尿素合成塔襯里缺陷處理及溫度和壓力控制

朱 強 李召顯

一、概述

Φ1400mm合成塔用于液氨與CO2在塔內合成尿素的生產，是水溶液全循環法襯里尿素合成塔，塔體是用低合金鋼制造的高壓容器。內徑1400mm，高32.43m，器壁上襯有316L材料的襯里，防止尿液對筒體的腐蝕。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，密封面采用襯環堆焊結構。塔口密封采用齒形墊加高壓低氯石棉材料。在襯里的環焊縫處，高壓塔體上設有檢漏孔，進口在上，出口在下。塔內裝有3支熱電偶套管，塔壁設置3個測溫點。CO2、液氨和氨基甲酸銨溶液3種物料由塔底進入塔內，塔底部有5層折流板，相鄰兩層旋向相反。將3種物料進行混合，尿液出口管裝在塔蓋上，塔體內有32層篩板。

合成塔設計壓力21.6MPa，設計溫度190℃，工作介質為液氨+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、尿素合成塔內襯里缺陷處理

尿素合成塔在長期工作中，受壓力及溫度變化的影響，筒體襯里易產生腐蝕、凹陷、劃傷等缺陷，2009年5月按要求對尿素合成塔進行計劃檢修。檢修中發現，筒體襯里表面出現局部點蝕現象，直徑約3mm，深度1mm左右；襯里焊縫也出現腐蝕，長度約100mm，多分布在筒體上部。針對這一情況，設備技術人員制定出檢修方案，決定采用貼條補焊的方法對缺陷進行處理。

1.襯里貼補

（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。在母材對應檢漏孔附近開設連通孔，以便對貼條泄漏情況進行監測。

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

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

2.焊接技術要求

（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寬，輸入焊道的能量要小。嚴格控制層間溫度＜150℃。

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

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

三、正常生產中尿素合成塔壓力和溫度控制的分析

針對合成塔襯里出現的腐蝕現象，設備及工藝技術人員就其產生的原因進行仔細分析，并查閱了大量的技術資料。尿素合成塔在實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，對尿素合成塔的安全運行有著十分重要的意義，重新制定出合成塔在實際工作中，壓力和溫度控制的技術要求。

1.壓力控制的技術要求

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，壓力過高會使溫度升高，同時引起設備腐蝕加劇，動力消耗增加；壓力過低會使平衡壓下降，CO2轉化率下降。

生產中使合成塔壓力失控的因素有，導壓管堵及變送器和儀表失靈，調節閥閥桿斷及閥頭和閥座脫落，調節閥膜片損壞，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、改單機等，都會引起尿素合成塔壓力產生較大波動。因此，在自動調節閥自控時，應經常注意閥的開度變化，出現不正常情況及時處理。

2.尿素合成塔的溫度控制

底部溫度必須嚴格控制在174～176℃，底部溫度高低主要由進料組分決定，并影響頂部溫度變化。影響底部溫度波動的因素有：液氨泵和鉀氨泵打量不好，自動調節閥失靈，儀表失靈，H2O/CO2（分子比）高低，CO2純度下降，氨預熱器溫度的高低，負荷的變化，甲胺液溫度的高低，自動調節閥副線和液氨泵副線閥內漏嚴重等。出現溫度變化時，應及時調節。

塔頂溫度控制在184～188℃，溫度過高，對合成塔襯里的腐蝕加?。粶囟冗^低，會使CO2轉化率下降，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還與下列因素有關：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。可以根據具體情況，適當進行調節控制。

四、總結

2009年5月，對尿素合成塔進行了全面檢測，特別是對筒體襯里出現的腐蝕缺陷，用貼補焊接方法進行了修復。制定出生產過程中對壓力和溫度進行嚴格控制的要求。2010年10月，尿素合成塔通過近一年半的運行，再次計劃檢修中，對筒體襯里缺陷修補部分進行檢查探傷，襯里表面及焊縫工作良好，表明對塔襯里腐蝕缺陷的修復成功有效。通過對合成塔工作時溫度和壓力的控制調節，杜絕了筒體襯里的腐蝕。 W 11.12-07