2013年3月31日，朗盛（常州）有限公司生產(chǎn)車間1臺(tái)25m³搪玻璃反應(yīng)釜的底部放料管口兩側(cè)的搪瓷發(fā)生脫落。事故發(fā)生后，朗盛公司會(huì)同反應(yīng)釜制造商、設(shè)計(jì)單位等相關(guān)人員對(duì)事故現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了檢查、檢測(cè)。本文通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況的分析，并采用CAESARⅡ管道應(yīng)力分析軟件中的WRC107（局部應(yīng)力分析軟件）對(duì)這臺(tái)事故反應(yīng)釜的放料管路系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算、校驗(yàn)，從而判斷事故發(fā)生的原因，提出事故處理方案和預(yù)防措施，以保證今后生產(chǎn)的正常進(jìn)行。

1搪玻璃設(shè)備常見(jiàn)的爆瓷原因

搪玻璃設(shè)備是將含硅量高的瓷釉噴涂到低碳鋼胎表面，經(jīng)高溫焙燒，使瓷釉密著于金屬鋼胎表面而形成。它具有類似玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性和金屬?gòu)?qiáng)度的雙重優(yōu)點(diǎn)。但由于這兩種材料的機(jī)械性能和物理性能各不相同，因此搪玻璃設(shè)備發(fā)生爆瓷的原因很多，一般有以下幾種。

(1)機(jī)械沖擊破壞。搪瓷抗沖擊力較差，任何金屬、硬物對(duì)其進(jìn)行撞擊均會(huì)導(dǎo)致搪瓷破損。

(2)溫差急變引起爆瓷。由于搪瓷的線膨脹系數(shù)和延伸率小于鋼板，因此冷卻后搪瓷的變形量小于鋼板的變形量，搪瓷受到鋼板的約束產(chǎn)生壓應(yīng)力，而鋼板則存在預(yù)拉伸應(yīng)力。由于預(yù)應(yīng)力與線膨脹系數(shù)及延伸率相關(guān)，線膨脹系數(shù)及延伸率與溫度又密切相關(guān)，因此工作溫度對(duì)搪玻璃反應(yīng)的使用影響很大。如果因溫度變化大而致搪瓷產(chǎn)生的應(yīng)力很過(guò)其許用應(yīng)力，搪瓷將被破壞。因此，搪玻璃設(shè)備搪瓷層遇冷、熱急變，很易爆瓷。

(3)腐蝕損壞。如果搪玻璃設(shè)備的介質(zhì)環(huán)境與搪瓷的使用條件不匹配，或搪瓷層厚度不符合標(biāo)準(zhǔn)要求，可能發(fā)生此類爆瓷損壞。

(4)很壓損壞。一般是由于夾套內(nèi)介質(zhì)很壓，造成搪玻璃設(shè)備罐內(nèi)壁凸起，產(chǎn)生搪瓷損壞。

(5)管口應(yīng)力很過(guò)許用載荷。搪玻璃設(shè)備管口的許用載荷要小于一般鋼制設(shè)備管口的許用載荷。如果搪玻璃設(shè)備、管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理，在操作工況下，引起管口的局部應(yīng)力很過(guò)了許用載荷，設(shè)備接管處可能發(fā)生爆瓷損壞。

另外，安裝偏差也會(huì)引起爆瓷。通常是由于螺栓擰緊力過(guò)大或不均勻，設(shè)備與管道連接處未安裝膨脹節(jié)或波紋管等，也會(huì)導(dǎo)致放料管口和管口對(duì)側(cè)區(qū)域產(chǎn)生較大應(yīng)力，塑性較差的搪瓷釉層會(huì)發(fā)生破壞。

2現(xiàn)場(chǎng)檢查、檢測(cè)

發(fā)生事故的搪玻璃反應(yīng)釜為朗盛（常州）有限公司生產(chǎn)皮革鞣劑的設(shè)備，位號(hào)RA251，容積25m³，為搪玻璃閉式攪拌容器，已使用半年多；設(shè)備基本參數(shù)為：罐身高約4.8m，直徑約3．0m，固定于車間二層框架結(jié)構(gòu)梁上；罐體鋼板厚度為30mm，上下封頭鋼板厚度為28mm。由于罐內(nèi)的介質(zhì)具有腐蝕性，在反應(yīng)釜金屬內(nèi)壁上鍍有一層搪瓷。

