淺析溶解滾筒內固體硅酸鈉結塊的處理方法

馮曉文 劉新鴻 劉華

摘 要：本文介紹了水玻璃溶解滾筒內固體硅酸鈉出現結塊的現象、原因以及如何進行處理的方法。

關鍵詞： 水玻璃;溶解滾筒;固體硅酸鈉;結塊;現象;產生原因;解決方法

1 前 言

硅酸鈉，俗稱泡花堿，是一種無機物，化學式為Na2O·nSiO2，其水溶液俗稱水玻璃，是一種可溶性的無機硅酸鹽，廣泛用于陶瓷化工、洗化、建筑、選礦、造紙、白炭黑、硅溶膠、金屬表面處理等行業。

硅酸鈉有干法、濕法兩種生產工藝，干法又包括碳酸鈉法、元明粉（硫酸鈉）法、氯化鈉法。濕法則以燒堿和石英砂為原料，加溫、加壓反應后得到液體產品。

碳酸鈉法，根據所需產品的模數要求，將純堿（Na2CO3）和 60目-80目的石英砂（SiO2）按比例混合均勻送入馬蹄焰窯爐，在 1450-1500 ℃下熔融，高溫熔融產物從窯爐出料口流出，通過模子上面的輥子壓制成塊或者水淬成顆粒，俗稱塊子料和水淬料。

也有用元明粉（又稱硫酸鈉、無水芒硝）法工藝，由于采用Na2SO4會產生大量的SO2，對環境產生極大的污染，目前已被淘汰。

固體硅酸鈉可以作為成品進入市場，但最終使用的是液體產品，也就是水玻璃，它是由固體產品加水溶解后形成的粘稠狀液體，通常采用的化料方法有常壓蒸煮法和高壓溶解法。

常壓蒸煮法是指將固體產品放入常壓容器中，加水蒸煮，由于壓力較低，溶解量較少，液體濃度低，作為產品使用，必須進一步濃縮。

高壓溶解法是指將物料和水按一定比例加入溶解滾筒中，通入較高壓力的蒸汽，經過一定的時間，達到相應的濃度的液體硅酸鈉，也就是水玻璃，這個工藝通常稱為“化料”，也是常見的干法水玻璃生產工藝。

2溶解滾筒的結構

2.1溶解滾筒的筒體材質要求

溶解滾筒是水玻璃化料工藝的重要設備，一般采用制造壓力容器的專用鋼16MnR，或者304不銹鋼加工，作為壓力容器制造商必須有相關的資質。

2.2溶解滾筒的主要組成部分

進氣管、排氣管、放料管、分氣缸、密封件、中間軸、蒸汽擴散管、筒體、人孔、人孔蓋、減速機、電機、機架等部分組成。

3水玻璃化料工藝操作規程

（1）將溶解滾筒的人孔轉動到最高點并進行鎖定，打開內壓式人孔蓋和釜體上的排氣閥開始注水，水的加入量通過流量計和電磁閥控制;

（2）加水完畢，利用鏟車、帶稱量裝置的喂料機和皮帶輸送機，以定量方式添加固體硅酸鈉塊子料或者水淬料;

（3）完成進料蓋緊人孔蓋，關閉筒體上的排氣閥，啟動電機溶解滾筒開始運轉;

（4）待設備運轉正常后，打開進氣管閥門，開始充入蒸汽，當壓力達到0.8MPa時，關閉進氣管閥門，進入化料階段;

（5）連續運轉3-4h后停止溶解滾筒，并將人孔轉動到最底部;

（6）打開排氣閥開始排氣，堿性蒸汽被排入儲水罐，用來加熱生產用水;

（7）當筒內壓力下降到0.4-0.5MPa時，啟動溶解滾筒讓人孔轉到最高處后停止并鎖定;

（8）打開放料管閥門，在自壓的作用下，化料后的水玻璃，被排放到中轉罐;

