搪玻璃设备爆瓷损坏分析

专家姓名：孙利人　　类别： 搪玻璃设备

搪玻璃设备制造、结构的特殊性决定了搪玻璃设备极易爆瓷损坏，任何微小的爆瓷损坏轻者停产检修、更换设备，重者还可能为企业带来不可估量的损失。常见的搪玻璃设备爆瓷损坏的类型有很多，主要是由搪玻璃设备的内在缺陷和安装使用时人为因素造成的。下面分别加以论述：
一. 搪玻璃设备的内在缺陷
搪玻璃设备制造企业在设备制造过程中存在诸多问题，导致设备质量低劣。具体体现在以下几个方面：
1. 搪玻璃设备制造企业生产条件、技术落后
在胎体选材、瓷釉质量以及搪烧技术、搪烧工艺、检测手段这一系列设备制造过程中，国内与国外相比有较大的差距。国外的可控温烧成、低温长烧以及严格的质量管理、检测手段保证了国外的搪玻璃设备能连续使用几年、十几年，而国内除去几个大厂外，大多数企业的产品只能望“洋”兴叹。
2. 不执行新标准
为了使设备制造企业生产的设备更加符合搪玻璃设备制造工艺要求、有利于提高设备的内在质量、延长设备的使用寿命、提高设备运行的可靠性，国家相关部门制定了最新的2003标。2003标是参照德国DIN标准修订，其规定的搅拌容器的结构形式可达到国际先进水平，是目前国际上最先进的结构。但是，搪玻璃行业大部分企业由于各种原因生产的搪玻璃搅拌容器的结构还是79标，有少数企业甚至还在生产69标的产品，这就使得69标、79标搪玻璃设备在结构上就存在许多缺陷。
3.降低选材标准
1）低级钢材替代专用钢材。生产搪玻璃设备所用的钢材应该用低碳专用钢，钢板、焊条含碳、硫、锰、硅的含量（见表1）不能超标。许多厂家为了降低成本都使用A3钢，但用其制造的设备在搪瓷层和钢板间会有许多的气泡，搪玻璃设备受到冷热冲击或震动就极易爆瓷。嘉峪关某厂的碳酸锶生产釜,在夹套通蒸汽加热、放料后加料前空罐时就爆瓷,碎裂下来的搪瓷片靠基材的一面布满蜂窝状的气孔。后经酒泉钢铁公司化验鉴定,购自某搪瓷厂的设备基体钢材的化验成份（见表2）硫元素含量高达规定值上限的2.49倍。
表1 化工搪瓷设备基材的技术指标
基材 化 学 成 分 机 械 性 能
C
% Si
% Mn
% P
% S
% 拉伸强度
MPa 伸长率
% 屈服点
MPa 冲击韧性
MPa
钢 ≤0.14 ≤0.37 ≤0.65 ≤0.035 ≤0.45 >330 >310 200 ---
焊条 ≤0.1 ≤0.12 ≤0.45 ≤0.05 ≤0.03 >430 >180 --- 80
铸铁 3~0.35 2.0~2.6 0.4~0.6 0.1~0.5 ≤0.1 --- --- --- ---


表2： 酒钢的化验结果
元素 C Si Mn S P
含量% 0.145 0.251 0.528 1．12 0.018
2）减少筒体厚度。搪玻璃设备釜体的厚度有严格的规定（见表3），有许多生产厂家设备的筒体和封头（外购）的厚度不一样。某厂生产的1000升搪玻璃设备筒体厚度竟只有8mm，5000升的搪玻璃设备也就是12-13mm，这样的设备釜壁抗压能力就会降低，夹套或釜内压力稍大就会产生大面积爆瓷。再有，由于筒体、夹套厚度不同，壁薄的部位在搪烧时升温快、高温时段长，瓷面搪烧过火，该处瓷面韧性降低、脆性加大，使用时极易产生爆瓷损坏。
表3 搪玻璃设备釜体厚度