操作人員在對(duì)反應(yīng)釜的放料液體產(chǎn)品進(jìn)行過(guò)濾時(shí)，發(fā)現(xiàn)過(guò)濾殘?jiān)杏刑麓伤樾肌ｋS即對(duì)反應(yīng)釜清洗后檢查，發(fā)現(xiàn)反應(yīng)釜罐內(nèi)底部位于放料管口兩側(cè)的搪瓷破裂并露鐵，搪瓷爆裂處鋼板已有銹蝕，如圖1。事故發(fā)生后，朗盛公司會(huì)同反應(yīng)釜制造商、設(shè)計(jì)單位等相關(guān)人員，核實(shí)了有關(guān)技術(shù)檔案，并對(duì)搪玻璃反應(yīng)釜及附屬設(shè)施進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢查、檢測(cè)。現(xiàn)場(chǎng)核查發(fā)現(xiàn)，本次爆瓷事故具有以下特征：

(1)爆瓷區(qū)域?yàn)榉帕瞎芸谂c釜體過(guò)渡轉(zhuǎn)角處；

(2)爆瓷區(qū)域?qū)ΨQ分布，位于放料管兩側(cè)；

(3)放料閥與釜體管口為剛性連接，放料閥出口中心線與豎直方向的夾角為60。；

(4)放料閥的下法蘭有安裝偏差，與管道連接法蘭的螺栓的擰緊度不均勻，部分連接螺栓無(wú)墊片；

(5)爆瓷事故發(fā)生時(shí)，無(wú)明顯異常情況發(fā)生；

(6)發(fā)生爆瓷事故的反應(yīng)釜(RA251)與旁邊1臺(tái)16m3的反應(yīng)釜(RA241)的放料管道連接在一起，并共用1臺(tái)輸送泵。

3爆瓷原因初步分析

對(duì)于機(jī)械撞擊引起的搪瓷層損壞，其破壞位置較為隨機(jī)，呈點(diǎn)狀分布的情況居多。而此次爆瓷現(xiàn)象為點(diǎn)狀對(duì)稱，且使用時(shí)未發(fā)現(xiàn)有撞擊現(xiàn)象，故可排除機(jī)械撞擊因素。

由于溫度場(chǎng)在同一水平面附近分布較為均勻，也不會(huì)呈現(xiàn)對(duì)稱分布的爆瓷特征，且該釜體一直處于正常運(yùn)行狀態(tài)，工作溫度未很過(guò)設(shè)計(jì)允許范圍，瓷釉耐溫差急變檢測(cè)結(jié)果也表明其滿足使用要求，故此次爆瓷事故的原因可排除溫差急變。

由于發(fā)生事故時(shí)反應(yīng)釜內(nèi)添加的反應(yīng)介質(zhì)并無(wú)明顯異常，且搪瓷層厚度亦滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，故可排除腐蝕因素引起的瓷層脫落。

由于壓力分布的均勻性，很壓損壞的瓷層破壞不會(huì)呈現(xiàn)出對(duì)稱分布的特征，且事故發(fā)生時(shí)罐體內(nèi)外壓力無(wú)異常，因此可排除很壓因素引起的瓷層脫落。

據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的檢查、檢測(cè)情況，初步判斷本次爆瓷事故發(fā)生的原因是管口局部應(yīng)力很過(guò)了許用載荷。

4管口受力計(jì)算及分析

4.1計(jì)算方法

CAESARⅡ管道應(yīng)力分析軟件是美國(guó)COADE公司研發(fā)的壓力管道應(yīng)力分析專業(yè)軟件；是進(jìn)行管道靜力分析和動(dòng)力分析的專用程序，功能齊全。它可利用WRC107局部應(yīng)力分析軟件，計(jì)算管道與設(shè)備連接的管嘴柔性和設(shè)備管嘴處的局部應(yīng)力，從而優(yōu)化管系設(shè)計(jì)，使與管系相連的設(shè)備管口的局部應(yīng)力在允許范圍內(nèi)。

