尿素合成塔襯里缺陷處理及溫度和壓力控制

朱 強(qiáng) 李召顯

一、概述

Φ1400mm合成塔用于液氨與CO2在塔內(nèi)合成尿素的生產(chǎn)，是水溶液全循環(huán)法襯里尿素合成塔，塔體是用低合金鋼制造的高壓容器。內(nèi)徑1400mm，高32.43m，器壁上襯有316L材料的襯里，防止尿液對(duì)筒體的腐蝕。襯里兩端與頂部封頭的襯里焊接，頂部封頭的端部是人孔與端蓋的密封面，密封面采用襯環(huán)堆焊結(jié)構(gòu)。塔口密封采用齒形墊加高壓低氯石棉材料。在襯里的環(huán)焊縫處，高壓塔體上設(shè)有檢漏孔，進(jìn)口在上，出口在下。塔內(nèi)裝有3支熱電偶套管，塔壁設(shè)置3個(gè)測(cè)溫點(diǎn)。CO2、液氨和氨基甲酸銨溶液3種物料由塔底進(jìn)入塔內(nèi)，塔底部有5層折流板，相鄰兩層旋向相反。將3種物料進(jìn)行混合，尿液出口管裝在塔蓋上，塔體內(nèi)有32層篩板。

合成塔設(shè)計(jì)壓力21.6MPa，設(shè)計(jì)溫度190℃，工作介質(zhì)為液氨+CO2甲胺液，容器類別為Ⅲ類。操作壓力19.5±0.5MPa，操作溫度186±2℃，NH3/CO2（分子比）3.9～4.1，H2O/CO2（分子比）0.6～0.8，CO2氣中加氧量（容積比）0.5%～0.8%，CO2氣中H2S含量≤15mg/m3。

合成塔內(nèi)徑1400mm，球形封頭材料19Mn5，塔體外徑1616mm，球形封頭厚度98mm，公稱容積41m3，設(shè)備總重129261kg，襯里材料CrNiMo18-MCOL，塔板厚度6m，材料15MnVgc。

二、尿素合成塔內(nèi)襯里缺陷處理

尿素合成塔在長(zhǎng)期工作中，受壓力及溫度變化的影響，筒體襯里易產(chǎn)生腐蝕、凹陷、劃傷等缺陷，2009年5月按要求對(duì)尿素合成塔進(jìn)行計(jì)劃?rùn)z修。檢修中發(fā)現(xiàn)，筒體襯里表面出現(xiàn)局部點(diǎn)蝕現(xiàn)象，直徑約3mm，深度1mm左右；襯里焊縫也出現(xiàn)腐蝕，長(zhǎng)度約100mm，多分布在筒體上部。針對(duì)這一情況，設(shè)備技術(shù)人員制定出檢修方案，決定采用貼條補(bǔ)焊的方法對(duì)缺陷進(jìn)行處理。

1.襯里貼補(bǔ)

（1）貼襯前處理。將腐蝕缺陷和原焊縫打磨，比母材齊平線略低0.5mm。在母材對(duì)應(yīng)檢漏孔附近開(kāi)設(shè)連通孔，以便對(duì)貼條泄漏情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

（2）貼條的加工。貼條板材選用316L板料，厚度4～5mm，寬度70～80mm，并且長(zhǎng)度方向要與板材軋制方向一致。貼合的曲面，通過(guò)液壓和機(jī)械加工的方法加工而成。貼條兩端開(kāi)V形坡口。

（3）貼補(bǔ)要求。貼條時(shí)，要將原焊縫和焊接熱影響區(qū)全部貼蓋，貼補(bǔ)間隙≤0.5mm，貼緊度＞90%，避免環(huán)、縱貼條接頭交接在一起。

2.焊接技術(shù)要求

（1）焊接方法。手工鎢板氬弧焊，氬弧焊打底電弧焊蓋面或全部電弧焊。

（2）焊接形式。電焊定位，多層多道立焊和橫角焊，層間溫度＜100℃，部分焊接采用過(guò)渡焊，電弧焊所用焊條BM310，焊接電流110A，焊條直徑Φ2.5mm或Φ3.2mm。

