尿素合成塔缺陷分析及修补措施

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1、尿素合成塔缺陷分析及修补措施郑家龙陈林（安徽六方深冷股份有限公司安徽合肥230088）每次大检修时对化肥厂的关键设备尿素合成塔进行全面体检。对整个塔内壁进行宏观检查，对内衬板进行测厚，内纵环焊缝、上下封头及A、B、C三个物料管进行渗透探伤都会发现这样和那样的缺陷。如：上部锥形封头龟裂纹，内纵环焊缝有针孔、气孔、夹杂物等，液氨、氨基甲酸管有纵向裂纹等。上部球封头内衬板微裂纹使用数年的尿塔，靠上半段有的表面呈黑褐色，相当粗糙，是较典型的点蚀与均匀腐蚀。由于塔的上半部与下半部有一定的温差，在液相带由于物料富集，热能不能散失，靠锥体段有明显的结垢。上部锥形封头衬里采用松衬的有龟裂现象属于应力腐蚀氢所

2、致。塔顶上部气相部分条件恶劣，受高温高压的影响及氢的共同作用产生的。在应力腐蚀系统中，阳极反应和阴极反应通过电子的耦合导致衬里材料的氢开裂。现松衬材料基本上为316Lmod（改良型）。实践证明，316LUG耐蚀性能较差。现内衬板大多为25-22-2高级尿素级钢板（724L）。上封头带极堆焊无裂纹现象，效果好。在制造过程中，上封锥形衬里在焊接前压头滚圆就产生残余应力。，封头与衬里紧密贴合差（爆炸贴胀），焊接后存在焊接应力，投产使用后又受热应力、工作应力、频繁的开停车产生的交变载荷，尤其是上封头状况较差（不是带极堆焊，松衬）跌加应力和浓缩的CL－的共同作用产生的。温度升高会明显加剧尿素、甲铵溶液

3、对尿素级不锈钢在尿素合成介质中的活化腐蚀速度，随着温度的提高而明显增大。正常情况一般控制在190℃。有资料证明温度超过195℃腐蚀明显加快，停车保压时间越长，腐蚀越严重。衬里内纵缝因冲刷而产生的腐蚀看上去好象焊缝与母材就要分离（环焊缝不明显），这可能是物料由下向上运动中产生湍流而成，也是长期受腐蚀介质H2S、CO23产生的酸根离子作用的结果。据有关资料介绍，当介质达到一定流速（8m/s）后钝化的腐蚀表面被冲刷掉，新金属表面裸露，反复作用导致冲刷腐蚀。对于冲刷腐蚀较严重处不宜采用打磨，圆滑过渡来处理，必须时采用手工钨极氩弧来补焊，焊丝为25-22-2LMn，直径1.6mm为宜。光打磨不补焊，就

4、象资源越用越少，打磨后不补焊，局部形成沟槽，底部缺氧，腐蚀加剧。打磨的砂轮片为氧化铝砂轮片，补焊规范参数参阅原制造工艺，大面积补焊后进行酸洗处理。液氨管管口裂纹尿塔底部三物料管，即：二氧化碳、液氨、氨基甲酸溶液是由塔底部进入塔内，在塔内产生尿液，尿液有塔顶流出。在尿塔检修过程中，通过渗透探伤，发现多台液氨管、氨基甲酸溶液管有裂纹，大多在距管口0~20毫米区域，沿管子轴线方向向下，检查出裂纹后，用10倍放大镜观察，裂纹及开口较窄，裂纹有的比较直，有的有点弯曲，弯曲的裂纹能观察到小的分叉，从裂纹的走向和形貌上看，符合应力裂纹特征。球封头材质为19Mn6。球封上带极堆焊两层，即：过渡层、耐蚀层，总

5、厚度为8±0.5毫米。液氨管管材为316L尿素级不锈钢，规格为φ102×14。生产过程中，过渡层堆焊后，与裙座一同做焊后热处理。热处理后再堆耐蚀层，最后在封头上焊液氨管等接管。由于封头厚度（δ＝95mm）远大于液氨管壁厚，封头材质19Mn6的线膨胀系数比管材316L尿素级不锈钢小，两者厚度差异太大，因此在焊接接管是封头可作为刚体考虑。在焊接中受热接管沿管径方向膨胀，冷却时接管沿管径方向收缩。由于受封头拘束作用，因此在管中产生较大环向拉应力，即焊接残余应力，加之焊后不能再进行消除应力热处理，为液氨管产生应力腐蚀提供了应力条件。由于焊接结构接管与封头组合焊缝焊接残余应力最大，裂纹延伸方向与焊接残

6、余应力垂直，足以说明裂纹与残余应力紧密相关。虽然液氨不是奥氏体不锈钢应力腐蚀敏感介质，但氨的渗透性强，在大多拉应力作用下，液氨仍然会对奥氏体不锈钢有应力腐蚀倾向。故：液氨进出口管的裂纹属于应力腐蚀裂纹。3修补方案一、用磨头（圆柱形）清除纵向裂纹。打磨深度＞20毫米，宽度18~20毫米，形状半个高脚酒杯状返修打磨时应目测为主。如目测无裂纹时，采用着色探伤进行确认。确认无缺陷后，用丙酮清洗打磨处。二、补焊采用焊条电弧焊，逐层堆焊。每堆焊一层靠管内侧应溢出，见下图所示。堆焊后用圆柱形磨头把内侧磨圆，堆焊端部磨平后进行着色探伤。确认无缺陷后，堆焊端部进行堆焊与原焊缝尽可能一致。再次进行着色探伤，焊后

7、无须打磨。三、焊材BMn310MoL，φ3.25毫米。焊接规范参数：I=80~90(A)U=24±2(V)。BMn310MoL25-22-2LMnBφ3.25I=80~90(A)15~20mm/minφ4I=115~125(A)12~18mm/minφ1.6I=90~110(A)9~12mm/min四、焊接时层间温度≤150℃。五、焊后保持原始状态。3