據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的檢查、檢測(cè)數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)資料，采用CAESARⅡ的WRC107局部應(yīng)力分析軟件，對(duì)反應(yīng)釜、放料管路建立計(jì)算模型，模擬管路系統(tǒng)在安裝、操作工況下的狀態(tài)，計(jì)算在不同狀態(tài)下設(shè)備管口的受力情況，校核管口應(yīng)力是否小于許用載荷，判斷管口是否安全，從而確定搪瓷破裂脫落的原因。

4.2管口受力計(jì)算

計(jì)算中把發(fā)生事故的25m³反應(yīng)釜(RA251)、放料管道系統(tǒng)，及關(guān)聯(lián)的其他設(shè)備-16m³反應(yīng)釜(RA241)、輸送泵，作為一個(gè)管路系統(tǒng)考慮，其配管模型見(jiàn)圖2，基本參數(shù)如下：

(1)設(shè)備放料管口DN150，放料閥出口DN100，料管DN80；

(2)物料密度1.3g／mL；

(3)放料管路有電伴熱，電伴熱的設(shè)定溫度是80℃；

(4)管道保溫材料是巖棉，厚度為50mm；

(5)以2臺(tái)反應(yīng)釜的支撐圈座和輸送泵底座為固定端。

計(jì)算時(shí)，除安裝工況(Casel)外，還根據(jù)實(shí)際情況考慮了兩種操作工況：

反應(yīng)工況(Case2)反應(yīng)釜內(nèi)150℃、0.3MPa，放料閥關(guān)閉、放料管道內(nèi)保持80℃；

放料工況(Case3)反應(yīng)釜、管系內(nèi)均為80℃，0.3MPa。

經(jīng)計(jì)算，RA251、RA241放料管口處的受力情況見(jiàn)表1。

4.3計(jì)算結(jié)果分析

由表1可知，在反應(yīng)工況(Case2)下，反應(yīng)釜放料管口的受力較大：RA251放料管口受到的較大作用力為水平方向上的受力，為2886kN；RA241放料管口受到的較大作用力為水平方向上的受力，為2677kN。這主要是因?yàn)榉帕瞎芸诘脑O(shè)備側(cè)和管道側(cè)存在溫差，由熱應(yīng)力而引起的。

5爆瓷原因分析及處理措施

5.1本次爆瓷原因分析

以實(shí)際經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，搪玻璃釜管口的許用載荷（與管口軸線垂直方向上）一般不應(yīng)很過(guò)2000kN。

從計(jì)算結(jié)果分析，RA251、RA241放料管口的局部受力均偏大。但需注意的是，在相似的情況下，RA241放料管口附近并沒(méi)有發(fā)生爆瓷現(xiàn)象。

綜合現(xiàn)場(chǎng)檢查、檢測(cè)及計(jì)算分析結(jié)果，本次搪玻璃釜發(fā)生爆瓷事故的原因如下。

由于彈性和延伸性（塑性）的差異，鋼材和搪瓷釉層兩者結(jié)合后在外部應(yīng)力作用下協(xié)調(diào)變形的能力較差，尤其在放料管口——設(shè)備過(guò)渡成型的圓弧銜接區(qū)域（凸面區(qū)域），搪瓷釉層還承受垂直瓷層表面向外的張力，容易產(chǎn)生爆瓷現(xiàn)象。

本次事故中，設(shè)備放料口與放料閥進(jìn)口、放料閥出口與管道之間均為剛性連接，放料閥下法蘭安裝有偏差，引起了出料管口側(cè)及對(duì)側(cè)應(yīng)力集中；在高溫操作工況下，發(fā)生應(yīng)力疊加。在高應(yīng)力（變）作用下，塑性較差的搪瓷釉層發(fā)生爆裂。

5.2事故處理方案

針對(duì)本次爆瓷事故發(fā)生的原因，建議搪玻璃釜修復(fù)后，在放料閥出口與管道間加裝金屬軟管，以補(bǔ)償變形、位移等不利影響；管道法蘭、螺栓、墊片等應(yīng)規(guī)范安裝，消除安裝偏差。

