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1、尿素合成塔制造工艺初 稿中国石化集团南化公司化机厂 陈建俊压力容器制造和修理第六章 典型压力容器制造工艺中国石化集团南化公司化机厂 陈建俊目录6.6 尿素合成塔制造工艺6.6.1 概述6.6.2 尿素合成塔结构型式6.6.3 投产前的技术准备和制造过程中的质量控制6.6.4 制造流程图6.6.5 材料验收和复验6.6.6 主要零部件的制造6.6.7 组合、竣工检验6.6.8 油漆、包装、运输6.6.9 制造记录和出厂技术文件6.6.1概述尿素作为化学肥料，由于其含氮量高（含氮46%），施用后对土壤无副作用，深受农业工作者的欢迎。尿素除用作化肥外，还广泛用于其他工业和经过深加工作为牙膏、医药、塑
2、料的原料，并可直接掺和在牛羊等反刍动物的饲料中，促进动物长膘。因此尿素工业自实现工业化后，发展很快，尿素的生产也一直成为工业化国家化肥生产水平的重要标志，我国自二十世纪六十年代开始生产尿素，目前也成为世界尿素生产的大国，生产能力居世界首位，但由于我国人口众多，粮食需求量也是世界首位，尿素总需求量仍然满足不了要求。由于原料原因，我国的尿素成本比国外高、缺乏竞争力，老装置的改造和新建的尿素生产装置采用高效生产流程和新型设备是今后发展的方向。尿素合成塔是尿素生产装置中的关键设备之一，它在尿素生产流程中占有重要的地位。典型的尿素生产流程见图一。可以说尿素工业的发展与尿素合成塔的设计制造技术的发展是紧密
3、相连的。根据尿素合成反应式：2NH3+CO2 NH4COONH2 NH2CONH2+H2O （氨基甲酸铵） （尿素）这些介质的混合物在一定温度和压力下，会生成氰酸和氰氧铵。CO(NH2)2 NH3+HCNO NH4CNO (氰酸) （氰氧铵）氰酸和氰氧铵是一种非氧化性有机酸。氰氧离子（CNO-）对不锈钢的氧化膜强烈的破坏作用，使一般的不锈钢在尿素介质中失去了耐蚀能力。据有关资料介绍，1Cr18Ni9Ti这种材料在尿素合成反应条件下，年腐蚀率为3mm，而更可怕的是产生选择性局部腐蚀，不等钢材全面腐蚀变薄就在某一局部甚至某一肉眼无法看到的一点腐蚀穿透导致设备泄漏而失效。尿素介质对普通碳钢的年腐蚀率
4、高达2000mm，所以在尿素生产装置 中与尿素介质接触的设备是不允许采用碳钢的。正由于尿素反应介质的强腐蚀性，虽然1870年就提出了氨基甲酸胺脱水法合成尿素的工艺，但一直到二十世纪五十多年以后才实现工业化。当时曾先后采用过铝、银、铝青铜作尿素合成塔的内筒，代价昂贵，而使用寿命都不很长。直到廿十世纪五十年代，荷兰斯太米卡邦研究出在尿素合成反应器中加入氧气的办法，使不锈钢得到连续钝化，才使尿素合成塔内筒采用比较廉价的奥氏体CrNiMo不锈钢。目前，尿素合成塔内筒所用的材料越来越多，其中有316L型不锈钢，铬-钼-氮双相不锈钢等，但目前大量使用的还是以316L和25-22-2铬镍钼氮型为主的奥氏体不
5、锈钢为主。图一典型尿素生产流程随着尿素工业装置能力的不断提高，尿素合成塔的结构尺寸和结构型式也在不断地变化，世界上第一套尿素合成装置的能力为6.5吨/天，反应器的直径是320mm，高度4m。二十世纪五十年代初期反应器的直径大多在800mm。到了二十世纪六十年代，反应器的直径已达到1000mm1300mm，高度24m。生产能力达到250吨/天。这之前的尿素合成塔结构多为双套筒式，容器的有效反应空间较小。之后发展了衬里结构，大大提高了高压容器的有效利用率。与此同时，尿素生产流程也大大改进，采用了全循环流程。未反应完的原料通过适当处理又返回合成塔进行反应，大大降低了生产成本，从而使尿素生产的发展在理
