尿素合成塔衬里缺陷处理及温度和压力控制

2011-04-14 22:28李召显
设备管理与维修 2011年12期
关键词:合成塔衬里液氨

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

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