规格 1000 L 1500 L 2000 L 3000 L 5000 L 8000 L 10000 L 12500 L
厚度(mm) 12 14 14 16 18 20 22 22
4.省略设备制造工序
1）热处理工序偷工
（1)未消除应力或消除的不彻底　　
在釜体制造过程中，会因为卷筒、冲压、焊接产生大量的内应力，这些应力在搪烧底釉前就应采用热处理进行消除，而有些生产厂家根本就未进行这项工作或进行的不彻底，致使设备残留大量的应力，设备运行时R角、焊缝部位极易产生爆瓷损坏。
（2）返修釜未进行脱氢处理
搪玻璃设备爆瓷穿孔后夹套进酸、酸液滴撒在釜盖上或导热媒介呈酸性就有氢产生，一部分氢原子扩散到金属内空穴，并在该处结合为氢分子。由于氢分子不能扩散，就会积累形成巨大的内压，引起钢材表面鼓泡，甚至破裂,以致发生“鳞爆”。再有氢原子进入金属后，使晶格应变增大，因而降低韧性及延性，引起脆化，有应力时可能同时发生氢脆，甚至腐蚀破裂。需要复搪的搪玻璃设备在搪烧前应在100---200℃条件下进行足够时间的烘烤，以驱除渗入的氢原子，否则，重新搪烧的搪玻璃设备仍然有爆瓷的可能。
2）不按规程搪烧　　
（1）搪玻璃设备瓷层厚度规定是0.8-2mm，搪烧的次数应该在5-7次。有许多企业在生产时减少搪烧次数、增大每次喷釉厚度。同样的搪烧温度、搪烧时段瓷层就烧不透、夹生，瓷层耐腐蚀性能下降，搪瓷层与层之间结合不好，极易爆瓷。许多厂家为了弥补在制作过程中产生的瓷层针孔、爆瓷缺陷，反复喷釉搪烧，导致设备法兰严重变形。
（2）设备在制造过程中产生的应力除用退火的方式释放外，还要在设备搪烧好后最少静置15天，成品设备在静置期没有爆瓷方可出厂。许多企业缩短或省略成品设备的静置期，致使设备在运输途中、安装前就产生爆瓷。
二．人为因素
1．搪玻璃设备超范围使用
搪玻璃设备搪瓷层能耐大多数无机酸、有机酸、有机溶剂等介质侵蚀，尤其在盐酸、硝酸、王水等介质中具有优良的耐腐蚀性能，但搪玻璃设备不能在以下介质环境中长期使用：
1)任何浓度及任何温度的氢氟酸;
2)磷酸：浓度30%以上、温度大于180℃时，腐蚀强烈;
3)盐酸：浓度10--20%,温度大于150℃时，腐蚀强烈;
4)硫酸：浓度10--30%,温度大于200℃时不能耐腐蚀;
5)碱液：PH大于或等于12、温度大于100℃时，不能耐腐蚀。
在生产中还要注意反应物料中是否有含有氟离子的杂质，哪怕是数量极微的氟离子也能造成对瓷面硅网络的破坏。
2．机械损坏
机械损坏主要是在设备安装、使用时人为造成的：①金属类维修工具、套管、搅拌等掉入罐内砸伤瓷面或随身利器如鞋钉的擦伤；②紧固卡子时压力过大或不均匀紧固引起爆瓷；③运输或吊装时将搪瓷孔当吊耳用；④安装时电焊飞溅灼伤或背面直接施焊等。
3．密封垫密封不严造成的损坏
搪玻璃设备法兰损坏大多数是因为垫子不耐介质腐蚀、法兰不平、垫子安装不密封造成的。介质或酸气泄漏，由外向里渗透腐蚀法兰基体，最终使设备报废。南方、沿海地区以及北方的潮湿车间，即便垫子选材、安装得当，酸气依然侵蚀法兰。衬垫应根据反应介质、浓度及温度来选择，在使用前要根据所选择衬垫的性质进行必要的处理。
4．冷热冲击造成的损坏
搪玻璃设备能经受的冷冲击温度极限是110℃，热冲击温度极限是120℃，热罐加冷料、冷罐加热料以及夹套突然升温、降温，温差大于冷热冲击的温度极限都有可能导致爆瓷损坏。
还有一种损坏是在冷热冲击和机械压力共同作用下产生的损坏。这仅发生在用蒸汽加热和冷却介质（如通过管道进入夹套的冷却水）的反应罐里。在热循环结束时关闭蒸汽，剩余蒸汽冷凝形成真空，导致设备釜壁几何变形。如果与夹套连接的冷却水阀门没有关闭，那么冷却水会被吸入夹套内从而冷冲击设备釜壁，釜壁几何变形与冷冲击改变瓷层应力共同造成爆瓷损坏。这种损坏的特点是：即使温差在许可范围也会发生。该缺陷以一个或多个水平方向的裂缝出现在瓷层里，并有不同的长度，一个在另一个的下面，就像梯子的横档一样。
5．夹套或釜内超压损坏
搪玻璃设备夹套中用于升温的蒸汽由于压力不稳定、冬天停车时夹套中未放净的水结冰或真空以及反应过程中物料剧烈反应造成超压，都能使设备几何变形或失稳导致爆瓷损坏。
6．氢腐蚀造成的鳞爆损坏
搪玻璃设备在使用中没有及时发现爆瓷，继续使用釜壁穿孔，酸性物料进入夹套、循环冷却系统或酸液滴撒在搪玻璃设备釜盖表面，因氢腐蚀导致爆瓷损坏。还有夹套内的冷却水或蒸汽腐蚀钢材，即锈蚀钢材（微电池作用）也会产生初生态氢（氢原子）引起鳞爆。特别是设备使用后再停一段时间，腐蚀会更加严重。
三.其它类型的损坏
1.静电释放缺陷
两种不能相互混合的物料至少有一种物料不导电，在搅拌器的作用下会产生摩擦，生成静电。静电电压最高能达到50000-100000V，如果处理不当会击穿瓷层，甚至引起火灾、爆炸。
2.磨损
当反应物料中有硬质粉末物料时，在短时内不能完全反应或溶解，就会对瓷层产生磨损。
3.搅拌扭力过大
搅拌器在工作时，如果物料粘稠，超过设计条件，就会因扭力过大引起搅拌器几何变形造成爆瓷损坏。
4.气窝现象
搪玻璃设备的搅拌在高速转动时，由于液体的湍流会引起搅拌桨局部压力下降，形成空泡。泡内只含有少量水蒸气，它存在时间非常短暂，当它破灭时产生的冲击波压力最高能达到4000大气压，空泡在破灭的同时又形成新的空泡，并迅速破灭，这个过程反复进行，从而破坏搅拌桨瓷面造成爆瓷损坏。
总结
通过分析，搪玻璃设备爆瓷损坏大部分是设备产品质量恶劣、选购不当、在运输、安装、使用、维护、保养中存在问题造成的，深层次讲是企业管理不到位造成的。通过有效的管理完全可以减少或避免爆瓷损坏的发生。

发表时间：2009-03-20

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