6、论上不受限制。随着合成氨工业的大型化，尿素工业装置也沿着大型化发展。目前，我国生产的尿素合成塔的最大直径已达2800mm，高度36000mm，容积达200m3，生产能力达到1740吨/天。我国从一九六五年开始制造尿素合成塔，起初为双套筒的结构，一九六八年开始制造800mm内衬Cr-Mn-Ni(A4)双相不锈钢小型尿素合成塔，生产能力为80吨/天。一九七年以后全国建有33个这样规模的尿素工厂，全部由国内自行设计和制造。一九七五年以后，从国外开始引进13套年产4852万吨的大型尿素生产装置，尿素合成塔的内径为2100mm2800mm不等，从一九八三年开始，我国也开始自行设计和制造大型尿素合成塔，并
7、对原有的中小型尿素合成塔进行改造，目前我国制造的尿素合成塔规格十分繁多，有800mm、1000mm、1200mm、1250mm、1400mm、1500mm、 1600mm、1800mm、2100mm、2200mm、2650mm2800mm等，适用于年产4万吨、8万吨、11万吨、12万吨、16万吨、21万吨和52万吨的尿素生产装置，尿素合成塔的操作压力根据不同的工艺也不尽相同，主要有21Mpa和16Mpa两种系列，操作温度均小于200。尿素的转化率与在反应器内停留的时间有关，停留的时间过短，转化率就低，停留的时间过长，则反应器的利用率就会降低，生产强度下降。尿素在塔内的停留时间与尿素塔的长径比有
8、关。一般设计要求尿素塔的长径比11，则生产能力 与尿素塔的容器成正比。 可以约略按810吨/米3，日估算尿素合成塔的生产能力。所以目前的年产52万吨尿素装置的合成塔净容积为200米3。尿素合成塔最原始的设计是又细又长的，除底部有一混合物料用的混合器外，整个塔是一个内空的圆筒，象烟窗式的。物料（CO2、液氨和氨基甲酸铵）从底部进入，从塔顶引出管流出，呈活塞流状态。随着生产能力的增加，反应器的容积要求越来越大，无限增加长度实际上已不可能。因此势必从增加直径找出路。直径增大以后，活塞流被破坏，发生物料反混现象，即已合成的尿素部分下降，未反应的CO2等迅速上升并通过上部溢流管溢出，大大降低了尿素的转化
9、率。为了克服这种毛病，在塔内增加了螺旋板混合器或多孔挡板，使物料的反应效果大大改善。目前设计上采用的有螺旋板混合器只加25块多孔筛板的，也有28块开孔率不等的多孔筛板的。一般认为设置两块筛板，效果就很明显了，增加到8块以上作用就很小了。本文所叙述的尿素合成塔制造工艺吸收了国内外尿素合成塔设计制造的先进经验，并有自己的特点。由于尿素合成塔的设计和结构形式与化工工艺过程密切相关，因此不同的尿素生产工艺，对尿素合成塔的结构尺寸和结构形式也略有不同。但总体上是不会有太大的区别。正由于尿素合成塔是一种典型的耐压、耐较高温度和耐强烈腐蚀的反应器，制造质量的优劣直接影响到正常运行，甚至影响到整个尿素生产装置
10、的安全可靠性。为此对其制造技术、产品质量要求很高，制造厂必须严格按国家标准和相应的工程标准进行设计、选材、制造和验收，制造竣工后进行认真的质量评议，得到行业专家的认可后才能出厂交付使用。制造尿素合成塔除按压力容器制造有关标准外还必须熟悉并掌握以下一些规范和标准：1） 尿素合成塔技术条件 GB98422） 尿素高压设备制造检验方法 尿素级超低碳奥氏体不锈钢晶间腐蚀倾向性实验的试样制取 HG/T31723） 尿素高压设备制造检验方法 尿素级超低碳奥氏体不锈钢晶间腐蚀倾向性实验 HG/T31734） 尿素高压设备制造检验方法 尿素级超低碳奥氏体不锈钢的选择性腐蚀检查和金相检查 HG/T31745）
11、尿素高压设备制造检验方法 不锈钢带极自动堆焊层超声波检验 HG/T31756） 尿素高压设备制造检验方法 尿素合成塔氨渗漏试验方法 HG/T31767） 尿素高压设备堆焊工艺评定和焊工技能评定 HG/T31798） 尿素高压设备衬里板及内件的焊接工艺评定和焊工技能评定 HG/T3180除此以外，如果工程公司或用户另有要求的话，还应包括工程公司的工程标准和用户提交的书面附加要求，这些要求一般都在设备采购说明书附件中列出并作为合同的附件，是制造单位和检验、监检部门必须遵循的文件，在制造和验收过程中都必须严格执行。6.6.2. 尿素合成塔结构型式与制造工艺分析尿素合成塔的结构与工艺设计要求和制造工艺
