卧式浸渍罐端头与浸渍罐门底部残存浸渍沥青原因及处理

魏刚，唐鸣宇，李智

（吉林炭素有限公司，吉林 132002）

0 前言

1996年吉林炭素成套引进德国Feist—lncon公司2台自动化程度较高的卧式液体加压浸渍系统，浸渍罐规格2200*22600㎜，生产能力55吨/罐，相对于其它（立式）浸渍系统，卧式液体加压浸渍系统在生产能力，浸渍质量，操作控制及能源消耗等方面具有明显优势。但是卧式液体加压浸渍系统（相对立式）也存在不利因素，具体表现就是卧式液体加压浸渍罐在高于浸渍沥青软化点温度（一般为＞100℃）启动浸渍罐门开门操作程序时，浸渍罐端头与浸渍罐门底部动配合间残存一定量的浸渍沥青，这些残存的浸渍沥青随着浸渍罐门的启动逐渐下落到浸渍罐端头和浸渍罐门下端，每一次浸渍循环结束后，需要操作者对残存在浸渍罐端头和浸渍罐门下端的浸渍沥青进行清理，不能存在任何细小残余物，以确保在下一浸渍生产过程中，浸渍罐端头和浸渍罐门间实现有效配合，这样长年累月循环往复的浸渍生产及浸渍罐端头和浸渍罐门间清理工作，降低浸渍罐端头与浸渍罐门金属配合度和光洁度，并使二者接触配合产生间隙不断增大，长期往复超过浸渍橡胶密封圈膨胀密封承压能力，这时，极易出现浸渍真空处理时间延长、浸渍沥青刺破浸渍橡胶圈向外泄压现象，易造成生产、质量、安全故障，本文就是通过分析卧式浸渍罐端头与浸渍罐门底部动配合间残存浸渍沥青原因并提出处理。

1 卧式浸渍罐门系统基本结构

吉林炭素2台卧式浸渍罐有浸渍罐本体（浸渍罐内筒体），在∮2200㎜浸渍罐内筒体端部法兰圆周设置25*2300㎜（内径）密封槽，内筒体法兰设置氮气进气孔，（图1浸渍罐剖视图），浸渍操作时，操作者需应用专用金属工具将环形浸渍橡胶圈镶嵌在浸渍罐端部密封槽内，浸渍罐封门氮气通过小孔通道进入环形密封槽内，通过氮气气体压力作用、环形密封橡胶圈从密封槽中顶出与经过锁紧浸渍罐门珐兰面紧紧接触并得到压力平衡，使得浸渍罐端头与浸渍罐门间隙最小化。浸渍罐门法兰与浸渍罐内筒体法兰之间无相对旋转运动，二者紧靠由旋转环和油缸组成的旋转机构在法兰外端实现，从而减少浸渍罐门法兰对浸渍橡胶圈磨损提高密封性能设置的。

图1 浸渍罐剖视图（简图）Fig.1 cutaway view of impregnating tank (sketch)

2 卧式浸渍罐残存浸渍沥青原因

炭素制品生产过程中，浸渍是在密闭的设备中，在≥145℃和13--15bar压力作用下迫使液态浸渍沥青浸入浸渍电极孔隙（对电极气孔实施沥青填充）的工艺过程[1]。操作流程是，将热处理温度与浸渍沥青温度相匹配的待浸渍焙烧电极，置入到浸渍密闭设备即浸渍罐内筒体内。关闭浸渍罐罐门，实施浸渍罐罐门转动锁紧装置浸渍罐门和应用2.0bar氮气通过浸渍橡胶圈工作实施封门后。启动浸渍真空处理程序，浸渍沥青注入浸渍罐程序，浸渍加压泵实施浸渍沥青加压程序，浸渍沥青返回程序。浸渍沥青返回程序结束后，浸渍生产循环结束。由于金属的浸渍罐端头与金属的浸渍罐门接触配合必须通过由2.0bar氮气支撑浸渍橡胶圈密封才能保证浸渍系统承受12--17bar压力作用，而工作中（图1浸渍罐剖视图）浸渍橡胶圈设置在浸渍罐端头与浸渍罐罐门之间构成了严密结合体，使得浸渍罐门与浸渍罐内筒体在浸渍橡胶圈缓冲作用下构成一个完整、严密整体，由于浸渍橡胶圈设置在浸渍罐门与浸渍罐内筒体圆弧直径2.5*2300位置处，浸渍橡胶圈对小于浸渍橡胶圈直径内包括浸渍压力罐内筒体内的浸渍沥青形成强阻力作用，这样由浸渍沥青储罐注入到浸渍压力罐内筒体内的浸渍沥青就会自然流入浸渍罐压力内筒体内与浸渍罐门二者间隙内，浸渍13--15bar压力处理又使得浸渍罐端头和浸渍罐门处自然流入浸渍沥青得以夯实，由于我们没有在浸渍罐端头法兰处设置浸渍沥青倒流装置，这样导致进入浸渍压力罐内筒体内与浸渍罐门间隙内的浸渍沥青因低于浸渍罐端部内筒体液位而无法实现返回。每一次的浸渍生产循环实施的浸渍罐端头和浸渍罐门配合间残存浸渍沥青就这样产生了。

