尿素合成塔設(shè)計中幾個問題的探討

1、第44卷第4期2006年8月化肥設(shè)計chemicalfertilizerdesign aug.2006#27#尿素合成塔設(shè)計中幾個問題的探討劉佑義，羅嬋容(中國五環(huán)化學(xué)工程公司，湖北武漢430079)摘要:對目前尿素合成塔設(shè)計中廣為關(guān)注的幾個問題，如筒體結(jié)構(gòu)、檢漏系統(tǒng)和檢 漏口結(jié)構(gòu)、襯里致密性試驗、蒸汽檢漏以及水溶液全循環(huán)法尿素合成塔尿液出口 管等，提供了結(jié)構(gòu)分析、檢測手段和設(shè)計要領(lǐng)。關(guān)鍵詞：尿素合成塔;設(shè)計;結(jié)構(gòu);檢漏 中圖分類號:tq441.41;tq113.266文獻標(biāo)識碼:a文章編號：1004-8901(2006)04-0027-08discussionaboutsomeproblem

2、sindesignofureareactor liuyou-y,iluochan-rong (chinawuhuanchemicalengineeringcorporationwuhanhubei430079 china) abstract:inallusiontosomeproblemsdeeplyconcernedatpresentinthedesignofureareactor,s uchascylinderstructure,leakdetectionsystem,andleakdetectionportstructure,tightnesstesto flining,steamlea

3、kdetectionandureasolutionoutletpipeetc.ofureareactorofwatersolutiontot alcir-culationmethod,thestructuralanalysis,detectionmeasureanddesigngistwereprovided. keywords:ureareactor,design;structure;leakdetection尿素合成塔是尿素裝置的關(guān)鍵設(shè)備。自1964年我國首次從荷蘭引進水溶液全循 環(huán)法尿素裝置，到目前已有數(shù)百套各種不同工藝的尿素裝置在運行，其中少數(shù)裝置采用的是進口尿素合成塔，絕大部分尿素合

4、成塔都是由國內(nèi)制造。40年來,國產(chǎn)尿 素合成塔為我國尿素工業(yè)的發(fā)展作出了重大貢獻。然而，由尿素合成塔引發(fā)的爆炸事故時有發(fā)生，特別是1995年河北遷安化肥廠和2005年山東平陰魯西第三化肥廠 相繼發(fā)生的尿素合成塔爆炸事故，造成了嚴(yán)重的人員傷亡和財產(chǎn)損失，引起本行業(yè) 和國家的高度重視。為此，國家質(zhì)檢總局于2005年8月24日下達了國質(zhì)檢特函 (2005)689號文關(guān)于進一步加強尿素合成塔生產(chǎn)使用檢驗工作的通知。為 了設(shè)計好、制造好并使用好尿素合成塔，筆者針對目前業(yè)界所關(guān)心的尿素合成塔設(shè) 計中的一些問題作簡要介紹，并提出自己的觀點和建議與同行探討。的多層包扎式結(jié)構(gòu)和整體多層夾緊式筒體結(jié)構(gòu)等。1.1單

5、層式筒體結(jié)構(gòu)單層式筒體是指尿素合成塔承壓殼體由單層厚板制作，通過大型卷板機卷圓并完成 縱縫焊接后加工筒節(jié)內(nèi)壁，然后組焊筒節(jié)和封頭并進行整體熱處理，最后采用機械撐緊的方法完成筒體襯里施工。我國采用這種結(jié)構(gòu)的尿素合成塔有首臺從荷蘭大陸公司引進的1400mm尿素合成塔，以及20世紀(jì)6070年代初國內(nèi)幾家具有厚板卷制能力的制造廠，如蘭石、哈 鍋、上鍋制造的尿素合成塔等。由于受裝備能力和厚板供應(yīng)的限制，國內(nèi)從20世紀(jì)70年代后期制造的尿素合成塔已很少采用這種結(jié)構(gòu)。在國外，雖然裝備能力和 厚板供應(yīng)條件比國內(nèi)好，但設(shè)備大型化后，對尿素合成塔殼體厚度超過工廠裝備冷 卷能力時也很少采用單層結(jié)構(gòu)。1.2多層式筒體

6、結(jié)構(gòu)多層式筒體是指尿素合成塔承壓殼體使用數(shù)層較薄的中厚鋼板，采用不同的工藝方 法制成的筒節(jié)和筒體。根據(jù)筒體或筒節(jié)層板制作工藝和襯里施工方法的不同 ，又衍 生出數(shù)種多層筒體結(jié)構(gòu)。作者簡介:劉佑義(1939年-),男,廣東揭西縣人，1963年畢業(yè)于武漢工學(xué)院化工機械 專業(yè)，教授級高級工程師，長期從事化肥工程和1尿素合成塔的筒體結(jié)構(gòu)目前，國內(nèi)外工業(yè)裝置使用的尿素合成塔的筒體結(jié)構(gòu)從大方面分類，又可分為單層結(jié)構(gòu)和多層結(jié)構(gòu)。多層結(jié)構(gòu)由于襯里施工方法和層板制造工藝方法不同，又可分為以不銹鋼作內(nèi)筒外加盲層的多()#28#化肥設(shè)計2006年第44卷1.2.1不銹鋼內(nèi)筒(帶盲層)多層包扎式筒體結(jié)構(gòu)我國最早采用這種

