國(guó)內(nèi)較早的幾套大化肥裝置是整體引進(jìn)的國(guó)外技術(shù)和設(shè)備，經(jīng)過多年的運(yùn)行，關(guān)鍵設(shè)備高壓甲銨冷凝器已經(jīng)老化，出現(xiàn)了裂紋甚至泄漏現(xiàn)象，給安全生產(chǎn)帶來了重大的隱患。進(jìn)口高壓甲銨冷凝器設(shè)備不僅要花費(fèi)巨額的外匯，制造周期也無法滿足生產(chǎn)的需要。因此，高壓甲銨冷凝器的國(guó)產(chǎn)化是非常必要的。

1 概況

高壓甲銨冷凝器是尿素裝置中較關(guān)鍵的設(shè)備之一，中油股份烏魯木齊石化分公司化肥廠一尿素裝置建成投產(chǎn)于1985年7月，該設(shè)備整個(gè)從國(guó)外引進(jìn)，至今已服役多年。目前高壓甲銨冷凝器（202-C）存在的主要問題是：①部分列管在管板區(qū)有明顯的應(yīng)力腐蝕（SCC）現(xiàn)象，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，在管板區(qū)的列管有可能發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂。②壁厚減薄很標(biāo)，列管由于壁厚太薄開裂，設(shè)備存在著嚴(yán)重的安全隱患。③列管有活化腐蝕的明顯跡象，即列管內(nèi)壁鈍化膜未被破壞，但手感明顯粗糙。根據(jù)化肥設(shè)備腐蝕檢測(cè)的經(jīng)驗(yàn)，管子一旦開始活化腐蝕，其腐蝕發(fā)展速度會(huì)很快,這說明該設(shè)備進(jìn)入壽命的晚期，因此，設(shè)備的更新問題已迫在眉睫。為了節(jié)省投資和外匯，我們?cè)趨⒖荚荚O(shè)計(jì)，保證連接尺寸，滿足現(xiàn)工藝要求的基礎(chǔ)上對(duì)甲銨冷凝器進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化設(shè)計(jì)。高壓甲銨冷凝器為帶膨脹節(jié)的固定管板式換熱器（圖1），設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

2 選材

2.1 設(shè)備材料

該設(shè)備管程內(nèi)介質(zhì)為腐蝕性很強(qiáng)的甲銨，且為高壓，要求材料即具有高強(qiáng)度而又耐腐蝕，管箱封頭采用德國(guó)強(qiáng)度較高的鋼號(hào)19Mn6鋼板，相當(dāng)于在16MnR材料的基礎(chǔ)上添加一些合金元素，其材料的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度高于我國(guó)的16MnR，且國(guó)內(nèi)可以生產(chǎn)。管箱筒體、管板、人孔采用國(guó)內(nèi)20MnMo鍛鋼。管箱與介質(zhì)接觸的內(nèi)表面堆焊X2CrNiMo25-22-2尿素級(jí)不銹鋼。換熱管采用進(jìn)口鋼管X2CrNiMo25-22-2，材料標(biāo)準(zhǔn)為DIN17440。高壓管箱接管采用316Lmod，即316L的改良型，抗腐蝕能力優(yōu)于316L。

2.2 尿素級(jí)不銹鋼的焊接材料

2.2.1 帶很堆焊

渡層及耐蝕層均為：

焊帶：SANDIVIK25—22—2LMN（60×0.5）

焊劑：SOUDAMETAL 13BLFI

2.2.2 手工電弧焊

手工堆焊過渡層和耐蝕層及襯里焊縫

FILARC BM310Mo—L

2.2.3 氬弧焊

焊絲：SANDIVIK25—22—2LMN

保護(hù)氣：99.99% 氬氣

材料化學(xué)成分見表2，力學(xué)性能見表3。

2.3 尿素級(jí)不銹鋼堆焊層晶間腐蝕傾向試驗(yàn)應(yīng)滿足：五個(gè)周期的平均腐蝕速率CR應(yīng)符合下列規(guī)定：①316LMoD不銹鋼CR≤2.0μm/48h。②25-22-2型不銹鋼CR≤1.0μm/48h。 以上尿素級(jí)不銹鋼材料（包括熔敷金屬），金相組織在焊接或較終熱處理后應(yīng)為單相奧氏體組織，不得有連續(xù)網(wǎng)狀碳化物或σ相存在，鐵素體含量不得大于0.4%。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

