材料应选用哈氏合金。

(3)确定爆破片的制造范围

制造范围是由用户选择的商业性技术指标,与爆破片的制造成本有关,制造范围越大,爆破片成本越低,反之越高。

反拱带槽型爆破片的制造范围详见下表:

在较高的压力环境中,宜选用“1/2范围”或“0范围”;在较低的压力环境中,宜选用“全范围”或“1/2范围”。

综合考虑爆破片的制造成本及反应工况确定该加氢不锈钢反应釜爆破片的制造范围应选用“1/2范围”。

(4)确定爆破片的泄放压力

(5)确定爆破片的安全泄放量

(6)确定爆破片的最小泄放面积

3结论

通过以上分析可知,在选用爆破片时应确定爆破片类型、爆破片材料、爆破片制造范围及泄放压力,同时还要确定不锈钢反应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,保护不锈钢反应釜。

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