7、筒體結(jié)構(gòu)的是 20世紀(jì)70年代從荷蘭引進的由德國萊茵鋼廠制 造的2800mm尿素合成塔。該設(shè)備多層筒體的層板厚度d=6.7mm,共13層。材料為bh54m的高強鋼材料，襯里材料為11mm厚的x2crni18143(mod)。襯筒與第1 層層板之間墊有4mm厚的盲板，以防第1層層板焊接時損傷不銹鋼襯里。其主要 制造過程如下。將11mm厚的不銹鋼板制作2800mm的圓筒。(2)在不銹鋼圓筒內(nèi)裝入頂圓工裝并在襯筒外表面組裝 /點焊4mm盲層。按傳統(tǒng)層板包扎工藝(a.o.smith工藝)完成各層層板的包扎和焊接。(4)加工筒節(jié)環(huán)向焊接坡口。(5)按檢漏孔的結(jié)構(gòu)，完成檢漏孔的加工和焊接。(6)完成筒節(jié)以

8、及與封頭的組對焊接。繼此之后，我國制造的12502800mm尿素 合成塔也采用了這種結(jié)構(gòu)和加工工藝。其主要不同點如下。(1)為了加工網(wǎng)狀檢漏槽，將盲層的厚度增加到6mm。(2)為了減少檢漏孔堆焊工作量，將檢漏孔由全堆焊結(jié)構(gòu)改為部分堆焊加焊引出管 形式，見圖9。(3)對大直徑尿素合成塔采用12mm厚kten62m高強鋼層板，對較小直徑尿素合 成塔采用68mm國產(chǎn)16mnr和/或15mnvr層板。1.2.2多層熱套筒體結(jié)構(gòu)我國采用這種筒體結(jié)構(gòu)的是20世紀(jì)70年代從法國引進的由法國c.m.p.公司制造的3套2800mm尿素合成塔。該設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點是承壓殼體為3層圓筒，采用美國strutherwell

9、s公司不加工熱套工藝方法套合而成。3層圓筒的厚度分別為41、 40、40mm,材料為mnniva（a52l1）,襯里材料為316lmod。筒節(jié)的主要制造工藝 過程是:劃線、下料）冷卷各層筒節(jié)）開坡口、焊接縱縫）打磨焊縫區(qū)）校圓）熱處理）縱 焊縫射線檢測）筒節(jié)內(nèi)、外壁噴砂（清除表面雜質(zhì)和鐵銹）鉆排氣孔、焊導(dǎo)筒和吊耳） 外筒加熱）套合（套合不銹鋼襯里前須鉆檢漏孔，焊檢漏接管）加工環(huán)縫坡口）檢查套 合間隙。筒節(jié)的熱套順序是先加熱中筒，套入內(nèi)筒，再加熱外筒，套入中、內(nèi)筒組合體，最后進 行熱套襯里?？紤]到不銹鋼的熱膨脹系數(shù)較大，為了保證襯,，里筒節(jié)的內(nèi)側(cè)采取了噴水措施。據(jù)介紹，熱套過盈量一般控制在0.1

10、5%,套合后筒 體的橢圓度在0.0010.0015因筒體的襯里工作是在環(huán)縫組焊之前進行，環(huán)縫連接采用圖1所示的連接結(jié)構(gòu)。焊 接采用手工焊，坡口表面層間不開止裂縫，且焊后不進行消除應(yīng)力熱處理。多層熱 套容器環(huán)縫不進行消除應(yīng)力熱處理主要是考慮到不銹鋼襯里在熱處理過程中可能 發(fā)生敏化現(xiàn)象而使襯里的耐腐蝕性能降低。據(jù)法方介紹，環(huán)縫不進行熱處理仍然可以保證安全使用。其原因是：環(huán)縫受到的軸向應(yīng)力較小，其值僅為設(shè)備周向應(yīng)力的 1/2,在正常工況下運行時，設(shè)備的安全系數(shù)是很大的。環(huán)縫焊接采用小電流多道焊 的手工焊接工藝，焊接過程中的后一道焊接實際上是對前一道焊縫進行一次回火處理。先用碳鋼環(huán)縫焊接后，再用the

11、rmanit19/15h焊條焊接襯里環(huán)縫，共焊3層直至 達到要求的高度。圖1環(huán)縫焊接多層熱套筒體結(jié)構(gòu)的尿素合成塔目前國內(nèi)還沒有采用，該工藝主要用于不要求襯里的高壓容器。1.2.3 帶碳鋼內(nèi)筒(和襯里)的多層包扎式筒體結(jié)構(gòu)這種筒體結(jié)構(gòu)的主要特點是筒節(jié)包扎前襯里已經(jīng)以貼襯或套襯方法襯入碳鋼內(nèi)筒 借助后續(xù)層板包扎力和層板縱縫焊接收縮力使襯里達到貼緊的目的。根據(jù)襯里襯 入方法的不同筒體結(jié)構(gòu)形式分為以下 2種。(1)貼襯法襯里的筒體結(jié)構(gòu)這種筒體結(jié)構(gòu)使用實例是我國20世紀(jì)70年代從荷蘭引進的前3套由日本神戶制 鋼制造的2800mm尿素合成塔。該設(shè)備內(nèi)筒和層板厚度均為 12mm,共7層，材料 為kten62

