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1、2012年 4 月 Apr.2012第 35 卷 第 2 期 Large Scale Nitrogenous Fertilizer Industry Vol.35 No.2尿素合成塔衬里变形鼓包原因分析及对策孙 永 生（ 天 脊 中 化 高 平 化 工 有 限 公 司 ， 山 西 高 平 048400）摘 要 ： 针 对 尿 素 合 成 塔 衬 里 变 形 鼓 包 的 实 际 情 况 ， 通 过 理 论 分 析 确 定 此 次 事 故 的 原 因 ， 提 出 防 止 尿 素 合 成 塔 衬 里 变 形 鼓 包 的 措 施 。关 键 词 ： 尿 素 合 成 塔 衬 里 变 形 鼓 包 天 脊 中
2、 化 高 平 化 工 有 限 公 司 尿 素 装 置 由 2套年 产 30 万 吨 二 氧 化 碳 汽 提 法 工 艺 的 装 置 组 成 ，2006年 6月 投 入 运 行 。 2010年 3月 大 修 对 尿 素 装 置 高 压 设 备 进 行 了 检 测 ， 发 现 II系 列 尿 素 合 成 塔 有 3层 塔 盘 发 生 严 重 变 形 ， 3层 衬 里 筒 节 发 生 严 重 变 形 鼓 包 。 针 对 此 问 题 ， 对 其 产 生 的 原 因 进 行 了 分 析 探 讨 ， 并 提 出 了 今 后 运 行 中 需 要 防 范 的 措 施 。11 1概 述尿 素 合 成 塔 设 备
3、 简 介尿 素 合 成 塔 由 大 连 冰 山 集 团 金 州 重 型 机 器 厂制 造 。 该 设 备 为 直 立 圆 筒 式 ， 内 部 有 1根 测 量 液 位用 的 套 管 ， 塔 壁 上 有 测 量 塔 壁 温 度 的 温 度 计 接 口 。筒 体 分 为 内 、 外 两 个 筒 体 。 外 筒 由 直 筒 体 与 上 、 下 封 头 焊 接 而 成 ， 直 筒 体 用 多 层 钢 板 卷 焊 而 成 （ 228 16 150 mm） ， 其 材 质 为 16MnR钢 ， 能 承 受 高 压 ；图 1 尿 素 合 成 塔 结 构 示 意 1 2 尿 素 合 成 塔 存 在 问 题筒
4、体 衬 里 筒 节 从 上 往 下 计 筒 节 数 ，内 筒 为 厚 8 mm超 低 碳 镍 铬 钼 钢 焊 接 而 成 ， 材 质 为 塔 盘 从 上X2CrNiMo18143 （ mod） 。 内 筒 尺 寸 为 准 2 680 mm2 350 mm8 mm10 mm， 直 径 2 680 mm， 单 筒 节 长往 下 计 层 数 。1） 筒 体 衬 里 鼓 包 情 况 ： 尿 素 合 成 塔 筒 体 衬 里 在 3、 5、 6筒 节 发 生 严 重 变 形 鼓 包 。 其 中 第 3筒 体 衬 里 表 面 有 35处 鼓 包 ， 鼓 包 大 小 、 程 度 不 一 。 第 5筒 节 衬
5、里 表 面 有 23 处 鼓 包 ， 鼓 包 均 较 大 ， 程 度 较 严 重 。 第 6筒 节 衬 里 表 面 有 14处 鼓 包 ， 鼓 包 均 较 大 ， 程 度 较 严 重 。 第 3、 第 5、 第 6筒 体 衬 里 表 面 鼓 包 情 况度 2 350 mm， 厚 度 8 mm， 数 量 10个 。 内 筒 紧 贴 在 外筒 的 内 壁 上 ， 可 以 在 高 压 条 件 下 耐 甲 铵 尿 素 溶液 的 腐 蚀 。 整 塔 内 共 10层 塔 盘 ， 每 层 的 开 孔 数 目 是 不 同 的 ， 上 部 塔 盘 开 孔 少 些 。 每 块 塔 盘 都 由 4小 块 板 组 成