12、方法有密切关系，既要满足工艺流程、生产能力的要求，又要适应承担制造的制造厂本身制造工艺方法的要求。在工程建设中往往是由工程公司或用户提出设计条件（数据表或条件图）与制造单位签订合同后由制造单位自已进行尿素合成塔结构施工图设计，设计的施工图由工程公司或用户审查确认后即可投料制造。因此，具体的尿素合成塔结构型式往往是由制造厂决定的。尿素合成简图八所示，主要由高压筒体、上下封头，底部封头物料接管与封头的连接、人孔密封结构、检漏系统、内件等组成。现对这些主要结构简要介绍如下：6.6.2.1 高压筒体结构型式的选择尿素合成塔的高压筒体是提供尿素生成必要的空间，是该设备的主体。它承受着高压、高温和强腐蚀介
13、质的作用。由工艺条件确定筒体内径和容积，扣去上下封头的内容积，即可决定筒体的净长度。筒体的长度在整个尿素合成塔的造价中占有重要的份量。对于大型尿素生产装置，尿素合成塔的直径、长度和重量成为运输安装的主要难道。我国在这方面已经积累了丰富的经验，制造、运输和安装技术已达到世界先进水平。尿素合成塔筒体由碳钢外层和不锈钢内层组成。其组合型式可以是多种多样的，主要有以下几种类型：1）单层外壳，松衬不锈钢衬里层。2）单层外壳、爆炸衬里不锈钢层。3）热套多层壳体，热套内层不锈钢衬里层或松衬不锈钢衬里层4）多层包扎焊接壳体，松衬不锈钢内层。5）以不锈钢作为内筒外层直接包扎焊接炭钢多层层板。等等。但经过多年的实
14、践和比较，目前用的最多的，最可靠的结构型式是以不锈钢作为内筒外层直接包扎焊接碳钢多层层板及内筒热套不锈钢衬里后再进行多层包扎焊接的筒体结构。以不锈钢衬里作为内筒的多层包扎焊接式筒体的优点是制造工艺简单、衬里层与外壳碳钢层的贴紧度高、在操作压力下不锈钢内筒由多层包扎产生的压应力与内压引起的拉应力相互抵消，使内筒应力大大降低，甚至为压应力，降低了产生应力腐蚀的可能性。而这一特点在松衬内筒的尿素合成塔中是无法得到的。其次，内筒的不锈钢衬里纵焊缝可以在塔外制作，并进行X光射线探伤和内外侧着色探伤，有缺陷时返修方便且彻底，可充分保证主焊缝的质量。这是确保尿素合成塔避免过早腐蚀泄漏的有力措施。为了保证不锈
15、钢衬里层外壁在焊接外层碳钢时免受污染和产生低碳马氏体，位于不锈钢和层板之间设置一层过渡层（通常叫盲板），如图二所示。盲层板的纵焊缝不全焊透，只间断焊，且根部有一窄垫板，使焊缝可与内筒隔离。焊道表面不高于盲板外园，以便作为将来的检漏通道。在盲层板的内壁也开出纵横交错的沟槽，作为检漏通道。在强度计算时，衬里层及盲层板均不计入受力厚度，实际上这也是增加了安全裕度。图二 多层包扎结构筒体示意图6.6.2.2. 上、下封头的结构尿素合成塔上下封头可以采用整体锻件加工而成，也可以采用厚板冲压成形。从节约材料和改善受力状况考虑，与其他高压容器一样，绝大多数采用半球形封头、球曲或半椭圆形封头。从受力观点看，半
16、球形封头最好，球曲其次，椭圆形封头在高压容器中较少使用。半球形封头或球曲封头的成形工艺，根据各制造厂工艺工装设备条件不同而不同。有分瓣冲压成形后拼接成半球，也有单层板拼焊后整体冲压成半球。随着冶金工业的发展，目前世界上能轧制的专用球封头钢板幅度达到53005300，如果能解决运输问题且水压机开档允许的话，为此可省却了拼焊的必须经历的下料、拼接焊缝坡口加工、焊接、无损探伤、热处理等一系列繁复工序，大大降低加工成本和加工周期。除此以外，多层球封头已在石油化工压力容器制造中得到推广使用，它的优点是如同多层高压容器筒体一样，采用薄板重叠后冲压成形，或采用逐层冲压成形后叠合焊接包扎至所需厚度的方法成为多
17、层球封头。如采用逐层重复冲压成形工艺，则可大大减少厚板冲压所需的大吨位水压机。同时，薄板的质量比厚板优良，所有焊缝可以互相错开，不用消除应力热处理，虽较费工，但总的成本相当，而且安全可靠性可以大大提高。是今后发展的方向之一。我国在1976年就制成过1400mm内径的高压乙烯球形贮罐，操作压力20Mpa，采用2层钢板叠合冲压成形的，在国内某化工厂使用至今未发生任何问题。单层厚板制造的球封头，若采用分瓣冲压成形后组焊的工艺，优点是冲压力小，减薄量少，一般不可能有废品。但拼装的工作量大，焊后可能产生的变形，影响了球封头内外表面的圆球度，需要机械加工，否则不利于内表面的不锈钢衬里（带极堆焊或爆炸衬里、
