符海龍

（南通星球石墨股份有限公司，江蘇 如皋 226541）

1 用戶反饋描述

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，因而給用戶現(xiàn)場區(qū)域帶來了安全隱患。

表1 蒸汽閃發(fā)罐設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表

2 現(xiàn)場分析

在該設(shè)備現(xiàn)場，對泄漏區(qū)域周圍進(jìn)行厚度檢測。測得結(jié)果顯示，整個泄漏區(qū)域厚度在2.1～8.4mm之間不等，此臺蒸汽閃發(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熱水。現(xiàn)場檢測厚度示意圖如圖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)，是來自于二合一石墨氯化氫合成爐中的過熱水+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)生過熱水以供副產(chǎn)蒸汽的石墨制氯化氫合成爐，可簡稱副產(chǎn)蒸汽合成爐[2]。二者可以形象的比喻為一對一的從屬關(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+過熱水，用物理名詞來形象比喻，是同時具備動能和勢能的組合體。其自身含有的巨大蒸汽潛熱，在通過狹小的管道空間輸送時，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)格型號的蒸汽閃發(fā)罐根據(jù)二合一石墨氯化氫合成爐型號的大小，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熱水管口相連接，而蒸汽閃發(fā)罐是一個密閉的有限空間，與其配套的二合一石墨氯化氫合成爐介質(zhì)濕蒸汽+過熱水輸送管道相比較，其空間擴(kuò)大了無數(shù)倍，加上傳輸過程中高溫、高壓兩參數(shù)同時存在，到達(dá)蒸汽閃發(fā)罐時瞬間得到釋放，直接噴射到b接管對面內(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)過程中，當(dāng)液體介質(zhì)（水）達(dá)到飽和蒸汽壓力時，液體介質(zhì)（水）就開始汽化而形成氣泡，此時氣泡隨湍流在流動過程中瞬時得到釋放而到達(dá)蒸汽閃發(fā)罐內(nèi)部空間，氣泡瞬時潰滅。在氣泡潰滅的瞬間，氣泡周圍的液體迅速侵入氣泡潰滅形成的空穴，無數(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)一個個空穴或凹坑，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，對碳鋼材質(zhì)的蒸汽閃發(fā)罐，在飽和蒸汽進(jìn)口b接管對面內(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)格近百臺蒸汽閃發(fā)罐產(chǎn)品，均采用此方案來減弱“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)過無數(shù)個方案、無數(shù)次實(shí)踐來驗(yàn)證。經(jīng)過多年的設(shè)計(jì)實(shí)踐，在使用排除法對上述“防范措施”逐一推敲，并結(jié)合近年來諸多用戶的反饋，最終確定采用“分布器”裝置方案，來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

該“分布器”裝置采用S30408不銹鋼材質(zhì)制造，規(guī)格型號的大小，采取與之相配套的二合一石墨氯化氫合成爐“過熱水”出口管的大小來確定，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)口對面內(nèi)壁，以減輕“分布器”裝置的震動。某設(shè)備制造公司采用該新方案制造2種規(guī)格型號的蒸汽閃發(fā)罐（Ф1400直徑規(guī)格和Ф1600直徑規(guī)格）數(shù)十臺投入市場，從使用后用戶信息反饋來看，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

俗話說：吃一塹，長一智。只有在磨礪和挫折面前，才能看得到自身的不足。通過對上述案例的分析，再次佐證了唯有經(jīng)過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)，知識面才能得到不斷提高，才能到達(dá)成功的彼岸。