6、 ， 用 螺 栓 将 小 块 塔 板 联 结 成 一 个 整 体 。 塔 盘 与 内 筒 体 的 联 结 采 用 可 拆 的 勾 头 螺 栓 进 行 固 定 。 层 塔 板 之 间 距 离 为 1 880 mm。 在 筒 体 内 部 设 有 溢 流 收 稿 日 期 ： 2011-12-08； 收 到 修 改 稿 日 期 ： 2012-02-27。作 者 简 介 ： 孙 永 生 ， 男 ， 1980 年 出 生 ， 工 程 师 ， 2004 年 毕 业 于 郑 州 大 学 化 学 工 程 与 工 艺 专 业 毕 业 ， 现 任 天 脊 中 化 高 平 化 工 有 限 公 司 尿 素 车 间 主
7、任 。 联 系 电 话 ： 0356- 5288536； E- mail： 。管 准 219 mm6 mm， 合 成 液 从 此 管 线 流 出 。 设 计 压力 16 1 MPa； 设 计 温 度 198 ； 工 作 压 力 14 23 MPa；工 作 温 度 187 。 尿 素 合 成 塔 结 构 见 图 1。2012 年 第 35 卷114分 别 见 图 2 4。 2） 塔 盘 情 况 。 第 2、 4、 6层 塔 盘 变 形 严 重 。 塔 盘变 形 的 波 纹 方 向 垂 直 于 塔 盘 每 块 板 螺 栓 联 结 沿 。塔 盘 与 变 形 鼓 包 衬 里 周 围 最 大 的 距 离
8、 有 15 20 cm。第 5层 塔 盘 裙 边 轻 微 变 形 。3） 降 液 管 情 况 。 第 2层 塔 盘 上 的 降 液 管 局 部 变 形 ， 长 度 50 cm。第 2、 4、 6层 塔 盘 变 形 情 况 见 图 5。图 2 第 3筒 体 衬 里 表 面 鼓 包 情 况 图 5 第 2、 4、 6 层 塔 盘 变 形 情 况 原 因 分 析通 过 尿 素 合 成 塔 衬 里 变 形 鼓 包 情 况 可 以 看 衬 里 在 第 3、 5、 6 筒 节 发 生 了 严 重 变 形 鼓 包 且 2出 ，变 形 鼓 包 的 位 移 尺 寸 较 大 。 在 正 常 运 行 时 尿 素 合
9、成 塔 内 部 压 力 为 14 5 MPa， 在 内 压 的 作 用 下 ， 部 分 衬 里 恢 复 ， 但 部 分 衬 里 发 生 了 塑 性 变 形 不 能 恢 复 ， 所 以 表 现 为 局 部 出 现 不 同 程 度 的 变 形 鼓 包 。 塔 盘图 3 第 5筒 体 衬 里 表 面 鼓 包 情 况 在 第 2、 4、 6 层 发 生 了 严 重 的 波 纹 形 状 变 形 ，于 衬 里 变 形 鼓 包 挤 压 塔 盘 所 致 。是 由尿 素 合 成 塔 衬 里 变 形 鼓 包 原 因2 11） 尿 素 合 成 塔 卸 压 过 快 。 在 生 产 过 程 中 尿 素 合 成 塔 内
10、部 工 作 压 力 为 13 5 14 5 MPa， 此 压 力 作用 在 衬 里 内 部 ， 方 向 由 内 向 外 。 同 时 碳 钢 筒 体 对 衬 里 有 个 相 同 大 小 的 反 作 用 力 ， 作 用 在 衬 里 外 部 ， 方向 由 外 向 内 。 当 尿 素 合 成 塔 内 部 压 力 由 于 某 种 原因 下 降 过 快 ， 在 衬 里 的 内 外 部 就 会 产 生 压 差 ， 当 压差 达 到 一 定 值 时 ， 衬 里 就 会 发 生 变 形 鼓 包 。2） 空 塔 时 检 漏 系 统 压 力 过 高 。 在 停 车 排 塔 过程 中 ， 由 于 操 作 失 误 没
