尿素合成塔衬里缺陷处理及温度和压力控制

朱 强 李召显

一、概述

Φ1400mm合成塔用于液氨与CO2在塔内合成尿素的生产，是水溶液全循环法衬里尿素合成塔，塔体是用低合金钢制造的高压容器。内径1400mm，高32.43m，器壁上衬有316L材料的衬里，防止尿液对筒体的腐蚀。衬里两端与顶部封头的衬里焊接，顶部封头的端部是人孔与端盖的密封面，密封面采用衬环堆焊结构。塔口密封采用齿形垫加高压低氯石棉材料。在衬里的环焊缝处，高压塔体上设有检漏孔，进口在上，出口在下。塔内装有3支热电偶套管，塔壁设置3个测温点。CO2、液氨和氨基甲酸铵溶液3种物料由塔底进入塔内，塔底部有5层折流板，相邻两层旋向相反。将3种物料进行混合，尿液出口管装在塔盖上，塔体内有32层筛板。

合成塔设计压力21.6MPa，设计温度190℃，工作介质为液氨+CO2甲胺液，容器类别为Ⅲ类。操作压力19.5±0.5MPa，操作温度186±2℃，NH3/CO2（分子比）3.9～4.1，H2O/CO2（分子比）0.6～0.8，CO2气中加氧量（容积比）0.5%～0.8%，CO2气中H2S含量≤15mg/m3。

合成塔内径1400mm，球形封头材料19Mn5，塔体外径1616mm，球形封头厚度98mm，公称容积41m3，设备总重129261kg，衬里材料CrNiMo18-MCOL，塔板厚度6m，材料15MnVgc。

二、尿素合成塔内衬里缺陷处理

尿素合成塔在长期工作中，受压力及温度变化的影响，筒体衬里易产生腐蚀、凹陷、划伤等缺陷，2009年5月按要求对尿素合成塔进行计划检修。检修中发现，筒体衬里表面出现局部点蚀现象，直径约3mm，深度1mm左右；衬里焊缝也出现腐蚀，长度约100mm，多分布在筒体上部。针对这一情况，设备技术人员制定出检修方案，决定采用贴条补焊的方法对缺陷进行处理。

1.衬里贴补

（1）贴衬前处理。将腐蚀缺陷和原焊缝打磨，比母材齐平线略低0.5mm。在母材对应检漏孔附近开设连通孔，以便对贴条泄漏情况进行监测。

（2）贴条的加工。贴条板材选用316L板料，厚度4～5mm，宽度70～80mm，并且长度方向要与板材轧制方向一致。贴合的曲面，通过液压和机械加工的方法加工而成。贴条两端开V形坡口。

（3）贴补要求。贴条时，要将原焊缝和焊接热影响区全部贴盖，贴补间隙≤0.5mm，贴紧度＞90%，避免环、纵贴条接头交接在一起。

2.焊接技术要求

（1）焊接方法。手工钨板氩弧焊，氩弧焊打底电弧焊盖面或全部电弧焊。

（2）焊接形式。电焊定位，多层多道立焊和横角焊，层间温度＜100℃，部分焊接采用过渡焊，电弧焊所用焊条BM310，焊接电流110A，焊条直径Φ2.5mm或Φ3.2mm。

（3）氩弧焊电源采用直流正接法，电弧焊电源采用小电流直流反接法。

（4）在焊接过程中，采用快速焊及窄焊道，焊条避免横向摆，一次焊成的焊道不易过宽，输入焊道的能量要小。严格控制层间温度＜150℃。

（5）多层焊时，每焊一层要彻底清查。仔细检查确认，待焊道区温度降到60℃以下时再焊第二遍。

完成贴条焊接后，将焊肉进行抛光处理。用5～10倍的放大镜进行检查，并进行探伤着色检查。

三、正常生产中尿素合成塔压力和温度控制的分析

针对合成塔衬里出现的腐蚀现象，设备及工艺技术人员就其产生的原因进行仔细分析，并查阅了大量的技术资料。尿素合成塔在实际工作中的压力和温度控制，直接影响到筒体衬里的腐蚀速率，对尿素合成塔的安全运行有着十分重要的意义，重新制定出合成塔在实际工作中，压力和温度控制的技术要求。

1.压力控制的技术要求

一般合成塔压力控制在19～20MPa，该压力高于合成塔顶物料的平衡压，压力过高会使温度升高，同时引起设备腐蚀加剧，动力消耗增加；压力过低会使平衡压下降，CO2转化率下降。

生产中使合成塔压力失控的因素有，导压管堵及变送器和仪表失灵，调节阀阀杆断及阀头和阀座脱落，调节阀膜片损坏，仪表空气断流、液氨泵和钾氨泵打量不好、CO2纯度低。其他如倒泵不及时、改单机等，都会引起尿素合成塔压力产生较大波动。因此，在自动调节阀自控时，应经常注意阀的开度变化，出现不正常情况及时处理。

2.尿素合成塔的温度控制

底部温度必须严格控制在174～176℃，底部温度高低主要由进料组分决定，并影响顶部温度变化。影响底部温度波动的因素有：液氨泵和钾氨泵打量不好，自动调节阀失灵，仪表失灵，H2O/CO2（分子比）高低，CO2纯度下降，氨预热器温度的高低，负荷的变化，甲胺液温度的高低，自动调节阀副线和液氨泵副线阀内漏严重等。出现温度变化时，应及时调节。

塔顶温度控制在184～188℃，温度过高，对合成塔衬里的腐蚀加剧；温度过低，会使CO2转化率下降，顶部温度一般高于底部温度10℃左右。

尿素合成塔底部和顶部温度波动还与下列因素有关：NH3/CO2（分子比）高，底部和顶部温度低；NH3/CO2（分子比）低，则底部和顶部温度高。H2O/CO2（分子比）高，底部温度高而顶部温度低；H2O/CO2（分子比）低，则底部温度低而顶部温度高。可以根据具体情况，适当进行调节控制。

四、总结

2009年5月，对尿素合成塔进行了全面检测，特别是对筒体衬里出现的腐蚀缺陷，用贴补焊接方法进行了修复。制定出生产过程中对压力和温度进行严格控制的要求。2010年10月，尿素合成塔通过近一年半的运行，再次计划检修中，对筒体衬里缺陷修补部分进行检查探伤，衬里表面及焊缝工作良好，表明对塔衬里腐蚀缺陷的修复成功有效。通过对合成塔工作时温度和压力的控制调节，杜绝了筒体衬里的腐蚀。 W 11.12-07