2013年3月31日，朗盛（常州）有限公司生产车间1台25m3搪玻璃反应釜的底部放料管口两侧的搪瓷发生脱落。事故发生后，朗盛公司会同反应釜制造商、设计单位等相关人员对事故现场进行了检查、检测。本文通过对现场情况的分析，并采用CAESARⅡ管道应力分析软件中的WRC107（局部应力分析软件）对这台事故反应釜的放料管路系统进行应力计算、校验，从而判断事故发生的原因，提出事故处理方案和预防措施，以保证今后生产的正常进行。
1搪玻璃设备常见的爆瓷原因
搪玻璃设备是将含硅量高的瓷釉喷涂到低碳钢胎表面，经高温焙烧，使瓷釉密着于金属钢胎表面而形成。它具有类似玻璃的化学稳定性和金属强度的双重优点。但由于这两种材料的机械性能和物理性能各不相同，因此搪玻璃设备发生爆瓷的原因很多，一般有以下几种。
(1)机械冲击破坏。搪瓷抗冲击力较差，任何金属、硬物对其进行撞击均会导致搪瓷破损。
(2)温差急变引起爆瓷。由于搪瓷的线膨胀系数和延伸率小于钢板，因此冷却后搪瓷的变形量小于钢板的变形量，搪瓷受到钢板的约束产生压应力，而钢板则存在预拉伸应力。由于预应力与线膨胀系数及延伸率相关，线膨胀系数及延伸率与温度又密切相关，因此工作温度对搪玻璃反应的使用影响很大。如果因温度变化大而致搪瓷产生的应力很过其许用应力，搪瓷将被破坏。因此，搪玻璃设备搪瓷层遇冷、热急变，很易爆瓷。
(3)腐蚀损坏。如果搪玻璃设备的介质环境与搪瓷的使用条件不匹配，或搪瓷层厚度不符合标准要求，可能发生此类爆瓷损坏。
(4)很压损坏。一般是由于夹套内介质很压，造成搪玻璃设备罐内壁凸起，产生搪瓷损坏。
(5)管口应力很过许用载荷。搪玻璃设备管口的许用载荷要小于一般钢制设备管口的许用载荷。如果搪玻璃设备、管道系统设计不合理，在操作工况下，引起管口的局部应力很过了许用载荷，设备接管处可能发生爆瓷损坏。
另外，安装偏差也会引起爆瓷。通常是由于螺栓拧紧力过大或不均匀，设备与管道连接处未安装膨胀节或波纹管等，也会导致放料管口和管口对侧区域产生较大应力，塑性较差的搪瓷釉层会发生破坏。
2现场检查、检测
发生事故的搪玻璃反应釜为朗盛（常州）有限公司生产皮革鞣剂的设备，位号RA251，容积25m3，为搪玻璃闭式搅拌容器，已使用半年多；设备基本参数为：罐身高约4.8m，直径约3．0m，固定于车间二层框架结构梁上；罐体钢板厚度为30mm，上下封头钢板厚度为28mm。由于罐内的介质具有腐蚀性，在反应釜金属内壁上镀有一层搪瓷。
.jpg)
操作人员在对反应釜的放料液体产品进行过滤时，发现过滤残渣中有搪瓷碎屑。随即对反应釜清洗后检查，发现反应釜罐内底部位于放料管口两侧的搪瓷破裂并露铁，搪瓷爆裂处钢板已有锈蚀，如图1。事故发生后，朗盛公司会同反应釜制造商、设计单位等相关人员，核实了有关技术档案，并对搪玻璃反应釜及附属设施进行现场检查、检测。现场核查发现，本次爆瓷事故具有以下特征：
(1)爆瓷区域为放料管口与釜体过渡转角处；
(2)爆瓷区域对称分布，位于放料管两侧；
(3)放料阀与釜体管口为刚性连接，放料阀出口中心线与竖直方向的夹角为60。；
(4)放料阀的下法兰有安装偏差，与管道连接法兰的螺栓的拧紧度不均匀，部分连接螺栓无垫片；
(5)爆瓷事故发生时，无明显异常情况发生；
(6)发生爆瓷事故的反应釜(RA251)与旁边1台16m3的反应釜(RA241)的放料管道连接在一起，并共用1台输送泵。
3爆瓷原因初步分析
对于机械撞击引起的搪瓷层损坏，其破坏位置较为随机，呈点状分布的情况居多。而此次爆瓷现象为点状对称，且使用时未发现有撞击现象，故可排除机械撞击因素。
由于温度场在同一水平面附近分布较为均匀，也不会呈现对称分布的爆瓷特征，且该釜体一直处于正常运行状态，工作温度未很过设计允许范围，瓷釉耐温差急变检测结果也表明其满足使用要求，故此次爆瓷事故的原因可排除温差急变。
由于发生事故时反应釜内添加的反应介质并无明显异常，且搪瓷层厚度亦满足国家标准要求，故可排除腐蚀因素引起的瓷层脱落。
由于压力分布的均匀性，很压损坏的瓷层破坏不会呈现出对称分布的特征，且事故发生时罐体内外压力无异常，因此可排除很压因素引起的瓷层脱落。
据现场的检查、检测情况，初步判断本次爆瓷事故发生的原因是管口局部应力很过了许用载荷。
4管口受力计算及分析
4.1计算方法
CAESARⅡ管道应力分析软件是美国COADE公司研发的压力管道应力分析专业软件；是进行管道静力分析和动力分析的专用程序，功能齐全。它可利用WRC107局部应力分析软件，计算管道与设备连接的管嘴柔性和设备管嘴处的局部应力，从而优化管系设计，使与管系相连的设备管口的局部应力在允许范围内。
据现场的检查、检测数据及设计资料，采用CAESARⅡ的WRC107局部应力分析软件，对反应釜、放料管路建立计算模型，模拟管路系统在安装、操作工况下的状态，计算在不同状态下设备管口的受力情况，校核管口应力是否小于许用载荷，判断管口是否安全，从而确定搪瓷破裂脱落的原因。