（9）水玻璃全部放入中轉罐，檢測后進行均化和調濃，然后泵入儲罐儲存。

以15m3反應釜為例，以干基計一般加入塊子料或者水淬料5.50噸，加水8.5m3，可生產40Be、模數M=3.1-4.4的水玻璃14.00噸左右。

4導致溶解滾筒內出現結塊的原因

（1）外網停電，沒有自備電源，設備停止轉動。

（2）設備故障，無法正常運轉。

5停電或設備故障后緊急處理的方法

停電或者設備故障后，應立即將反應釜的人孔轉動到最底部，確保放料管（排氣管、進氣管）暴露在物料外，如果能夠馬上來電或者故障得到快速排除、設備迅速恢復運轉，一般不會產生結塊死機問題，但如果停電或者修復設備時間過長，就會導致釜內物料結塊，特別嚴重的是進料管（排氣管、進氣管）被包裹在結晶體中，已經出現熔融的固體硅酸鈉，粘附在反應釜的一側，成為一個整體。

6結塊導致的后果

（1）.產生嚴重的偏向，導致設備無法啟動，或者勉強啟動后損壞減速機或者拉裂機架;

（2）設備無法運轉，進料管（排氣管、進氣管）被結晶堵塞，導致蒸汽不能進入反應釜，化料無法進行;

（3）設備報廢。

7解決辦法

一旦溶解滾筒內出現物料結晶，并且將中間軸、連通管、蒸汽擴散管確保包裹在里面，就說明這些管道已經被結晶體全部填充，管內已經不能通過流體，溶解滾筒和外界的聯系通路全部中斷。

要想實現溶解滾筒的脫困和恢復正常運行，我們借鑒靜壓釜的工作原理，對筒內結晶成一體的固體硅酸鈉進行溶解。

7.1建立筒內和外界新的通道

我們知道，進氣管、排氣管、放料管是分開進入分氣缸的，在此匯聚后通過中間軸段、連通管、和蒸汽擴散管把蒸汽送入釜內，將尾氣排入儲水箱，把水玻璃排入中轉罐，由于筒體內結晶，導致這些功能已經失去，所以必須建立新的通路，保證蒸汽能夠進入滾筒，溶解生成的水玻璃可以實現順暢放料。

（1）在放料管進分氣缸處加裝一個球閥，球閥下部引出一路管，規格為φ50無縫管其上安裝一個球閥;

（2）在溶解滾筒人孔蓋上面開一個圓孔，其大小正好可以插入一個φ65的無縫管，無縫管一端焊接一個DN65法蘭盤，另一端焊接在人孔蓋上的圓孔內，采用雙面焊接，確保牢固可靠，形成一根類似套管的裝置;

（3）將一根φ50的無縫管從φ65的無縫管插入，深入到釜內結晶體，直至不能再插進為止，該管進入釜體內部分的端頭封堵，旁邊開孔，便于蒸汽在往釜內各個方向噴射，在露出套管的一端焊接一個DN50 法蘭盤;

（4）另準備一條φ50的無縫管，A端焊接一個DN65的法蘭盤，B端焊接一個DN50的法蘭盤，A端和套筒端加金屬墊片牢固連接，B端和放料管上引出的旁路連接，具體見下面示意圖。

自此，溶解滾筒一個新的與外界的聯系通道就已經架起，它可以實現充汽和放料的順利進行。

7.2解困的具體操作方法

（1）關閉排氣管閥門2、放料管上閥門3、放料管上閥門5;

（2）打開進氣管閥門1開始往溶解滾筒中充入蒸汽，當壓力達到1.0MPa 時關閉進氣管閥門1，保持該壓力12h，中途出現壓力下降的應及時補充;

（3）12h后關閉閥門4，打開閥門3、閥門5開始放料，當被溶解的物料全部放完后，打開人孔蓋，觀察釜內融化情況，然后補水。為了提高溶解速度，可以適當添加片狀燒堿，降低水玻璃模數加快化料;

（4）重復上述動作，直至滾筒內的結晶體全部溶解。

本解困方法是借用了靜壓釜的工作原理，通過建立新的滾筒內外聯系通道，實現了充汽、化料和放料。

出現設備故障導致滾筒內結晶的，要針對缺陷程度，制定科學的解決方案，產生偏心的不能強行開啟設備，否則會造成嚴重的后果，工廠要有自備電源，平時做好設備的點檢和保養，密封件、電機、閥門、軸承、減速機要有備件，確保出現故障能夠快速修復。

做好員工的培訓，不能脫崗，出現設備異常的要懂得如何操作，才能確保把損失降到最低程度，一旦發現故障快速響應和匯報，為解困贏得時間。