12、m。筒體制造的主要過程為：將12mm的kten62m鋼板制成一個完 整的圓筒;采用機械撐緊的方法在圓筒內(nèi)完成襯里施工：采用傳統(tǒng)工藝，即美國 a.o.smith公司多層包扎容器制造工藝完成每層層板的制造直至達到要求的厚 度:加工筒節(jié)環(huán)形焊接坡口 ：筒節(jié)組對焊接；鉆檢漏孔，組焊檢漏；第4期劉佑義等 尿素合成塔設(shè)計中幾個問題的探討#29#各段筒節(jié)之間的連接結(jié)構(gòu)見圖2。筒節(jié)組對后，先焊碳鋼筒體環(huán)縫，再焊襯里環(huán)縫。 碳鋼環(huán)縫的焊接采用埋弧自動焊。為了改善焊縫的焊接性能，防止焊接時因焊接輸 入熱量過大而產(chǎn)生張口現(xiàn)象而造成夾渣和裂紋等缺陷，在環(huán)縫組裝前，在環(huán)縫坡口兩側(cè)用手工焊或自動焊的方法先堆焊1層46mm

13、的堆焊金屬,將層間封起來。藝制造。筒體采用以不銹鋼襯里作內(nèi)筒帶外墊板多層夾緊式結(jié)構(gòu)。多層筒體與封頭的連接形式見圖3。此種結(jié)構(gòu)的主要制造工藝特點如下。(1)內(nèi)筒以及外部層板均可采用整板制造(當(dāng)周長較長時，可由2塊板拼成整板)，采用 機械手夾緊，材料利用率高，焊接工作量相對較小。(2)制造時，相鄰層層板縱、環(huán)縫錯開，與傳統(tǒng)多層容器比較無深環(huán)縫。為了保證襯里的貼緊度和層板的夾緊和包扎質(zhì)量，襯里內(nèi)筒的組對要求較高。圖2筒節(jié)之間的連接結(jié)構(gòu)由于環(huán)縫組對時不可避免存在一定程度的錯邊而影響襯里蓋板的貼合質(zhì)量，因此國產(chǎn)尿素合成塔很少采用這種結(jié)構(gòu)。套合襯里的筒體結(jié)構(gòu)在尿素合成塔國產(chǎn)化過程中，國內(nèi)金州重機廠等一些制

14、造廠，在充分研究尿素合成 塔的使用要求并深入分析引進設(shè)備制造工藝的基礎(chǔ)上，采用了套合襯里的筒體結(jié) 構(gòu)。套合襯里的結(jié)構(gòu)特點：繼承了多層包扎結(jié)構(gòu)（即采用帶有較厚碳鋼內(nèi)筒的結(jié) 構(gòu)），既增強了待包扎筒體整體剛性，又為了內(nèi)筒壁上開設(shè)檢漏槽提供了條件；采用 了熱套法襯里工藝，提高了襯里縱縫質(zhì)量和筒節(jié)襯里的貼緊度。套合襯里筒體結(jié)構(gòu)的制造程序：采用1628mm的碳鋼或低合金鋼板，按傳統(tǒng)工藝 要求卷制內(nèi)筒：按實測內(nèi)筒內(nèi)徑周長和襯里筒節(jié)套合要求，完成襯筒的下料、卷 制和焊接;在電爐內(nèi)加熱內(nèi)筒至400e套入襯里筒節(jié)；安裝撐緊環(huán)完成各層層板 的包扎和焊接直至要求厚度；加工筒節(jié)環(huán)形焊接坡口 ；開檢漏孔（鉆孔、焊接、 鉆

15、通檢漏孔、通氣試驗）;筒節(jié)組對焊接。在投入運行的設(shè)備中，層板的厚度多為 6mm 和 8mm,材料為 16mnr 或 15mnvr。1.2.4 整體多層夾緊式筒體結(jié)構(gòu)整體多層夾緊式筒體結(jié)構(gòu)的尿素合成塔在我國現(xiàn)在運行的尿素裝置中還沒有使用 實例，但國際上30年前已有此種結(jié)構(gòu)的尿素合成塔在運行。例如，德國aeci公司 為南非一家化肥裝置制造的尿素合成塔，于2003年以二手設(shè)備轉(zhuǎn)賣給我國本溪擬 建的北臺化肥廠。該尿素合成塔內(nèi)徑為 2100mm,筒體使用4層接近等厚層板（厚 度 15、16、16、圖3多層筒體與封頭的連接形式近年來，我國很重視多層筒體結(jié)構(gòu)的研究和開發(fā)工作，長沙化機廠從20世紀(jì)90年 代至