4.2管口受力计算
计算中把发生事故的25m3反应釜(RA251)、放料管道系统，及关联的其他设备-16m3反应釜(RA241)、输送泵，作为一个管路系统考虑，其配管模型见图2，基本参数如下：
.jpg)
(1)设备放料管口DN150，放料阀出口DN100，料管DN80；
(2)物料密度1.3g／mL；
(3)放料管路有电伴热，电伴热的设定温度是80℃；
(4)管道保温材料是岩棉，厚度为50mm；
(5)以2台反应釜的支撑圈座和输送泵底座为固定端。
计算时，除安装工况(Casel)外，还根据实际情况考虑了两种操作工况：
反应工况(Case2)反应釜内150℃、0.3MPa，放料阀关闭、放料管道内保持80℃；
放料工况(Case3)反应釜、管系内均为80℃，0.3MPa。
经计算，RA251、RA241放料管口处的受力情况见表1。
.jpg)
4.3计算结果分析
由表1可知，在反应工况(Case2)下，反应釜放料管口的受力较大：RA251放料管口受到的较大作用力为水平方向上的受力，为2886kN；RA241放料管口受到的较大作用力为水平方向上的受力，为2677kN。这主要是因为放料管口的设备侧和管道侧存在温差，由热应力而引起的。
5爆瓷原因分析及处理措施
5.1本次爆瓷原因分析
以实际经验来看，搪玻璃釜管口的许用载荷（与管口轴线垂直方向上）一般不应很过2000kN。
从计算结果分析，RA251、RA241放料管口的局部受力均偏大。但需注意的是，在相似的情况下，RA241放料管口附近并没有发生爆瓷现象。
综合现场检查、检测及计算分析结果，本次搪玻璃釜发生爆瓷事故的原因如下。
由于弹性和延伸性（塑性）的差异，钢材和搪瓷釉层两者结合后在外部应力作用下协调变形的能力较差，尤其在放料管口——设备过渡成型的圆弧衔接区域（凸面区域），搪瓷釉层还承受垂直瓷层表面向外的张力，容易产生爆瓷现象。
本次事故中，设备放料口与放料阀进口、放料阀出口与管道之间均为刚性连接，放料阀下法兰安装有偏差，引起了出料管口侧及对侧应力集中；在高温操作工况下，发生应力叠加。在高应力（变）作用下，塑性较差的搪瓷釉层发生爆裂。
5.2事故处理方案
针对本次爆瓷事故发生的原因，建议搪玻璃釜修复后，在放料阀出口与管道间加装金属软管，以补偿变形、位移等不利影响；管道法兰、螺栓、垫片等应规范安装，消除安装偏差。
5.3事故预防措施
搪玻璃设备的搪瓷衬里，虽具一定的抗机械冲击强度，但它毕竟是一种脆性材料，苛刻的工作条件又不允许其存在任何微小缺陷。因此，为确保设备的正常使用，防止发生爆瓷，搪玻璃设备使用时应注意以下几点。
(1)防止机械冲击破坏。使用过程中严防任何金属、硬物掉进釜内，如遇堵料，必须用塑料棒疏通；检修时盖好釜盖，严防焊渣熔化瓷面而出现小坑或爆瓷。
(2)防止温差急变引起爆瓷。搪玻璃设备有耐温限制，允许工作温度为0～200℃。在使用中升温、降温要缓慢、均匀。若投料时物料与釜体温差太大，升温时蒸汽过猛，降温太急也会导致爆瓷。
(3)防止腐蚀损坏。搪瓷对各种有机酸、无机酸、有机溶剂均有较好的抗蚀性；对碱性溶液的抗蚀性较酸溶液差；对于强碱、氢氟酸及含氟离子介质，以及温度大于180℃、浓度大于30%的磷酸等不适用。搪玻璃设备使用时，应注意介质与搪瓷的使用条件相匹配。
(4)防止很压损坏。一般釜内允许工作压力≤0.4MPa，夹套允许工作压力≤0.6MPa。
(5)防止管口应力很过许用载荷。搪玻璃设备、管道系统设计应合理，并对管口的应力进行校核，使管口载荷小于许用载荷。同时，管道、阀门安装时，应规范安装，尽量避免安装偏差。
5.4日常使用及维护保养注意事项
(1)每班（经常）巡回检查搪玻璃设备内及夹套操作压力、温度、真空度等是否在许可的安全操作范围之内（尤其是反应釜夹套不允许很压），搅拌桨在转动时要经常关注设备的运行声音，注意釜内温度计套管及搅拌有无异常。
(2)操作工及维修工检查设备要运用看、摸、听的手段，看外表、摸温升、听声音，判断设备运行是否正常，有隐患应及时报告。
(3)搪玻璃设备应定期维护保养，一般每年安排维护不少于两次。大修期间除了检查温度计套管及进气管外，还必须完成对搅拌桨、釜内壁搪瓷的检查，反应釜夹套试压，减速机换油，反应釜外部防腐，保温保冷检查。
6结束语
搪玻璃设备是一种优良的耐腐蚀设备，广泛地应用于化工、石油、医药、农药、食品等工业；适用于工业生产和科学研究中的反应、蒸发、浓缩、合成、萃取、聚合、皂化、矿化、氯化、硝化等许多场合，以代替昂贵的不锈钢或有色金属。但搪玻璃设备易损，若使用不当、维护不好，其使用寿命就会大大缩短，给用户造成损失。因此，应正确使用和维护搪玻璃设备，使其较大限度地发挥使用价值。
