尿素合成塔襯里更換的配合施工工藝選擇及實施

安曉強

摘 要：現階段，隨著社會的發展，我國的化工工程的發展也有了很大的改善。尿素合成塔的主要作用是將甲銨脫水轉變為尿素，它的運行狀況關系著整個尿素裝置能否安全、穩定、高效的長期運行。因尿素合成塔造價高昂，制造復雜，一旦合成塔襯里泄露，將帶來巨大經濟損失，所以襯里腐蝕分析和防護工作在日常的檢驗及維修工作中顯得特別重要。

關鍵詞：尿素合成塔襯里更換;配合施工工藝;選擇及實施

介紹尿素合成塔不銹鋼襯里腐蝕減薄嚴重情況，簡要闡述腐蝕的原因，采取一次性全部更換的方法進行改造，詳細介紹襯里更換實施過程，改造后運行情況良好。

1 配合施工工藝方案的選擇

針對R101襯里更換的特點，有3種施工方案可供選擇，但選擇不同的施工方案，會對施工的質量、工期、安全保障及經濟性等產生不同的影響。

1.1 方案一--利用R101頂部人孔現場施工

R101襯里更換施工作業利用頂部人孔來完成人員及材料等的進出;襯里拆除從頂部開始，依次向下拆除，襯里換新從底部開始，依次向上更換。方案一的優點：不需要大型吊裝機具，拆除及恢復工作量小，費用低。方案一的缺點：R101頂部人孔小，材料運輸困難，人員作業受限，只能依次搭接施工;施工工期長，無法保證工期要求;有限空間作業的監護要求高，且作業質量不易控制。

1.2 方案二--R101割開一分為二現場施工

在現場將R101殼體中部環焊縫割開一分為二（上半段總長23915mm，重約140t;下半段總長21300mm，重約129t），割開的上半段用吊車吊至地面，調頭后再吊裝在新增設的鋼支座平臺上，襯里的拆除和更換分兩段平行施工。方案二的優點：R101上、下兩段同時更換襯里，且由于分割成兩段后R101“頂部”空間大，材料運輸及人員作業方便，有限空間作業的監護容易，因而可節省50%左右的工期，施工質量也可控。方案二的缺點：需要使用大型吊裝機具和制作鋼框架施工操作平臺，費用會有所增加。

1.3 方案三--非現場施工

將設備整體拆下，運回原設備制造廠進行襯里的更換，完成后再運回現場進行整體安裝。方案三的優點：在設備制造廠更換襯里，施工條件比現場好，施工質量易于保證。方案三的缺點：需要使用較大型的吊裝及運輸機具完成設備的吊裝和運輸，且費用還與運輸距離有關，所需費用較高且工期較長。

2 襯里更換的原因

2.1 襯里晶間腐蝕嚴重

經金相組織檢查襯里多處出現晶間腐蝕，晶間腐蝕是尿素合成塔最嚴重的問題，曾嘗試采用打磨的方式去除表面粗大的碳化鉻晶粒的方式延緩腐蝕，但是收效甚微，而依靠工藝調整也沒有任何辦法延緩其惡化。

2.2 襯里沖刷腐蝕嚴重

沖刷腐蝕主要是由于介質流速較快，使設備表面很難形成一層完整的保護膜，從而加速了設備的減薄和損壞。造成沖刷腐蝕的介質包括氣態、液態和氣（汽）液混合狀態，其中氣（汽）液混合狀態造成的沖刷腐蝕現象更為嚴重。2004年12月更換卡薩利高效塔盤后，轉化率有所提升，但是該類型塔盤改變了原有的介質流向，返混量成倍增加，316Lmod尿素級不銹鋼在該環境下無法耐受，導致腐蝕加速。

3 尿素合成塔襯里更換的配合施工工藝選擇及實施

3.1 筒體內壁的檢查處理、檢漏通道檢查

舊襯里拆除完畢后，對承壓筒體內壁進行整體目視檢查，對承壓筒體全部焊縫進行超聲波檢測。檢查檢測結果為內壁整體光滑，焊縫平整過度，一致性好，頂部封頭環焊縫上側距離檢漏孔約15mm有一不規則腐蝕坑，腐蝕坑深度約8mm，面積約30mm2。對該腐蝕坑表面進行修整光滑，做無損檢測確認無其他缺陷。表層修整至較為規則的長方形，按照其形狀加工了填充材料，填充后對其進行修復處理。承壓筒體全部焊縫超聲波檢測合格，未發現缺陷。檢漏通道耐腐蝕層全部進行檢查，狀態較好，深度為2mm左右，符合要求。對全部檢漏孔進行疏通、檢查，全部處于正常疏通狀態。