高壓管箱球封頭部分耐腐蝕層，分兩次堆焊，總厚度為8mm,其中4mm為過渡層。筒體部分采用松襯，將耐腐蝕的襯板按容器的殼體形狀貼合于容器內(nèi)壁，襯板間施行對(duì)接焊。由于整體襯里焊后，焊縫要收縮，因此在襯里與殼體之間存在間隙，經(jīng)過水壓試驗(yàn)后相當(dāng)于進(jìn)行一次液壓脹緊，控制較大間隙不很過1mm。水壓試驗(yàn)合格后對(duì)焊縫進(jìn)行氨滲漏檢驗(yàn)。襯里設(shè)檢漏系統(tǒng)，在襯里容器外殼上開若干檢漏孔，使襯里與外殼之間相通，在襯里筒節(jié)的封閉區(qū)間，檢漏孔盡量靠近焊縫附近。

上下人孔平墊密封采用組合式墊片，材質(zhì)為316L的齒形墊上下覆蓋石棉墊，石棉板氯離子含量≤100ppm，石棉墊厚度大于齒高，使石棉墊被壓入齒槽內(nèi)后仍高出齒頂0.1mm以上。這種組合墊的特點(diǎn)是：預(yù)緊螺栓時(shí)，利用作用在金屬齒形墊上垂直于齒角的力，來壓緊和穩(wěn)固填充在齒槽內(nèi)的石棉墊，以次彌補(bǔ)石棉強(qiáng)度低，容易擠斷的不足，充分發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)，使其能在高溫高壓和強(qiáng)腐蝕介質(zhì)作用下具有良好的密封性能。

密封面襯里采用不銹鋼鑲環(huán)結(jié)構(gòu)，預(yù)先在母體上開槽堆焊不銹鋼過渡層，保證焊環(huán)與碳鋼母體焊接好，減少焊接應(yīng)力，焊接完畢，熱處理后再較后加工密封面。 帶襯里的高壓接管焊接結(jié)構(gòu)，焊接坡口先堆焊一層4mm的不銹鋼過渡層，消除應(yīng)力退火后再焊接管，開孔補(bǔ)強(qiáng)采用鍛件凸緣，為確保焊接質(zhì)量，在筒體開孔及凸緣上均留出加工余量,焊后再車去。

殼程為減少溫差給換熱管帶來的應(yīng)力，殼體設(shè)兩波單層U形膨脹節(jié)，考慮總的軸向變形為26mm。材料為柔性較好的0Cr18Ni9不銹鋼，由于管束較長(zhǎng)(L=12171mm)為防止震動(dòng)及支持換熱管，用格柵結(jié)構(gòu)代替折流板。

4 焊后熱處理

高壓管箱的熱處理在過渡層堆焊完畢后進(jìn)行。與奧氏體材料相鄰的碳鋼進(jìn)行焊后熱處理時(shí)，在奧氏體材料的任何部位較高溫度為510℃，熱處理爐溫度應(yīng)保持均勻，在保證恒溫的一段足夠長(zhǎng)時(shí)間，其溫度較大偏差為上下14℃，爐內(nèi)的氣氛應(yīng)進(jìn)行控制以防鋼的過分增碳或脫碳。

5 壓力試驗(yàn)

設(shè)備制造完畢后進(jìn)行壓力試驗(yàn)。由于管程材質(zhì)為尿素級(jí)不銹鋼材料所以對(duì)水壓驗(yàn)介質(zhì)提出特殊要求：水的溫度不得低于大氣露點(diǎn)溫度，較低溫度不低于15℃，管側(cè)氯離子含量不大于2PPM。該設(shè)備管程的設(shè)計(jì)壓力遠(yuǎn)大于殼程，必須考慮換熱管與管板連接接頭嚴(yán)密性試驗(yàn)。①換熱管和管板的道焊縫用0.05～0.1MPa的空氣試漏。②換熱管和管板的較后一道焊縫（在殼程水壓試驗(yàn)前）充入10%～30%（體積）氨氣進(jìn)行氨滲漏。管程水壓試驗(yàn)后應(yīng)對(duì)管程襯里進(jìn)行致密性試驗(yàn)以保證高壓設(shè)備的安全，采用充入100%氨氣法進(jìn)行氨滲漏：將氨氣從高壓檢漏孔充入外殼與松襯的間隙內(nèi)，充氨壓力達(dá)2～3kPa,核算容器松襯在此外壓作用下不失穩(wěn)。

6 結(jié)束語

高壓甲銨冷凝器制造完成后進(jìn)行了更換，經(jīng)過一年多的運(yùn)行考核，安全平穩(wěn)，各項(xiàng)性能參數(shù)達(dá)到了設(shè)計(jì)指標(biāo)，滿足了尿素年產(chǎn)52萬噸的生產(chǎn)能力。故高壓甲銨冷凝器的國(guó)產(chǎn)化非常成功，并達(dá)到了國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平。