尿素合成塔襯里更換的配合施工工藝選擇及實(shí)施

安曉強(qiáng)

摘 要：現(xiàn)階段，隨著社會(huì)的發(fā)展，我國(guó)的化工工程的發(fā)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(zhuǎn)變?yōu)槟蛩?，它的運(yùn)行狀況關(guān)系著整個(gè)尿素裝置能否安全、穩(wěn)定、高效的長(zhǎng)期運(yùn)行。因尿素合成塔造價(jià)高昂，制造復(fù)雜，一旦合成塔襯里泄露，將帶來巨大經(jīng)濟(jì)損失，所以襯里腐蝕分析和防護(hù)工作在日常的檢驗(yàn)及維修工作中顯得特別重要。

關(guān)鍵詞：尿素合成塔襯里更換;配合施工工藝;選擇及實(shí)施

介紹尿素合成塔不銹鋼襯里腐蝕減薄嚴(yán)重情況，簡(jiǎn)要闡述腐蝕的原因，采取一次性全部更換的方法進(jìn)行改造，詳細(xì)介紹襯里更換實(shí)施過程，改造后運(yùn)行情況良好。

1 配合施工工藝方案的選擇

針對(duì)R101襯里更換的特點(diǎn)，有3種施工方案可供選擇，但選擇不同的施工方案，會(huì)對(duì)施工的質(zhì)量、工期、安全保障及經(jīng)濟(jì)性等產(chǎn)生不同的影響。

1.1 方案一--利用R101頂部人孔現(xiàn)場(chǎng)施工

R101襯里更換施工作業(yè)利用頂部人孔來完成人員及材料等的進(jìn)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(yōu)點(diǎn)：不需要大型吊裝機(jī)具，拆除及恢復(fù)工作量小，費(fèi)用低。方案一的缺點(diǎn)：R101頂部人孔小，材料運(yùn)輸困難，人員作業(yè)受限，只能依次搭接施工;施工工期長(zhǎng)，無法保證工期要求;有限空間作業(yè)的監(jiān)護(hù)要求高，且作業(yè)質(zhì)量不易控制。

1.2 方案二--R101割開一分為二現(xiàn)場(chǎng)施工

在現(xiàn)場(chǎng)將R101殼體中部環(huán)焊縫割開一分為二（上半段總長(zhǎng)23915mm，重約140t;下半段總長(zhǎng)21300mm，重約129t），割開的上半段用吊車吊至地面，調(diào)頭后再吊裝在新增設(shè)的鋼支座平臺(tái)上，襯里的拆除和更換分兩段平行施工。方案二的優(yōu)點(diǎn)：R101上、下兩段同時(shí)更換襯里，且由于分割成兩段后R101“頂部”空間大，材料運(yùn)輸及人員作業(yè)方便，有限空間作業(yè)的監(jiān)護(hù)容易，因而可節(jié)省50%左右的工期，施工質(zhì)量也可控。方案二的缺點(diǎn)：需要使用大型吊裝機(jī)具和制作鋼框架施工操作平臺(tái)，費(fèi)用會(huì)有所增加。

1.3 方案三--非現(xiàn)場(chǎng)施工

將設(shè)備整體拆下，運(yùn)回原設(shè)備制造廠進(jìn)行襯里的更換，完成后再運(yùn)回現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行整體安裝。方案三的優(yōu)點(diǎn)：在設(shè)備制造廠更換襯里，施工條件比現(xiàn)場(chǎng)好，施工質(zhì)量易于保證。方案三的缺點(diǎn)：需要使用較大型的吊裝及運(yùn)輸機(jī)具完成設(shè)備的吊裝和運(yùn)輸，且費(fèi)用還與運(yùn)輸距離有關(guān)，所需費(fèi)用較高且工期較長(zhǎng)。

2 襯里更換的原因

2.1 襯里晶間腐蝕嚴(yán)重

經(jīng)金相組織檢查襯里多處出現(xiàn)晶間腐蝕，晶間腐蝕是尿素合成塔最嚴(yán)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(diào)整也沒有任何辦法延緩其惡化。

2.2 襯里沖刷腐蝕嚴(yán)重

沖刷腐蝕主要是由于介質(zhì)流速較快，使設(shè)備表面很難形成一層完整的保護(hù)膜，從而加速了設(shè)備的減薄和損壞。造成沖刷腐蝕的介質(zhì)包括氣態(tài)、液態(tài)和氣（汽）液混合狀態(tài)，其中氣（汽）液混合狀態(tài)造成的沖刷腐蝕現(xiàn)象更為嚴(yán)重。2004年12月更換卡薩利高效塔盤后，轉(zhuǎn)化率有所提升，但是該類型塔盤改變了原有的介質(zhì)流向，返混量成倍增加，316Lmod尿素級(jí)不銹鋼在該環(huán)境下無法耐受，導(dǎo)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(shí)施