5.3事故預(yù)防措施

搪玻璃設(shè)備的搪瓷襯里，雖具一定的抗機(jī)械沖擊強(qiáng)度，但它畢竟是一種脆性材料，苛刻的工作條件又不允許其存在任何微小缺陷。因此，為確保設(shè)備的正常使用，防止發(fā)生爆瓷，搪玻璃設(shè)備使用時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。

(1)防止機(jī)械沖擊破壞。使用過(guò)程中嚴(yán)防任何金屬、硬物掉進(jìn)釜內(nèi)，如遇堵料，必須用塑料棒疏通；檢修時(shí)蓋好釜蓋，嚴(yán)防焊渣熔化瓷面而出現(xiàn)小坑或爆瓷。

(2)防止溫差急變引起爆瓷。搪玻璃設(shè)備有耐溫限制，允許工作溫度為0～200℃。在使用中升溫、降溫要緩慢、均勻。若投料時(shí)物料與釜體溫差太大，升溫時(shí)蒸汽過(guò)猛，降溫太急也會(huì)導(dǎo)致爆瓷。

(3)防止腐蝕損壞。搪瓷對(duì)各種有機(jī)酸、無(wú)機(jī)酸、有機(jī)溶劑均有較好的抗蝕性；對(duì)堿性溶液的抗蝕性較酸溶液差；對(duì)于強(qiáng)堿、氫氟酸及含氟離子介質(zhì)，以及溫度大于180℃、濃度大于30%的磷酸等不適用。搪玻璃設(shè)備使用時(shí)，應(yīng)注意介質(zhì)與搪瓷的使用條件相匹配。

(4)防止很壓損壞。一般釜內(nèi)允許工作壓力≤0.4MPa，夾套允許工作壓力≤0.6MPa。

(5)防止管口應(yīng)力很過(guò)許用載荷。搪玻璃設(shè)備、管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)合理，并對(duì)管口的應(yīng)力進(jìn)行校核，使管口載荷小于許用載荷。同時(shí)，管道、閥門安裝時(shí)，應(yīng)規(guī)范安裝，盡量避免安裝偏差。

5.4日常使用及維護(hù)保養(yǎng)注意事項(xiàng)

(1)每班（經(jīng)常）巡回檢查搪玻璃設(shè)備內(nèi)及夾套操作壓力、溫度、真空度等是否在許可的安全操作范圍之內(nèi)（尤其是反應(yīng)釜夾套不允許很壓），攪拌槳在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)要經(jīng)常關(guān)注設(shè)備的運(yùn)行聲音，注意釜內(nèi)溫度計(jì)套管及攪拌有無(wú)異常。

(2)操作工及維修工檢查設(shè)備要運(yùn)用看、摸、聽(tīng)的手段，看外表、摸溫升、聽(tīng)聲音，判斷設(shè)備運(yùn)行是否正常，有隱患應(yīng)及時(shí)報(bào)告。

(3)搪玻璃設(shè)備應(yīng)定期維護(hù)保養(yǎng)，一般每年安排維護(hù)不少于兩次。大修期間除了檢查溫度計(jì)套管及進(jìn)氣管外，還必須完成對(duì)攪拌槳、釜內(nèi)壁搪瓷的檢查，反應(yīng)釜夾套試壓，減速機(jī)換油，反應(yīng)釜外部防腐，保溫保冷檢查。

6結(jié)束語(yǔ)

搪玻璃設(shè)備是一種優(yōu)良的耐腐蝕設(shè)備，廣泛地應(yīng)用于化工、石油、醫(yī)藥、農(nóng)藥、食品等工業(yè)；適用于工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中的反應(yīng)、蒸發(fā)、濃縮、合成、萃取、聚合、皂化、礦化、氯化、硝化等許多場(chǎng)合，以代替昂貴的不銹鋼或有色金屬。但搪玻璃設(shè)備易損，若使用不當(dāng)、維護(hù)不好，其使用壽命就會(huì)大大縮短，給用戶造成損失。因此，應(yīng)正確使用和維護(hù)搪玻璃設(shè)備，使其較大限度地發(fā)揮使用價(jià)值。