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超高压管式反应器发展前景!

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  • 结构与原理    

结构特点:超高压管式反应器通常呈管状,长径比很大,由无缝钢管与U 形管连接而成,其结构可以是单管,也可以是多管并联。管体一般采用高强度、耐腐蚀的材料制成,如不锈钢、镍基合金等,以承受超高压和高温的工作环境。  

工作原理:反应物从反应器的一端进入,在超高压和适宜温度条件下,沿着管道流动并进行化学反应,产物从另一端流出。由于管内反应物的流动近似为平推流,反应物在反应器中停留时间相对一致,使得反应具有较好的可控性和重复性。

超高压管式反应器是管式法LDPE/EVA装置中重要的反应设备,其核心技术是超高压反应管的设计制造技术和夹套设计技术。目前德国、美国、奥地利、日本等国拥有该设备的设计制造技术。目前国内装置的超高压管式反应器直接采购国外产品价格昂贵,交货周期长,维护服务困难,但因国内缺乏成系统的超高压管式反应器设计生产能力,国内新建和改造的重要石油化工等装置仍需大量进口该产品,因此超高压管式反应器关键技术研发与该类设备的国产化设计与制造意义重大。

 

  • 性能优势    

高转化率:超高压条件能够使一些在常压或低压下难以进行的反应顺利进行,提高反应的转化率和选择性,有利于生产高附加值的产品。  

高效传热传质:管式反应器具有较大的比表面积,单位体积传热面积大,有利于热量的传递和交换,可有效控制反应温度,同时也促进了反应物之间的传质过程,加快反应速率3。  

连续化生产:适合连续操作,能够实现反应物的连续进料和产物的连续出料,便于与上下游工艺设备衔接,提高生产效率,降低生产成本,适用于大规模工业化生产。  

低返混:返混小,反应物的浓度和反应器中任何一点的化学反应速度都不随时间变化,只随管的长度变化,因而容积效率(单位容积生产能力)高,对要求转化率较高或有串联副反应的场合尤为适用。  

  • 应用领域    

聚合物合成:在高分子材料领域,用于生产聚乙烯、聚丙烯、乙烯- 醋酸乙烯共聚物(EVA)等聚合物。例如,通过超高压管式反应器可以将乙烯单体聚合生成高压聚乙烯,这种聚乙烯具有良好的柔韧性和加工性能。  

化学合成:在有机合成化学中,可用于进行一些需要超高压条件的化学反应,如高压加氢反应、环加成反应等,有助于合成具有特殊结构和性能的有机化合物。  

材料科学研究:在材料科学领域,用于制备新型材料,如高强度碳纤维增强陶瓷基复合材料等。通过超高压处理,可以改变材料的晶体结构和性能,满足航空航天、电子等领域对高性能材料的需求。  

  • 技术挑战    

材料选择:需要能够承受超高压、高温和腐蚀性介质的材料,研发和选用合适的材料是关键难题之一,既要保证材料的强度和耐腐蚀性,又要考虑材料的成本和加工性能。  

加工制造:超长超细深孔高精度加工工艺要求极高,管道的加工精度、焊接质量等直接影响反应器的性能和安全性,制造过程中的质量控制难度较大。  

安全控制:超高压环境下,一旦发生泄漏或爆炸等事故,后果将极其严重。因此,需要配备先进的安全监测和控制系统,如压力传感器、温度传感器、安全阀、爆破片等,以确保反应器的安全运行。


来源:压力容器工程师
复合材料化学航空航天电子焊接爆炸材料控制管道
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首次发布时间:2025-05-17
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君雔
本科 | 高级工程师 压力容器工程师
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热处理后莫名开裂?一文说清焊接再热裂纹的隐蔽陷阱|科到了第22期