16、今已制造出數(shù)十臺多層夾緊式容器，目前設(shè)備直徑已達到2300mm。沾益化肥廠壓力為21.6mpa的2500mm氨合成塔外殼正在制造中。根據(jù)國家質(zhì)檢總局的要求，此種筒體結(jié)構(gòu)將盡快推廣應(yīng)用于尿素合成塔中。2對尿素合成塔筒體結(jié)構(gòu)的評述(1)單層筒體結(jié)構(gòu)具有設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)效率高等特點。如果制造廠卷板機的冷 熱卷能力足夠，又具有撐緊襯里的經(jīng)驗，尿素合成塔在一定的直徑范圍內(nèi)采用單層 結(jié)構(gòu)是可行的。在確定是否采用單層筒體結(jié)構(gòu)時，首先應(yīng)考慮工廠的卷板機能力和 加熱設(shè)備以及實施熱處理的條件(如正火、正火+回火或調(diào)質(zhì))。筆者認(rèn)為，尿素合成塔的操作溫度，除改良c法溫度較高外，大部分工藝都在190e之 內(nèi)，設(shè)計溫度

17、為198e,最高為210e屬多層容器規(guī)范允許的使用范圍，如果沒有特別 需要,沒有必要強求采用單層結(jié)構(gòu)。(2)多層筒體結(jié)構(gòu)具有板材質(zhì)量高、容易采購、結(jié)構(gòu)安全性能好、不需大型裝備等 特點，在國內(nèi)外已有相當(dāng)長的設(shè)計、制造和使用經(jīng)驗。無論是帶 (#30#化肥設(shè)計2006年第44卷帶式、多層夾緊式，以及我國研制的扁平鋼帶纏繞式筒體)，國內(nèi)外無數(shù)設(shè)備的使用 經(jīng)驗證明：多層筒體是一種安全可靠性很高的結(jié)構(gòu)。國內(nèi)近年來出現(xiàn)的2起尿素合成塔爆炸的重大惡性事故，對其產(chǎn)生的原因至今仍有不同的看法和解釋，例如，爆炸 性質(zhì)是化學(xué)爆炸，還是物理爆炸；產(chǎn)生原因是偶然的，還是必然的；是設(shè)計、制造、生 產(chǎn)、管理存在的局部問題，還

18、是帶有普遍性的問題引起的。這些問題需要業(yè)內(nèi)人士 以科學(xué)的態(tài)度進行深入、客觀的分析，從而找出解決問題的方法，并在此基礎(chǔ)上采 取有效措施防止和杜絕事故的發(fā)生。整體多層夾緊式筒體結(jié)構(gòu)除具有傳統(tǒng)多層包扎式筒體的優(yōu)點外，其獨具的特點 是無深環(huán)縫，材料利用率高，生產(chǎn)效率高。雖然我國從事此種結(jié)構(gòu)研究和制造的歷 史不長，但其工業(yè)化程度和規(guī)模進展較好，目前已在合成氨和其他領(lǐng)域的設(shè)備中得 到較好的應(yīng)用，將此結(jié)構(gòu)推廣于尿素合成塔已具有很好的基礎(chǔ)。(4)尿素合成塔多層筒體用材主要包括襯里和層板 (含內(nèi)筒板)材料。由于國內(nèi)的冶 煉和軋制水平等原因，襯里材料(316lmod)大多采用進口材料，主要供貨廠商有 avesta

19、、cli、vdm、住友等，材質(zhì)比較穩(wěn)定，如果操作得當(dāng)，工藝指標(biāo)正常，使用 效果是比較好的。對于層板材料，在以往的gb150標(biāo)準(zhǔn)中僅有16mnr和 15mnvr2種，近年由于15mnvr受到了限用，但可采用新增的15mnnb板材。由于 上述材料強度等級均不高，因此在制造大直徑(如2800mm)尿素合成塔時，為減小壁 厚,降低運輸重量，設(shè)備設(shè)計和制造時選用日本生產(chǎn)的 k-ten62m材料。隨著尿素 裝置大型化的需要，今后尿素合成塔的直徑將達到3000mm以上。為了減輕制造 和運輸?shù)膲毫?，采用塑、韌性指標(biāo)高，焊接性能好的高強鋼層板勢在必行。為此，筆 者建議有關(guān)職能部門盡快加強高強鋼層板的研究，以適應(yīng)

20、化肥工業(yè)的發(fā)展需要和提 高產(chǎn)品國產(chǎn)化率的比例。(5)目前，國內(nèi)制造和使用的尿素合成塔多層筒體層板的厚度有6、6.7、8、12mm幾種。從提高設(shè)備制造生產(chǎn)效率，減少層板間隙對深環(huán)縫焊接質(zhì)量影響來說，采用 較厚的層板是有利的?；谏鲜隹紤]，采用傳統(tǒng)包扎工藝的設(shè)備選用8、10、 12mm厚度的層板比較合適?？紤]到筒節(jié)組焊時多次在輾輪架滾動對外層層板焊 接接頭的影響，當(dāng)選用8mm或10mm層板時，筒節(jié)最后2層層板應(yīng)根據(jù)筒對時工量 12mm的層板。采用整體夾緊式多層筒體，可根據(jù)機械手的夾緊能力和操作條件選 用12mm或12mm以上厚度的鋼板。為提高整體夾緊式筒體層板的貼合率 ，有條件 時應(yīng)對鋼板的厚度偏

