人造石英晶体超高压釜爆炸原因分析及其预防措施.docx

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人造石英晶体超高压釜爆炸原因分析及其预防措施

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彭志国张洋洋唐起生濮克淼

摘要现如今，国民经济的发展，科学技术的广泛应用，工业生产逐渐朝着智能化和自动化的方向发展。超高压反应釜在工业生产中的应用，能够满足现代的工艺要求，保证工业生产质量。但是，超高压釜在运行过程中，常常发生爆炸事故。基于此，文章主要对人造石英晶体超高压反应釜的爆炸原因进行了分析，并提出了相应的预防措施。

关键词超高压釜人造石英晶体爆炸原因预防措施

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1超高压釜概况

在工业生产过程中，不同的生产工艺其对超高压釜的参数设计也存在着很大的不同。为了充分了解超高压釜爆炸原因，文章对超高压釜的规格进行了设定：人造石英晶体超高压釜的内径为270mm，最小壁厚为77.5mm，材料为PCrNi3MoVA，并经整体锻造、消除内应力热处理、最后镗孔而成，见图1：

超高压反应釜外壁采用的是电阻丝加热方式，然后利用保温桶进行保温，釜内装有碎水晶及当量浓度为1.0-1.25N的氢氧化钠溶液，（1.2N的氢氧化钠溶液对应的百分比浓度为5%）。加热温度在升高的过程中，超高压反应釜内的溶液会汽化，反应釜内部的压力也会随之升高，导致碎水晶在高压的条件下溶于碱溶液中。此外，超高压反应釜的设计压力为151MPa，其上部温度控制在335℃左右，下部的温度大致控制在370℃左右。这样的温度控制模式，能够使反应釜的下部饱和水晶碱溶液达到釜上部，从而使得上部釜温度降低，其溶液呈过渡饱和状态，有利于水晶的析出。而在超高压反应釜内上部挂着的晶种上再结晶，于是便制得人造水晶，其生长周期约50天，这种方法称为水热温差制造法。

2爆炸事故发生原因分析

据报告显示，超高压反应釜的爆破片未爆炸，其在爆炸前30分钟内的操作记录显示：超高压反应釜的压力为138MPa，该压力小于超高压的反应釜设计压力，因此，不存在超压爆炸的可能。对此，可以猜测，超高压反应釜爆炸事故的发生主要是由于碱液导致反应釜发生应力腐蚀，进而引发爆炸。超高压反应釜应力腐蚀的发生需要满足三个条件，才会引发爆炸事故：一是高温度；二是高浓度；三是不均匀的拉伸应力。超高压反应釜的最敏感区域是碱液浓度在30%左右和溶液沸点附近。而超高压反应釜应力腐蚀引发的爆炸事故刚好满足以上三个条件，理由如下：

（1）在反应过程中，超高压反应釜的上部稳定与下部稳定都大于300度，满足高温的要求；

（2）反应釜内的氢氧化钠溶液经常在局部地区富集，例如，溶液蒸发率高的地方、含碱的水加热器中等等，这些都是氢氧化钠溶液富集的地方。而氢氧化钠溶液富集，其浓缩达到10%的是完全有可能的。

（3）在超高压反应釜中，其断面附近受周向和轴向拉伸应力不均匀，如，有台阶的筒体，其上、下壁的厚度不同，运行过程中产生的拉伸应力也不均匀。断裂发生的主要因素是由于碱和铁了化学反应：Fe+3OH-HFeO2-+H2O+2e-，于是在存有较浓碱溶液的缝隙等处的钢件强度降低，因而发生脆性断裂。

3人造石英晶体超高压反应釜爆炸的预防措施

3.1釜的設计、制造方面

（1）在对碱液储存设备设计及制造过程中，需要采用焊接工艺进行处理，其焊接工艺水平直接影响者碱液储存设备的抗腐蚀性。对此，在焊接过程中，尤其是对焊缝的处理，应进行退火处理，消除其内应力，降低应力拉伸。此外，在超高压反应釜运行过程中，引发其应力腐蚀的介质还有很多，除却氢氧化钠溶液后，其氢氧化钾、碳酸钾、氧化钠铝等等，都会导致设备腐蚀。因此，在设计及制造过程中，要充分考虑反应釜的应力腐蚀断裂问题，以防止其在使用中产生不均匀拉伸应力，从而防止碱脆破裂的发生。

（2）尽量降低釜内表面的粗糙度。实践证明：如果容器内表面的粗糙度低，当上述蒸汽泡离开时，此处的碱液浓度会重新变得均匀（即自趋均匀），而如果内表面粗糙度较高，则此处的碱液将慢慢被浓缩而使碱浓度逐渐增大。因此，前者有利于防止碱脆断裂的产生。

3.2釜的使用管理方面

（1）在超高压反应釜使用过程中，要想降低其应力腐蚀的发生几率，就需要对碱液进行除氧处理工作。避免碱液中的晶粒发生钝化反应，而出现晶界的活化，导致应力腐蚀断裂的发生。

（2）检测超高压反应釜内的碱液浓度，若其浓度大于1.25N则需加入清水进行稀释，确保其浓度在1.0-1.25N之间。

（3）经常清洗釜内，防止碱液在局部地方出现浓缩。在盐（如K2CO3、Na2AlO3）的沉积物和多孔性物质（如氧化皮）的下面及蒸发速率高的地方，其碱的浓度通常较高。在含有碱的水加热器中，所形成的每一个蒸汽泡都会使在其下部的溶液含碱量比其它地方要高些。因此，经常对釜内进行清洗，就可大大消除碱液被局部浓缩的可能性，防止碱脆断裂的发生。

4结语

综上所述，人造石英晶体超高压反应釜在运行过程中，由于生产工艺比较复杂，其常常会