3 卧式浸渍罐残存浸渍沥青对浸渍生产影响

浸渍压力罐端头和浸渍罐门配合应是光洁度高的严密体，即使二者紧密配合，存在间隙是必然的，浸渍沥青每一个循环过程中必须流入到二者间隙中，因此流入到浸渍压力罐端头和浸渍罐门间的浸浸渍沥青清理工作时浸渍生产组成部分，由于清理工作应用具有一定强度的金属工具，长期循环往复的清理工作势必降低浸渍罐端头和浸渍罐门光洁度，二者配合间隙增大。影响浸渍生产质量。

3.1 卧式浸渍罐残存浸渍沥青对浸渍真空处理影响

浸渍真空处理就是将至于密闭的浸渍压力罐内和待浸渍焙烧电极孔隙内的气体抽出工艺过程，残存浸渍沥青的存在及浸渍罐端头和浸渍罐门因长期金属清理力的作用导致间隙增大，由于人工清理浸渍沥青即使有标准化作业程序指导书，但是执行人为影响因素大，极易产生浸渍罐端头和浸渍罐门门微小凹点状态，这时浸渍真空处理在浸渍压力罐90--130℃状态下，而浸渍橡胶圈受至于柔韧性和强度限制，即使在氮气20bar压力作用下，浸渍橡胶圈凸面与浸渍罐门凹面配合过程也会出现或大或小间隙，

导致浸渍橡胶圈接触浸渍罐门不严密，这是浸渍真空处理达标时间延长的作用原因之一。

3.2 卧式浸渍罐残存浸渍沥青对浸渍压力处理影响

吉林炭素2台卧式浸渍压力罐应用浸渍沥青作为浸渍加压介质实施浸渍压力处理，浸渍沥青注入浸渍压力罐结束后，关闭浸渍压力罐与外界或其它管体连接阀门，根据压力理论，密闭容器压力值代表整个容器压力值，在这里浸渍罐端头和浸渍罐门通过浸渍橡胶圈将浸渍压力罐紧密地封闭起来，浸渍沥青受热产生的浸渍沥青挥发份气体不能扩散到浸渍压力罐外，只能停留在浸渍压力罐内，这时的浸渍加压泵内充满液体浸渍沥青，启动加压泵，浸渍压力罐的压力不断增大。浸渍压力罐的压力最初是波动变化的，压力变化的原因主要是待浸渍焙烧电极本身孔隙消化加压泵压力增加，待浸渍电极吸入一定浸渍沥青后，随着浸渍加压泵压力的增加浸渍压力罐压力也相应增加，这时浸渍橡胶圈承受压力和温度达到设定工作状态，此刻（一般浸渍加压泵启动30分钟后）残存浸渍沥青的存在及浸渍罐端头和浸渍罐门因长期金属清理力的作用导致间隙增大，极易产生浸渍罐端头和浸渍罐门门微小凹点状态，这时浸渍压力罐在13--15bar和140--170℃作用下稳定工作，而浸渍橡胶圈受至于柔韧性和强度限制，即使在氮气20bar压力作用下，浸渍橡胶圈凸面与浸渍罐门凹面配合过程也会出现或大或小间隙，导致浸渍橡胶圈接触浸渍罐门不严密，浸渍沥青就会在压力作用下逐渐渗入浸渍橡胶圈与浸渍罐门间隙中，通过温度和压力的作用，导致浸渍橡胶圈局部接触浸渍沥青面积增大，最终会刺破浸渍橡胶圈，浸渍沥青大量外泄。被迫停止浸渍加压工作，导致浸渍因加压时间不足产生浸渍沥青浸入量（浸渍增重率）不达标，造成浸渍本工序不合格品，不但成本增加，而且不利于安全文明生产。