（3）氬弧焊電源采用直流正接法，電弧焊電源采用小電流直流反接法。

（4）在焊接過(guò)程中，采用快速焊及窄焊道，焊條避免橫向擺，一次焊成的焊道不易過(guò)寬，輸入焊道的能量要小。嚴(yán)格控制層間溫度＜150℃。

（5）多層焊時(shí)，每焊一層要徹底清查。仔細(xì)檢查確認(rèn)，待焊道區(qū)溫度降到60℃以下時(shí)再焊第二遍。

完成貼條焊接后，將焊肉進(jìn)行拋光處理。用5～10倍的放大鏡進(jìn)行檢查，并進(jìn)行探傷著色檢查。

三、正常生產(chǎn)中尿素合成塔壓力和溫度控制的分析

針對(duì)合成塔襯里出現(xiàn)的腐蝕現(xiàn)象，設(shè)備及工藝技術(shù)人員就其產(chǎn)生的原因進(jìn)行仔細(xì)分析，并查閱了大量的技術(shù)資料。尿素合成塔在實(shí)際工作中的壓力和溫度控制，直接影響到筒體襯里的腐蝕速率，對(duì)尿素合成塔的安全運(yùn)行有著十分重要的意義，重新制定出合成塔在實(shí)際工作中，壓力和溫度控制的技術(shù)要求。

1.壓力控制的技術(shù)要求

一般合成塔壓力控制在19～20MPa，該壓力高于合成塔頂物料的平衡壓，壓力過(guò)高會(huì)使溫度升高，同時(shí)引起設(shè)備腐蝕加劇，動(dòng)力消耗增加；壓力過(guò)低會(huì)使平衡壓下降，CO2轉(zhuǎn)化率下降。

生產(chǎn)中使合成塔壓力失控的因素有，導(dǎo)壓管堵及變送器和儀表失靈，調(diào)節(jié)閥閥桿斷及閥頭和閥座脫落，調(diào)節(jié)閥膜片損壞，儀表空氣斷流、液氨泵和鉀氨泵打量不好、CO2純度低。其他如倒泵不及時(shí)、改單機(jī)等，都會(huì)引起尿素合成塔壓力產(chǎn)生較大波動(dòng)。因此，在自動(dòng)調(diào)節(jié)閥自控時(shí)，應(yīng)經(jīng)常注意閥的開(kāi)度變化，出現(xiàn)不正常情況及時(shí)處理。

2.尿素合成塔的溫度控制

底部溫度必須嚴(yán)格控制在174～176℃，底部溫度高低主要由進(jìn)料組分決定，并影響頂部溫度變化。影響底部溫度波動(dòng)的因素有：液氨泵和鉀氨泵打量不好，自動(dòng)調(diào)節(jié)閥失靈，儀表失靈，H2O/CO2（分子比）高低，CO2純度下降，氨預(yù)熱器溫度的高低，負(fù)荷的變化，甲胺液溫度的高低，自動(dòng)調(diào)節(jié)閥副線和液氨泵副線閥內(nèi)漏嚴(yán)重等。出現(xiàn)溫度變化時(shí)，應(yīng)及時(shí)調(diào)節(jié)。

塔頂溫度控制在184～188℃，溫度過(guò)高，對(duì)合成塔襯里的腐蝕加??；溫度過(guò)低，會(huì)使CO2轉(zhuǎn)化率下降，頂部溫度一般高于底部溫度10℃左右。

尿素合成塔底部和頂部溫度波動(dòng)還與下列因素有關(guān)：NH3/CO2（分子比）高，底部和頂部溫度低；NH3/CO2（分子比）低，則底部和頂部溫度高。H2O/CO2（分子比）高，底部溫度高而頂部溫度低；H2O/CO2（分子比）低，則底部溫度低而頂部溫度高?？梢愿鶕?jù)具體情況，適當(dāng)進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。

四、總結(jié)

2009年5月，對(duì)尿素合成塔進(jìn)行了全面檢測(cè)，特別是對(duì)筒體襯里出現(xiàn)的腐蝕缺陷，用貼補(bǔ)焊接方法進(jìn)行了修復(fù)。制定出生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)壓力和溫度進(jìn)行嚴(yán)格控制的要求。2010年10月，尿素合成塔通過(guò)近一年半的運(yùn)行，再次計(jì)劃?rùn)z修中，對(duì)筒體襯里缺陷修補(bǔ)部分進(jìn)行檢查探傷，襯里表面及焊縫工作良好，表明對(duì)塔襯里腐蝕缺陷的修復(fù)成功有效。通過(guò)對(duì)合成塔工作時(shí)溫度和壓力的控制調(diào)節(jié)，杜絕了筒體襯里的腐蝕。 W 11.12-07