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直硝法生产浓硝酸反应釜内筒及附件的腐蚀和结构的研究

唐忠  
【摘要】:直硝法生产浓硝酸工艺源至前苏联。经过近五十年的发展,反应釜内筒一直采用高纯铝材。其使用寿命不足1.5年,腐蚀速度快,焊缝经常发生穿孔腐蚀,安全性能差。前人虽然在制造方面做了一些探索,但在材料应用上没有发生根本性的变化,效果仍不是很理想。考虑C8钢的设计条件与反应釜内筒工艺条件有相似之处,将这已有的研究成果进行深度的开发和利用就有重大意义。 本课题是结合企业的生产特点所做的应用研究,它涉及两个研究领域:金属腐蚀与选材;压力容器结构分析。基于上述内容,建立了C8钢腐蚀模型,以A、B两组作为对照组,每组17根规格为φ32×2.5的短管,均匀分布在反应釜内筒里。实验按照工业生产条件,历经3672小时,取得如下一些成果: 1) 运用一个简单的腐蚀率计算公式,近似地算出反应筒内的腐蚀率,绘出了腐蚀率曲线,并揭示出C8钢在反应釜内筒的腐蚀规律。 2) 通过C8钢腐蚀后的外观照片发现,A、B两组腐蚀都很严重,但A组(固溶态)要好于B组(敏化态);反应筒下部的C8钢管比上部的腐蚀更严重。 3) 通过观察金相组织发现,母材为单相孪晶奥氏体,焊缝组织为奥氏体+δ铁素体。由此说明在加工坡口的时候或焊接过程中有铁素体污染,造成焊缝晶间腐蚀。 4) 通过腐蚀产物的化学成分分析发现,腐蚀产物主要是SiO_2,证实了C8钢中的硅是主要的钝化元素。 课题的第二方面内容就是利用有限元对反应釜内、外筒进行结构分析。按照设计条件,计算了内、外筒位移变形,并校核了外筒的强度,得到如下结果: 5) 内、外筒的最大位移都小于1mm,对于设备而言在工况下变形非常小。 6) 在外筒的危险截面上进行路径分析,结果是计算应力强度远小于许用应力强度,截面强度合格。


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