4 卧式浸渍罐残存浸渍沥青处理

浸渍压力罐内筒体内与浸渍罐门间隙内的浸渍沥青因低于浸渍罐端部内筒体液位而无法实现返回。每一次的浸渍生产循环实施残存浸渍沥青清理时构成浸渍生产操作重要环节，浸渍生产21年来，我们认为实施卧式浸渍罐残存浸渍沥青处理有4种方法，

4.1 完全彻底的人工清理

浸渍压力罐罐门开启后，通过对残存浸渍沥青实施强制冷却降温、使其达到浸渍沥青软化点以下温度，浸渍沥青呈固态，操作员工应用金属工具，实施强制清除，由于人工清理浸渍沥青即使有标准化作业程序指导书，但是执行人为影响因素大，极易产生浸渍罐端头和浸渍罐门门微小凹点状态，极易产生浸渍罐端头和浸渍罐门门微小凹点状态，卧式浸渍罐残存浸渍沥青对浸渍生产影响量的积累过程逐渐形成。

4.2 浸渍罐温度低于浸渍沥青凝固点实施浸渍出罐

根据煤沥青凝固时变脆，稍受外力作用就破裂的特性，我们在生产过程中实施浸渍压力罐温度低于浸渍沥青凝固点温度（＜80℃）时启动浸渍出罐程序，这样浸渍橡胶圈与浸渍压力罐内筒体间的浸渍沥青处于均匀的凝固状态，浸渍沥青稍受外力作用就破裂的特性充分体现出来，但是浸渍罐降温过程时间长，目前吉炭浸渍设计上采用的德国Feist—lncon原理，就是在浸渍沥青返回结束后，对浸渍罐空间温度及浸渍电极实施冷却降温，实现浸渍电极中的浸渍沥青冷凝固化目的，实际生产操作过程中，实现浸渍电极冷凝固化和降低浸渍罐温度分需实施2段冷却处理，第一段、通过浸渍压力罐夹套中的热媒油循环间接冷却降温，在这里热媒油不断的流过浸渍压力罐夹套，吸收热量并将热量传给热交换器，在热交换器中，热媒油通过强制风冷降温。通过热油泵实施热媒油强制循环，使得浸渍罐内空间及浸渍电极间接冷却降温，实现浸渍压力罐内空间及浸渍电极最高温度峰值的有效降低，为浸渍罐水冷却做准备。一般情况下热媒油循环间接冷却降温是个漫长的工作状态，吉炭最初的生产实例记录，当浸渍罐≥180℃时，5个小时才使得浸渍压力罐温度下降10℃，因此，实现浸渍电极冷凝固化第二阶段的注水操作，必须达到注水冷却所要求的温度标准，热媒油循环间接冷却降温需要一定时间和生产效益的代价，同时≤120℃的温度下实施注水冷却对浸渍设备和安全生产提出更高的要求，因此，水冷却操作在吉炭没有延续下来。浸渍压力罐温度低于浸渍沥青凝固点实施浸渍出罐也没有实施。