3.1 筒體內(nèi)壁的檢查處理、檢漏通道檢查

舊襯里拆除完畢后，對(duì)承壓筒體內(nèi)壁進(jìn)行整體目視檢查，對(duì)承壓筒體全部焊縫進(jìn)行超聲波檢測(cè)。檢查檢測(cè)結(jié)果為內(nèi)壁整體光滑，焊縫平整過度，一致性好，頂部封頭環(huán)焊縫上側(cè)距離檢漏孔約15mm有一不規(guī)則腐蝕坑，腐蝕坑深度約8mm，面積約30mm2。對(duì)該腐蝕坑表面進(jìn)行修整光滑，做無損檢測(cè)確認(rèn)無其他缺陷。表層修整至較為規(guī)則的長(zhǎng)方形，按照其形狀加工了填充材料，填充后對(duì)其進(jìn)行修復(fù)處理。承壓筒體全部焊縫超聲波檢測(cè)合格，未發(fā)現(xiàn)缺陷。檢漏通道耐腐蝕層全部進(jìn)行檢查，狀態(tài)較好，深度為2mm左右，符合要求。對(duì)全部檢漏孔進(jìn)行疏通、檢查，全部處于正常疏通狀態(tài)。

3.2 貼襯及檢測(cè)

新襯里組對(duì)，筒體襯里組裝和焊接（上、下兩段塔體同時(shí)施工），根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量的碳鋼筒體內(nèi)壁尺寸，在塔下確定新襯里的實(shí)際尺寸，在新襯里上標(biāo)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(dòng)葫蘆吊入塔內(nèi)。每節(jié)碳鋼筒體的襯里由2節(jié)襯里組成，襯里縱、環(huán)焊縫直接焊于過渡層上。襯里縱、環(huán)焊縫點(diǎn)固后錯(cuò)邊量不大于0.5mm（不含承壓殼體主焊縫錯(cuò)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(yàn)前、后各進(jìn)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(nèi)件現(xiàn)場(chǎng)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(huán)焊縫100%UT合格，100%MT合格。襯里對(duì)接焊縫、密封面堆焊表面和溢流管、塔盤等內(nèi)件的所有新焊縫進(jìn)行FT檢測(cè)，鐵素體含量不高于0.6%合格。

3.3 主焊縫焊接及熱處理

對(duì)上、下段塔體的切割端面打磨，打磨后要求表面呈現(xiàn)出金屬光澤，進(jìn)行外觀檢查和無損檢測(cè)，確認(rèn)無缺陷后按照焊接工藝規(guī)程進(jìn)行預(yù)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(jīng)100%無損檢測(cè)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(fù)塔頂平臺(tái)及塔體平臺(tái)、籠式爬梯等，然后吊裝、按原方位進(jìn)行組對(duì)。對(duì)待焊部位進(jìn)行預(yù)熱，先在塔外進(jìn)行主焊縫焊接，中間和焊后分別消氫處理一次，再進(jìn)入塔內(nèi)清理焊根后進(jìn)行塔內(nèi)焊接。清根后進(jìn)行無損檢測(cè)，確認(rèn)無缺陷。焊接一次完成（內(nèi)部過渡層不焊），焊接過程中吊車要處于吊裝承重狀態(tài)。焊后自然冷卻24h后進(jìn)行TOFT（超聲波衍射時(shí)差法）檢測(cè)一次。無缺陷后，預(yù)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(fù)檢1次UT和TOFD，未發(fā)現(xiàn)缺陷，合格。合格后對(duì)焊縫外表面進(jìn)行硬度檢測(cè)，要求分別對(duì)焊縫外表面和熱影響區(qū)表面進(jìn)行硬度檢測(cè)，每個(gè)區(qū)域檢查5點(diǎn)以上，取平均值。在碳鋼環(huán)焊縫內(nèi)壁過渡層表面堆焊耐蝕層，耐蝕層表面做100%PT（氨滲透檢測(cè)）。筒體的材料牌號(hào)為A737GRC，厚度為98mm，所用焊條牌號(hào)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(shí)間為2.5h。筒體內(nèi)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(zhǎng)恒溫時(shí)間的方法進(jìn)行。

3.4 本質(zhì)材料防護(hù)

根據(jù)SNAM氨汽提工藝對(duì)尿素用高級(jí)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(tái)合成塔上實(shí)際修補(bǔ)焊縫也用過316LUG及CrNiMo25-22-2LMn，發(fā)現(xiàn)用316LUG修補(bǔ)的焊縫，運(yùn)行多年后又繼續(xù)發(fā)現(xiàn)刀口腐蝕，而使用CrNiMo25-22-2LMn修補(bǔ)的焊縫不會(huì)或極少再次產(chǎn)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(bǔ)材料。在母材選擇方面，X2CrNiMo25-22-2的Cr、Ni含量更高，同時(shí)C及S、P含量更低，在固溶處理后得到全奧氏體組織，對(duì)甲銨液環(huán)境的耐腐蝕性更強(qiáng)，同時(shí)因固溶處理后得到全奧氏體，相比316LUG來說，X2CrNiMo25-22-2對(duì)晶間腐蝕傾向及選擇性腐蝕傾向都有更強(qiáng)的適應(yīng)性，所以當(dāng)襯里均勻腐蝕加劇時(shí)，可以考慮將316LUG襯里更換為X2CrNiMo25-22-2襯里。

4 結(jié)語

合成塔襯里腐蝕防護(hù)是一個(gè)系統(tǒng)工程，其中諸多環(huán)節(jié)：前期工藝設(shè)計(jì)、設(shè)備設(shè)計(jì)、選材、制造及后期操作、檢驗(yàn)、維修都是其中的重要環(huán)節(jié)，精心設(shè)計(jì)并合理統(tǒng)籌每一個(gè)環(huán)節(jié)才能保證合成塔不在襯里腐蝕防護(hù)上面產(chǎn)生安全隱患，進(jìn)而才能保證整個(gè)尿素裝置能安全、穩(wěn)定、高效的長(zhǎng)期運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

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