21、差提出更嚴(yán)格的要求，或按實測板厚偏差進行選配，以使實際 厚度相等或相近的鋼板用于同一層板上。3尿素合成塔的檢漏系統(tǒng)和檢漏孔設(shè)計檢漏系統(tǒng)和檢漏孔設(shè)計是尿素合成塔本體設(shè)計和系統(tǒng)配套設(shè)計的一項重要內(nèi)容。根據(jù)不同的設(shè)計理念，具檢漏系統(tǒng)和檢漏孔設(shè)計也各不相同。3.1尿素合成塔檢漏 系統(tǒng)的設(shè)計理念尿素合成塔的檢漏系統(tǒng)有2種不同的設(shè)計理念：一種是以斯達米卡邦公司為代表的 設(shè)計理念，另一種是以snamprogetti為代表的設(shè)計理念。斯達米卡邦公司認(rèn)為，從尿素合成塔內(nèi)通過襯里（主要是未經(jīng)x射線檢測的焊縫） 泄漏出來的甲錢液進入檢漏通道后，壓力驟降至常壓，甲俊立即分解為氣氨和 co2 氣體。由于該氣體不會對碳鋼

22、殼體產(chǎn)生腐蝕，因此:檢漏通道可設(shè)在靠近襯里焊 縫的碳鋼殼壁上；通過筒體殼壁的檢漏孔可采用碳鋼結(jié)構(gòu)；通過檢漏孔排出的 泄漏物各通過1根細(xì)長的不銹鋼管（主要為的是防銹防堵）集中引至設(shè)備下部指定 地點，采用某一檢漏方法或儀器檢查襯里是否泄漏。（2）snamprogetti公司認(rèn)為從尿素合成塔襯里泄漏出來的尿素溶液，除大部分甲俊分 解成氣氨和co2氣體外，隨同一起泄漏出的介質(zhì)還有一定數(shù)量的尿素，對碳鋼殼體 將產(chǎn)生腐蝕。因此：檢漏通道應(yīng)設(shè)在靠近襯里焊縫的不銹鋼堆焊層上：通過筒體殼壁的檢漏孔（實為檢漏管）必須采用不銹鋼管制作；檢漏方法可采用鼻聞法，以 是否聞出氨味確定某段襯里是否出現(xiàn)泄漏；通過檢漏孔排出的

23、泄漏物（nh3、 co2）由1根短管引出保溫層外，由當(dāng)班操作工定時巡查以了解襯里是否完好。3.2尿素合成塔檢漏系統(tǒng)組成（1）根據(jù)斯達米卡邦公司的設(shè)計理念，尿素合成塔的檢漏系統(tǒng)由襯里背面的檢漏通 道、檢漏孔、連接管和檢測儀器或器具組成，檢漏系統(tǒng)連接示意見圖4。安裝時，檢 漏系統(tǒng)配管應(yīng)包覆在保溫層內(nèi)并以一定規(guī)則排列，以保持管內(nèi)通道暢通和便于確定 泄漏區(qū)域。檢測方法可采用管端插入油槽或連接u形管液位計的方法，從油槽是否鼓泡或u形管液位是否變化確定襯里是否存在泄漏，或通入氮氣第4期劉佑義等 尿素合成塔設(shè)計中幾個問題的探討#31#（2）根據(jù)snamprogetti公司的設(shè)計理念，尿素合成塔的檢漏系統(tǒng)也是

24、由襯里背面的檢 漏槽、檢漏孔、連接管等組成，所不同的是其接管較短，只需一段能通過保溫層的 短管，且不需要任何檢測儀器或器具，在檢漏孔附近設(shè)置能供操作檢查人員通行的 平臺。檢漏系統(tǒng)的典型布置見圖 5。在進行檢漏孔設(shè)計時應(yīng)盡量使相鄰?fù)补?jié)的檢 漏孔集中在同一環(huán)縫附近，zts以減少檢查平臺的設(shè)置數(shù)量。的圓形蓋板與襯里密封焊接。為了檢查圓形蓋板的密封焊縫 ，并使其在焊接過程中 具有良好的排氣條件，在圓形蓋板覆蓋區(qū)域內(nèi)的筒體襯里上增設(shè) 1個3mm的連通 孔。圖7日本神戶制鋼制造的檢漏孔結(jié)構(gòu)圖8為法國c.m.p.公司制造的檢漏孔結(jié)構(gòu)。高壓筒體采用的是 3層熱套結(jié)構(gòu)。由 于襯里工作在碳鋼筒體熱套工作完成后進行

25、，檢漏孔的加工可安排在熱套襯里之前 進行。為了防止檢漏介質(zhì)和|30總30|設(shè)備操作時泄漏物質(zhì)進入熱套筒體層間，應(yīng)將檢漏孔中的檢漏管與熱套筒體內(nèi)層筒 壁焊死。圖4斯達米卡邦檢漏系統(tǒng) 圖5 snamprogetti檢漏系統(tǒng)3.3尿素合成塔檢漏孔結(jié)構(gòu)3.3.1厚壁通孔型檢漏孔典型結(jié)構(gòu)見圖6。該結(jié)構(gòu)主要用于單層殼體、人孔凸緣直筒部分。檢漏孔 的加工順序安排襯里層ii過渡層1/4npt/x1/4npt在筒體內(nèi)壁和檢漏槽機加工后實施襯里之前進行 圖8法國c.m.p.制造的檢漏孔結(jié)構(gòu)3.3.3堆焊型堆焊型典型結(jié)構(gòu)見圖9、圖10和圖11。圖9為西德萊茵鋼廠制造的尿素合成塔 采用的檢漏孔結(jié)構(gòu)。高壓筒體采用的是以