4.3 浸渍罐端头与浸渍罐门底部动配合间添加橡胶圈类似材料

在浸渍罐端头与浸渍罐门底部动配合间添加具有膨胀可压缩性、吸附性性质的类似橡胶圈材料占据二者空间（图2浸渍罐端头与浸渍罐门底部动配合间添加橡胶圈类似材料状态图），使之形成浸渍沥青与金属浸渍罐端头和浸渍罐门隔离层，浸渍罐端头与浸渍罐门配合接触时，通过旋转液压机构做功，浸渍罐端头与浸渍罐门实现最紧密接触，使得浸渍橡胶圈接触浸渍沥青间隙最小，同时浸渍罐端头与浸渍罐门底部动配合间添加橡胶圈类似材料所占空间，由于具有可压缩性，接触浸渍橡胶圈部分提供压缩充抵了浸渍橡胶圈凸显的空间，而浸渍橡胶圈与浸渍罐内筒体底部圆弧50㎜间由于类似橡胶圈材料压缩程度小于浸渍罐端头与浸渍罐门底部浸渍橡胶圈处的压缩程度，因此浸渍橡胶圈与浸渍罐内筒体底部圆弧50㎜的空间就会被类似橡胶圈材料占据，浸渍加压过程中进入此处的浸渍沥青就会极大减少或杜绝。类似橡胶圈材料的加入绝不会增大浸渍罐端头与浸渍罐门底部动配合间隙。 由于人工清理浸渍沥青无标准化作业程序，极易产生浸渍罐门微小点出现凹面状态，而浸渍橡胶圈受至于柔韧性和强度限制，即使在2.0氮气作用下，浸渍橡胶圈凸面与浸渍罐门凹面配合过程也会出现或大或小间隙，实际生产过程中浸渍橡胶圈凸面过大将导致承受浸渍沥青温度和压力面增大而国定镶嵌在浸渍橡胶圈槽内面减少，直接降低浸渍橡胶圈抵抗高温高压能力，增加浸渍加压过程中浸渍沥青刺破浸渍橡胶圈故障频率。而在浸渍罐端头与浸渍罐门底部动配合间添加类似橡胶圈的材料为整体材料，作用基点在浸渍罐端头法兰槽内，其抵抗高温高压能力远远优于凸现的浸渍橡胶圈，因此，在浸渍罐端头与浸渍罐门底部动配合间添加橡胶圈类似材料所占的空间+浸渍橡胶圈凸现所占的空间==浸渍罐端头与浸渍罐门底部动配合空间，这样减少了浸渍橡胶圈凸现量。吉林炭素从2002年开始实施浸渍罐端头与浸渍罐门底。

图2 浸渍罐端头添加橡胶圈类似材料状态图Fig.2 state diagram of rubber ring similar material at the end of impregnating tank

部动配合间添加橡胶圈类似材料，生产实践证明提高浸渍橡胶圈抵抗高温高压能力，有利于

浸渍罐端头与浸渍罐门底部动配合间残存浸渍沥青处理。15年生产实践证明，浸渍罐是承受高温、高压较危险的压力容器，浸渍罐端头与浸渍罐门底

部动配合间添加橡胶圈类似材料看似不规范、实质上符合浸渍罐生产理论，是目前解决浸渍罐端头与浸渍罐门残存浸渍沥青最经济合理可操作方案。（图3浸渍罐端头与浸渍罐门底部动配合间添加橡胶圈类似材料残余沥青清理后状态图）

图3 浸渍罐门添加橡胶圈类似材料状态图Fig.3 state diagram of rubber ring similar material for impregnating tank door

图4 浸渍罐端头添加橡胶圈类似材料残余沥青清理后状态图Fig.4 state diagram of residual asphalt after adding rubber ring similar material at the end of impregnating tank

4.4 浸渍罐内筒体至紧贴浸渍橡胶圈内圆弧间设置浸渍沥青返回管线

浸渍罐内筒体至紧贴浸渍橡胶圈内圆弧距离50㎜，在这样位置设置浸渍沥青返回装置，管线直径受到限制，而获得的结果只是减少浸渍罐端头与浸渍罐门底部动配合间残存浸渍沥青量，人工清理残余浸渍沥青工作仍然存在，同时对浸渍沥青纯洁度和待浸渍电极和浸渍电极筐清理质量提出了更高的要求，势必增加部分制造成本。吉林炭素一直没有应用。

5 结论

卧式浸渍罐端头与浸渍罐门底部残存浸渍沥青

是卧式浸渍装置必然存在的一种现象，应用金属工具实施残余浸渍沥青的清理，是浸渍生产过程不得已的办法，这样长期的循环往复导致浸渍罐端头与浸渍罐门配合不严实，影响浸渍生产，我们通过浸渍罐端头与浸渍罐门底部动配合间添加橡胶圈类似材料，并使添加橡胶圈类似材料占据提高浸渍罐端头与浸渍罐门有限空间，提高浸渍罐端头与浸渍罐门接触严密度，较好解决了残存浸渍沥青问题。

[1]黄启震,李圣华,王万平等.中国冶金百科全书(炭素材料)[M].北京;冶金工业出版社,2004.