“科到了”专栏致力于利用原创焊接科普好文面向大众进行焊接知识普及工作,希望"科到了"能让大家走近焊接行业、洞悉前沿科学、解决应用难题。也希望广大焊接行业大咖、专家学者、青年代表踊跃投稿,以通俗的语言和生动易懂的实验或实例解答当下热门焊接知识,内容可以是前沿科技解读、一线焊接技术难点痛点的解决方案,也可以是焊接知识的科普总结以及您天马行空的脑洞。第22期热处理后莫名开裂?一文说清焊接再热裂纹的隐蔽陷阱 01 定 义 某些含有沉淀强化元素(Al、Ti、Nb)的高强钢和高温合金(包括低合金高强钢、珠光体耐热钢、沉淀强化型高温合金及部分奥氏体不锈钢),焊后未出现裂纹,但在热处理过程中产生裂纹,称为消除应力处理裂纹(SR裂纹,Stress Relief Cracking)。部分焊接结构在高温(如500~600℃)长期服役时亦会产生裂纹。工程中将上述两种情况下产生的裂纹(消除应力处理过程与服役过程)统称为再热裂纹(Reheating Crack)。02 再热裂纹主要特征 (1)仅发生于含沉淀强化元素的金属焊件中,碳素钢及固溶强化型金属材料通常不产生再热裂纹。(2)存在敏感温度区间,具体范围与再热温度及时间相关。低合金钢敏感区间约为500~700℃,奥氏体不锈钢及高温合金钢则为700~900℃。(3)集中于热影响区粗晶区的晶界,沿熔合线母材侧奥氏体粗晶晶界扩展,呈晶间开裂特征。(4)焊接区需存在较大残余应力且存在应力集中。03 再热裂纹影响因素 (1)碳化物形成元素(Cr、Mo、V、Ti、Nb)含量影响显著,如珠光体耐热钢中V元素会大幅增加SR裂纹敏感性。(2)加热速度与时间影响,不同钢种敏感温度范围各异。(3)晶粒度影响显著,晶粒越粗大,再热裂纹倾向越高。(4)焊接方法差异:大的热输入焊接易致晶粒粗化,在对晶粒长大敏感的钢种中,埋弧焊再热裂纹倾向高于焊条电弧焊;而淬硬倾向大钢种则反之。04 再热裂纹防止措施 (1)选用低强度匹配焊接材料;(2)采用预热或后热控制冷却速度;(3)避开敏感温度区间或缩短其停留时间;(4)降低残余应力,避免应力集中;(5)特定合金(如设计温度≥538℃的Incoloy 800HT)需焊后稳定化热处理;(6)有再热裂纹倾向材料应在热处理后增加无损检测。05 再热裂纹敏感材料 15MnVR、15MnNbR、18MnMoNbR、13MnMoNbR、07MnCrMoVR、07MnNiMoVDR、17Cr1Mo1V及日本CF-62钢。注:再热裂纹产生于热处理或服役过程,具隐蔽性,易引发突发事故。压力容器设计、制造及检测环节需预先评估再热裂纹风险,制定防控方案。再热裂纹由焊后再次加热(如消除应力热处理)引发,钢中Cr、Mo、V、Nb、Ti等元素加剧其倾向。SR裂纹(消除应力处理裂纹)亦称应力松弛开裂(Stress Relaxation Cracking)。06 再热裂纹产生机理 再热裂纹源于晶界优先滑动导致的微裂纹形核,焊后热处理中晶界弱化而晶内强化。机理争议集中于两类学说:(1)晶界弱化学说杂质元素(如P、S)在晶界偏析致脆,Cr、Mo、V、Nb等元素的碳/氮化物在二次加热时于晶内析出强化,应力松弛变形集中于晶界,塑性不足时引发裂纹。(2)晶内强化学说(模形开裂理论)强化相(碳化铬、钒、钛、铌等)在位错区弥散析出,阻碍晶内变形,应力松弛由晶界承担,应力集中导致裂纹。(3)蠕变断裂理论应力松弛过程中伴随蠕变损伤累积,加速晶界开裂。07 再热裂纹敏感性鉴定公式 影响再热裂纹的主要因素是钢种的化学成分(直接影响粗晶区的塑性)和焊接区的残余应力(特别是应力集中部位)。可根据钢种的化学成分判据式对再热裂纹敏感性进行评价。△G=Cr+3.3Mo+8.1V+10C-2当△G<1.5时,对再热裂纹不敏感;当1.5<△G<2时,一般;当△G>2时,对再热裂纹敏感。08 专 家 解 析 刘总观点:受拘束的焊接接头在焊后热处理或高温服役时,其热影响区会发生‘再热裂纹’(亦称‘应力松弛裂纹’)。历史上,再热裂纹最早由电站工业在奥氏体不锈钢中发现。冶金学研究证实,此类裂纹与晶内析出物密切相关。本质上,晶内析出强化了晶粒内部,迫使应力松弛所需的应变转移至晶界,最终降低蠕变延性并引发晶界破坏。此类开裂模式仍存在诸多未解问题,尤其是影响其产生的组织与成分因素尚未完全明确。束总观点:晶内析出强化仅解释了部分成因。晶粒过度粗大亦会导致蠕变延性劣化及晶界析出物聚集。此外,焊缝收缩、粗晶阻碍晶界滑移、材料厚度增加以及野蛮焊接工艺等因素均会加剧裂纹倾向。09 文献引述 (陈祝年.《焊接工程师手册》2002年版,第198页)再热裂纹的两种类型:1)焊后并未开裂,而在焊后消除应力的热处理过程中才出现裂纹,这种裂纹又称消除应力处理裂纹,简称SR裂纹(Stress Relaxation Cracking Susceptibility应力松驰开裂敏感性)。2)焊后没有裂纹,而在一定温度下长期服役才产生的裂纹。再热裂纹的特点:1)仅在含有一定沉淀强化元素(Ti,Al)的金属焊件中产生。2)只发生在某一温度区间,再热裂纹与再热温度和再热时间有关,存在一个再热开裂的敏感温度区间。对于一般的低合金钢,温度区间约为500~700℃之间;对奥氏体不锈钢和一些高温合金钢在700~900℃之间。3)只发生在热影响区粗晶区的晶界上。裂纹走向是沿熔合线母材侧的奥氏体粗晶晶界扩展,呈晶间开裂。4)在焊接区必须同时存在有残余应力和不同程度的应力集中。再热裂纹的形成机理是晶界杂质析集的弱化作用和晶内沉淀的强化作用。END 声明:本文为原创作品,所涉文字及图片版权均属《电焊机》杂志所有,根据国家版权局最新规定,纸媒、网站、微博、微 信公 众号转载、摘编我刊的作品,务必请提前联系我编辑部。个人请按本微 信原文转发、分享。编 辑|唐 凰责 编|金顺捷审 核 | 李红宇来源:压力容器工程师

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