26、不銹鋼襯里為內(nèi)筒的多層包扎式結(jié)構(gòu)。檢漏孔的加工是在襯圖6厚壁通孔型檢漏孔里完成之后進行。為了不損傷襯里，并根除檢漏孔與多層筒體層間連通的缺點，檢 漏孔采用外加工的堆焊結(jié)構(gòu)。為了保證碳鋼堆焊金屬不與襯里接觸并使檢漏孔與檢漏區(qū)域連通，堆焊前在與襯里表面接觸處放置1個21.5mm開有十字槽的碗形碳 鋼墊。檢漏孔加工程序是：用50mm的麻花鉆鉆孔）用22mm的平頭銃刀加工孔底） 放入碗形墊）堆焊）鉆8mm連接孔）攻絲（加工連接螺紋）。3.3.2套管型套管結(jié)構(gòu)的檢漏孔典型結(jié)構(gòu)見圖 7和圖8。圖7為日本神戶制鋼制造的檢漏孔結(jié)構(gòu)。高壓筒體采用的是多層包扎式結(jié)構(gòu)。由 于采用先襯里后包扎制作工藝，因此檢漏孔的加

27、工和檢漏管的焊接必須在筒體襯里 和筒節(jié)包扎完成之后進行。先從外壁鉆一 16.5mm的通孔，然后從內(nèi)壁用專用套料 刀以16.5mm孔為中心,在襯里上套出50mm孔，插入16mm/6mm的管子，內(nèi)筒與 管子相焊并磨平焊縫凸出部分，再安裝1塊與割下尺寸相同的不銹鋼墊板與襯里焊 接。焊接時注意環(huán)形焊縫不能焊透，以保證檢漏孔與整段襯里要求檢漏的區(qū)域相連 通。為了保證襯里具有足夠的強度8口 吊.12 x7=8*114 13x6,7=87.1a vaidn 寸/f增加80圖9#32#化肥設(shè)計2006年第44卷(1)靈敏度高，比采用氨、氟里昂檢漏都高，檢圖10為目前國內(nèi)采用以不銹鋼襯里為內(nèi)筒的多層包扎式筒體使

28、用的檢漏孔結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)是對圖9結(jié)構(gòu)的改進，目的是減少堆焊工作量。由于這種結(jié)構(gòu)無法采用常規(guī)試驗方法(即通氣試驗)進行檢測，如果存在貫穿性缺陷，流經(jīng)襯 里夾層的介質(zhì)就有可能進入層板的層間，尤其是采用蒸汽檢漏的4 70 rc1/4”8.5生25.5j26：尿素合成塔更是如此。出精度可達110保要求。-9cm/s。3檢漏介質(zhì)為氮氣，對環(huán)境無污染 符合環(huán)(3)采用檢測儀進行探測。由于該檢漏方法靈敏度極高，主要用于微小缺陷的檢測。為了避免誤判，要求周圍 環(huán)境氣體純凈，不能含有能引起檢測儀器發(fā)出信號的其他氣體。該法的缺點是確定缺陷位置較為困難，沒有氨檢漏直觀，且不宜使用于潮濕環(huán)境，因此檢驗工作應(yīng)安排 在設(shè)備

29、水壓試驗之前。4.2氨檢漏氨是一種穿透能力很強的氣體，常被尿素設(shè)備專利商(例如斯達米卡邦公司)推薦用 作襯里檢漏。氨檢漏具有如下特點。(1)靈敏度較高，雖然不及氮檢漏，但其檢測精度仍可達到110-7圖10國內(nèi)不銹鋼襯里內(nèi)筒的檢漏孔結(jié)構(gòu)圖11為目前國內(nèi)采用帶有碳鋼內(nèi)筒和套合襯里的多層包扎式筒體使用的檢漏孔結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)基本是圖9結(jié)構(gòu)的翻版，制作程序也基本相同。為避免加工堆焊孔時損傷襯里層，在碳鋼內(nèi)筒套合襯筒前可先鉆出 22mm的內(nèi)孔，也可先放入碗形墊并封焊固定。為了確保堆焊質(zhì)量(證明不存在貫通層板層間的缺陷),筒節(jié)交付組焊前檢漏孔應(yīng)進行通氣試驗。cm/s。3(2)檢漏介質(zhì)為氣氨，如措施得當(dāng)，不會對