11、有 关 闭 检 漏 蒸 汽 或 在 空 塔状 态 下 通 用 检 漏 蒸 汽 ， 都 会 使 衬 里 外 侧 即 检 漏 系图 4 第 6筒 体 衬 里 表 面 鼓 包 情 况 统 压 力 超 过 内 部 压 力 ， 在 衬 里 内 外 产 生 压 差 ， 当 压第 2 期 孙 永 生 . 尿 素 合 成 塔 衬 里 变 形 鼓 包 原 因 分 析 及 对 策 115差 达 到 一 定 值 时 ， 衬 里 就 会 发 生 变 形 鼓 包 。3） 氨 渗 透 或 疏 通 检 漏 孔 时 检 漏 系 统 侧 压 力 控 制 过 高 。 在 氨 渗 透 过 程 中 ， 如 果 操 作 不 当 ， 操
12、 作 压 力 过 高 或 疏 通 检 漏 孔 操 作 压 力 过 高 ， 同 样 会 在 衬 里 内 外 产 生 压 差 ， 当 压 差 达 到 一 定 值 时 ， 衬 里 就 会 发 生 变 形 鼓 包 。4） 升 温 钝 化 时 ， 尿 素 合 成 塔 上 下 塔 温 差 过 大 或 开 车 期 间 升 温 过 快 。 尿 素 合 成 塔 采 用 碳 钢 圆 筒 内 衬 不 锈 钢 的 结 构 ， 并 分 数 段 组 焊 而 成 ， 每 段 均 设衬 里 的 每 个 筒 节 的 连 接 焊 缝 均 与 筒 体 22 mm 厚 的内 筒 焊 接 在 一 起 ， 焊 缝 将 每 个 筒 节 隔
13、 离 成 单 独 区域 ， 所 以 外 压 均 是 作 用 在 单 筒 节 上 。 尿 素 合 成 塔 衬里 筒 节 受 力 方 向 为 圆 周 沿 着 直 径 方 向 正 对 圆 心 ，如 图 6 所 示 。有 检 漏 系 统 。 由 于 衬 板 与 筒 体 不 可 能 贴 合 完 全 紧密 ， 不 锈 钢 的 线 膨 胀 系 数 是 碳 钢 的 1 5 倍 ， 当 装 置 图 6 尿 素 合 成 塔 衬 里 筒 节 受 力 示 意 升 温 钝 化 或 开 车 期 间 升 温 速 率 过 大 ， 衬 里 层 和 筒 研 究 表 明 ， 薄 壁 圆 筒 壳 受 周 向 外 压 ， 当 外 压
14、力达 到 一 个 临 界 值 时 ， 开 始 产 生 径 向 挠 曲 ， 并 迅 速 增 加 ， 沿 周 向 出 现 压 扁 或 几 个 不 规 则 的 波 纹 。 对 于 固 定 尺 寸 的 衬 里 筒 节 ， 其 临 界 压 力 固 定 ， 所 以 检 漏 系统 与 尿 素 合 成 塔 内 部 压 差 必 须 低 于 单 筒 节 的 临 界体 升 温 不 均 衡 ， 使 得 衬 里 自 由 变 形 量 大 于 筒 体 的膨 胀 量 。 由 于 衬 里 受 筒 体 限 制 ， 在 周 向 和 轴 向 产 生附 加 的 压 应 力 ， 在 内 压 作 用 下 ， 器 壁 都 受 到 周 向 和 轴 向 的 拉 应 力 ， 衬 里 将 变 形 鼓 包 。尿 素 合 成 塔 衬 里 筒 节 类 型 的 确 定尿 素 合 成 塔 衬 里 筒 节 为 圆 筒 （ 圆 柱 圆 筒 ） ， 工 程 上 一 般 把 外 直 径 与 内 直 径 的 比 值 称 为 薄 壁 圆 筒（ （ Do Di） max1 1 1 2） 。 对 于 给 定 直 径 D 和 厚 度 t的 圆 筒 ， 有 一 特 征 长 度