3.2 貼襯及檢測

新襯里組對，筒體襯里組裝和焊接（上、下兩段塔體同時施工），根據現場實際測量的碳鋼筒體內壁尺寸，在塔下確定新襯里的實際尺寸，在新襯里上標記出切割線，沿切割線切除新襯里的多余部分，打磨出焊接坡口后，用拉緊裝置使新襯里的直徑縮小，采用塔上的電動葫蘆吊入塔內。每節碳鋼筒體的襯里由2節襯里組成，襯里縱、環焊縫直接焊于過渡層上。襯里縱、環焊縫點固后錯邊量不大于0.5mm（不含承壓殼體主焊縫錯邊量）。焊前用工裝撐緊，新襯里的任一端面局部不貼合間隙不超過1mm。襯里焊縫表面分別在水壓試驗前、后各進行一次100%PT合格，筒體切割處坡口表面100%MT+100%PT合格。襯里和溢流管等內件現場施工焊接的焊縫100%PT合格。溢流管高壓段接管與塔外法蘭焊縫100%RT合格，100%PT合格。熱處理后，筒體環焊縫100%UT合格，100%MT合格。襯里對接焊縫、密封面堆焊表面和溢流管、塔盤等內件的所有新焊縫進行FT檢測，鐵素體含量不高于0.6%合格。

3.3 主焊縫焊接及熱處理

對上、下段塔體的切割端面打磨，打磨后要求表面呈現出金屬光澤，進行外觀檢查和無損檢測，確認無缺陷后按照焊接工藝規程進行預熱、堆焊、熱處理，然后打磨堆焊層深“U”型和淺“U”型坡口，坡口表面經100%無損檢測合格。以上工作完成后，將上半段塔體吊裝放平至鞍座上，恢復塔頂平臺及塔體平臺、籠式爬梯等，然后吊裝、按原方位進行組對。對待焊部位進行預熱，先在塔外進行主焊縫焊接，中間和焊后分別消氫處理一次，再進入塔內清理焊根后進行塔內焊接。清根后進行無損檢測，確認無缺陷。焊接一次完成（內部過渡層不焊），焊接過程中吊車要處于吊裝承重狀態。焊后自然冷卻24h后進行TOFT（超聲波衍射時差法）檢測一次。無缺陷后，預熱至100℃堆焊過渡層，過渡層材料為25-22-2，其后熱處理。熱處理完成后，保溫冷卻24h后再分別復檢1次UT和TOFD，未發現缺陷，合格。合格后對焊縫外表面進行硬度檢測，要求分別對焊縫外表面和熱影響區表面進行硬度檢測，每個區域檢查5點以上，取平均值。在碳鋼環焊縫內壁過渡層表面堆焊耐蝕層，耐蝕層表面做100%PT（氨滲透檢測）。筒體的材料牌號為A737GRC，厚度為98mm，所用焊條牌號為J607RH，該種材料在正常情況下最低熱處理保溫溫度為600℃，恒溫時間為2.5h。筒體內壁安裝725LN不銹鋼襯里，由于725LN材料熱處理溫度為（550±10）℃，此次熱處理采用降低熱處理溫度，延長恒溫時間的方法進行。

3.4 本質材料防護

根據SNAM氨汽提工藝對尿素用高級不銹鋼的訂貨條件，316LUG的腐蝕率<0.6mm/a，00Cr25Ni22Mo2的腐蝕率<0.3mm/a。在其他幾臺合成塔上實際修補焊縫也用過316LUG及CrNiMo25-22-2LMn，發現用316LUG修補的焊縫，運行多年后又繼續發現刀口腐蝕，而使用CrNiMo25-22-2LMn修補的焊縫不會或極少再次產生刀口腐蝕。所以綜合分析來看CrNiMo25-22-2LMn型焊材是理想的修補材料。在母材選擇方面，X2CrNiMo25-22-2的Cr、Ni含量更高，同時C及S、P含量更低，在固溶處理后得到全奧氏體組織，對甲銨液環境的耐腐蝕性更強，同時因固溶處理后得到全奧氏體，相比316LUG來說，X2CrNiMo25-22-2對晶間腐蝕傾向及選擇性腐蝕傾向都有更強的適應性，所以當襯里均勻腐蝕加劇時，可以考慮將316LUG襯里更換為X2CrNiMo25-22-2襯里。

4 結語

合成塔襯里腐蝕防護是一個系統工程，其中諸多環節：前期工藝設計、設備設計、選材、制造及后期操作、檢驗、維修都是其中的重要環節，精心設計并合理統籌每一個環節才能保證合成塔不在襯里腐蝕防護上面產生安全隱患，進而才能保證整個尿素裝置能安全、穩定、高效的長期運行。

參考文獻：

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