30、環(huán)境造成污染。(3)采用顯色劑檢測，容易確定缺陷位置。此方法長期以來一直是斯達米卡邦公司 推薦用作設(shè)備襯里檢漏的主要方法，在國內(nèi)也有長時間的使用經(jīng)驗，適用于設(shè)備水 壓試驗前后進行的泄漏試驗。4.3 氟里昂檢漏氟里昂(cc12f2)是一種可以用作襯里檢漏的氣體，我國現(xiàn)在使用的由日本神戶制鋼 制造的2800mm尿素合成塔在制造時曾使用此方法。與上述 2種方法比較，其靈 敏度相對要低一些。由于試驗時在塔內(nèi)壓力空氣中加入氟里昂，有可能殘留在襯里夾層中，其產(chǎn)生的氯離子將會對襯里和碳鋼造成應(yīng)力腐蝕，斯達米卡邦不推薦使 用。如果使用該法應(yīng)在設(shè)備水壓試驗之前進行。4.4 尿素合成塔檢漏方法綜合評述(1)我國在

31、役的和在建的尿素裝置絕大多數(shù)采用的是斯達米卡邦和snamprogetti的工藝技術(shù)，選用的襯里檢漏方法應(yīng)與專利商推薦的方法相銜接 ，應(yīng)分別以氮檢漏和 氨檢漏作為設(shè)備出廠檢驗和在役檢驗的基本方法。(2)氨檢漏采用的氣體為氨氣，與水作用生成4尿素合成塔的致密性試驗在尿素合成塔出廠前為了消除襯里(特別是焊縫)存在的微小貫通性缺陷以及在設(shè) 備投入運行后有泄漏現(xiàn)象時能及時檢出并確定泄漏點位置，均要求進行泄漏試驗。 對于尿素合成塔這類具有大面積襯里的容器，使用的檢測試驗方法有如下3傘50圖11國內(nèi)碳鋼內(nèi)筒檢漏孔結(jié)構(gòu)的氨水雖然對碳鋼表面存在一定的腐蝕，但由于此種檢測方法具有靈敏度高，易于 確定缺陷位置等優(yōu)勢

32、，而且在我國已有近40年的使用經(jīng)驗，如果措施得力，使用方法 得當(dāng),殘留氨產(chǎn)生的氨水對碳鋼應(yīng)4.1氮檢漏氮氣是一種具有極高穿透能力的氣體，常被尿素設(shè)備專利商（例如snamprogett/隹 薦用作襯里檢第4期劉佑義等 尿素合成塔設(shè)計中幾個問題的探討#33#（3）如果采用氨檢漏作為水溶液全循環(huán)法尿素合成塔和co2汽提法尿素合成塔的檢漏方法，建議采用如下防范措施：采用全堆焊檢漏孔結(jié)構(gòu)（即傳統(tǒng)型），制造時進 行通空氣試驗，消除堆焊層沿層板夾層方向貫通性缺陷，杜絕/防止檢漏介質(zhì)可能進 入夾層的通道；在水壓試驗之后和設(shè)備使用一段時間后采用100%氨氣進行檢漏前,應(yīng)使用真空泵將襯里夾層殘留的氣體或水分抽凈（

33、時間盡量長一些）然后再通入 氨，以減少形成氨水的可能性：設(shè)備制造試驗合格后應(yīng)立即將襯里夾層的氨氣抽 凈，然后用絲堵將檢漏孔堵?。ㄖ敝猎O(shè)備安裝后保溫前打開）。（4）由于氨檢漏具有能清楚確定泄漏點的優(yōu)勢，如果最終確定該方法不能作為產(chǎn)品 的出廠最終檢驗時，應(yīng)保留這種檢驗方法，將其作為水壓試驗前檢查襯里焊縫貫通 性缺陷的一種手段。（5）氮檢漏是一種靈敏度極高的檢漏方法，以往多用于核能設(shè)備的檢測。隨著氨汽 提尿素工藝的引進和設(shè)備的國產(chǎn)化，該方法已逐步在尿素設(shè)備中得到應(yīng)用?；谏?述原因，該方法在開始實行時，僅作為產(chǎn)品最終檢驗（因為snamprogetti有要求）。據(jù) 了解，在此前為了消除缺陷還做了氨試漏

34、。筆者認(rèn)為，如果將氮檢漏作為尿素合成 塔唯一檢漏手段，還有許多工作須深入進行，如檢測儀器的選擇和標(biāo)定、詳細(xì)的操 作規(guī)程、泄漏點的準(zhǔn)確判定等。甚者有的工廠還采用尿素裝置自產(chǎn)的廢汽進行檢漏。由于蒸汽品質(zhì)達不到要求，有害雜質(zhì)將滯留在襯里夾層，將對襯里的背面產(chǎn)生腐蝕（應(yīng)力腐蝕裂紋）。如果檢漏孔不嚴(yán)密，將有可能進入多層筒體的層間，對環(huán)向和縱向焊接接頭產(chǎn) 生不利的影響。我國首次引進的尿素合成塔是單層結(jié)構(gòu)，隨后在國內(nèi)推廣的尿素合成塔絕大多 數(shù)都采用多層結(jié)構(gòu)。國內(nèi)制造廠為保證襯里的貼緊度，相當(dāng)數(shù)量的尿素合成塔采用以不銹鋼襯里作內(nèi)筒或以碳鋼內(nèi)筒熱套襯入襯筒的包扎制造工藝，檢漏孔在筒節(jié)制造完成后開設(shè)，采用圖10和

35、圖11的結(jié)構(gòu)形式。當(dāng)采用圖10結(jié)構(gòu)時，如果堆焊質(zhì)量 不好，開8mm檢漏孔后在堆焊處將有可能存在貫通層板層間的缺陷；當(dāng)采用圖11結(jié)構(gòu)時，如果堆焊質(zhì)量不好和（或）引出管連接焊接質(zhì)量不好，則在部分堆焊區(qū)域和（或）引出管連接接頭處有可能存在貫通性缺陷。這些貫通性缺陷均有可能使檢漏 蒸汽進入層板夾層到達筒節(jié)環(huán)縫處。如果環(huán)縫熔合區(qū)存在縫隙或裂縫（紋），檢漏蒸 汽中的有害物質(zhì)（包括泄漏試驗殘留物質(zhì)和襯里泄漏物）就有可能進入層板夾層并 到達環(huán)縫，對環(huán)縫直接造成不利影響。根據(jù)筆者對蒸汽檢漏的認(rèn)識和國內(nèi)尿素合成塔的運行和管理狀況，建議目前仍采用 蒸汽檢漏的尿素合成塔應(yīng)停用而改用其他方法。6水溶液全循環(huán)法尿素合成塔

36、的尿液出口在瀘天化引進的第1套尿素裝置和隨后的復(fù)用設(shè)計中，水溶液全循環(huán)法尿素合成塔 的尿液出口均設(shè)在塔頂部人孔蓋上。這種尿素生產(chǎn)工藝在國外已由co2汽提法所替代，目前未見starmicarbon有任何改進的報道。國內(nèi)后來設(shè)計的尿素合成塔 ，雖然 對尿素溶液出口的結(jié)構(gòu)作了一些改進，如調(diào)整插入管的插入深度、采用套管插入結(jié) 構(gòu),但在下述方面一直沒有改動，即:接管設(shè)在頂部人孔蓋上；引出管伸入人孔凸 緣內(nèi),保留一定氣相空間。目前，特別是2005年3月又一起尿素合成塔爆炸事故發(fā) 生后,有人提出取消塔頂氣相空間的建議，筆者認(rèn)為不妥。根據(jù)筆者對尿素合成塔 操作過程的認(rèn)識和理解，以及對其他工藝方法的尿素合成塔出

37、口設(shè)置的了解，針對此問題闡述如下觀點。6.1塔頂部氣相空間的留存水溶液全循環(huán)法尿素合成塔只有1個出口（尿液出口 ）,由于進口物料有co2,nh3 和甲俊，由反應(yīng)物的性質(zhì)決定在塔體頂部留有一定的氣相空間是（下轉(zhuǎn)第48頁）5尿素合成塔在線蒸汽檢漏目前運行的水溶液全循環(huán)法尿素合成塔絕大多數(shù)一直使用通蒸汽的方法對設(shè)備襯 里實行在線檢查，通過定期對冷凝水的分析，判斷襯里是否出現(xiàn)泄漏。關(guān)于采用這 種在線檢查方法的起因和現(xiàn)狀有幾個情況必須說明。通蒸汽對尿素合成塔進行襯里檢漏是 20世紀(jì)60年代隨著我國第1套引進裝 置）瀘州天然氣化工廠尿素裝置介紹到中國的，在當(dāng)時是一種有效的檢測手段，但 自20世紀(jì)70年代從

38、荷蘭和法國引進的co2汽提法尿素裝置起，斯達米卡邦公司 就不再推薦使用該法。中國五環(huán)化學(xué)工程公司20世紀(jì)80年代初設(shè)計的江西氨廠水溶液全循環(huán)法尿素合成塔也不采用蒸汽檢漏，而采用co2汽提工藝使用的檢漏 方法。采用蒸汽檢漏對蒸汽的品質(zhì)是有較嚴(yán)格的要求。瀘天化當(dāng)年的尿素合成塔采用 的蒸汽相當(dāng)于電廠蒸汽品質(zhì)，而后來我國建設(shè)的尿素裝置，使用的蒸汽品種很雜，難 以達到預(yù)期的要求，更有#48顆荷生產(chǎn)?；试O(shè)計2006年第44卷-6口的co+co2含量僅為(05)10。整個醇烷化系統(tǒng)運行不帶電爐，不開循環(huán)機，節(jié) 能效果顯著，系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠。3生產(chǎn)運行氨合成及非等壓醇烷化工藝運行指標(biāo)見表2。表2氨合成及非等壓醇烷化工藝運行指標(biāo)系統(tǒng)名稱1500mm氨合成系統(tǒng)運行指標(biāo)合成氨產(chǎn)量/t#d-1系統(tǒng)壓力/mpa塔阻力/mpa系統(tǒng)阻力/mpa氨凈值/%甲烷/%1000mm高壓醇化系統(tǒng)壓力/mpa醇化塔阻力/mpa入系統(tǒng)co+co2/%出系統(tǒng)co+co2/10-6800mm高壓烷化烷化塔阻力/mpa出系統(tǒng)co+co2/10-6設(shè)計值 36038026.00.61.21.8111526.00.61.01.82000.410實測值 29022230.21.51113141722230.11.52.01002000.1054總結(jié)系統(tǒng)改造后投運至今