18、机械衬里），所以一般采用整体冲压成形，本厂不具备整体冲压能力的，可以外协解决。6.6.2.3. 底部封头物料接管与封头连接结构。图三 底部封头与接管的销母联接尿素合成塔进出口物料接管与壳体或封头的连接结构对尿素塔的安全可靠运行有很大的关系。在我国11万吨/年尿素合成塔的结构设计中，曾采用过如图三所示的结构。这种结构的缺点是物料管在开停车时热胀冷缩的影响，销紧螺母会松动，使接管与衬里的连接焊缝受到较大的机械应力。运行较长时间后就会出现疲劳裂纹，造成腐蚀介质的泄漏。采用图四的“插入加强焊接式结构”，接管与壳体或球封头只有一处固定，其余可以自由伸长，温度波动引起的应力变化不大。这种结构要求焊缝应有足
19、够的强度。焊接工作量稍大且要求较高，坡口加工较困难，但其可靠性高。故已被大量采用，经过多年的实际运行，效果良好。由于这种结构的连接焊缝是奥氏体不锈钢接管与铁素体壳体之间的异种钢焊接，所以在焊接工艺和焊接材料上要正确选择。焊缝的有效深度一般要求1.25t，t为按管壁厚。图四 底部封头物料按管连接结构6.6.2.4. 人孔密封结构和密封垫片尿素合成塔的人孔密封结构部分虽非浸没于尿素熔融液中，但因其保温效果不好，往往有冷凝液滞留，加上密封垫与密封座合面之间的微小间隙，缺氧现象严重，得不到连续钝化作用，容易遭到腐蚀。有些老式的尿素合成塔密封面设计不合理、垫片材料选用不当，经常发生腐蚀而泄漏。密封面一旦
20、发生腐蚀，现场修理必须采用专门工具，十分麻烦。图五 堆焊密封结构密封结构的可靠性主要与密封座材料的耐蚀性和垫片结构型式有关。密封座合面的构造一般有两种。一种是堆焊结构，是在人孔锻件上和人孔盖的锻件上粗加工一块区域，采用带极堆焊或手工堆焊的方法堆出密封座，然后再经精加工为密封面，如图五所示。另一种是镶环结构，是在粗加工的槽上镶上一环状不锈钢板或锻件，如图六所示。从实际制造和使用效果来看，镶环结构优越性较多。这主要是因为堆焊结构的堆焊焊肉容易出现微小缺陷，加工后的密封面易有气扎、夹渣出现。对密封和耐腐蚀均不利。堆焊金属最外表面层耐蚀性能最好，一旦出现泄漏后，要重复加工修整密封面，新的密封面耐蚀性就
21、会进一步下降了。镶环一般是用整圈锻件或整圈钢板加工出来的。锻件和钢板均经过固溶处理、表里的耐腐蚀性基本一致，可以重复加工而不降低其耐蚀性能。图六 镶环密封结构图七 齿形密封垫尿素合成塔的人孔一般在500800mm之间，操作压力为1522Mpa。为了尽量缩小密封结构尺寸，降低造价，密封元件一般都采用平垫，很少采用双锥或其它自紧式密封元件。过去，密封垫曾采用铝垫（L1）或不锈钢（316L）皮包复石棉垫，但效果均不太理想。特别是铝平垫，虽然比压较低，但耐尿素甲铵介质的腐蚀性能较差，尤其是密封压紧力不均匀的情况下，极易发生腐蚀而导致泄漏。不锈钢包复垫可以采用耐尿素介质的316L或25-22-2型不锈钢
22、皮制作，密封比压也较低，耐用蚀性能良好，可是制作工艺复杂，容易损坏，所以难以在尿素高压设备上推广使用。不锈钢齿形垫两面覆盖0.5mm厚的低氯石棉板的密封垫，已在尿素合成塔等高压设备上得到满意的应用。这种垫片是用厚度为4mm的耐尿素介质的不锈钢板，上下两面车出同心圆形齿槽面成的。见图七。使用这种密封垫时两侧覆盖0.50.7mm的石棉垫。石棉垫要求氯离子的含量越低越好。因为氯离子会造成奥氏体不锈钢的应力腐蚀。一般要求Cl-100ppm。这种密封垫实际上与密封座面的接触是齿形尖端，这些同心圆的齿峰把整个密封面分割成78道环形腔，而很薄的石棉垫则填入此环形腔中，增加了液体泄漏的阻力，提高了密封的可靠性
23、，这种密封垫的制造和检修都很方便。在检修时只要更换两侧的石棉垫，齿形垫可以重复使用多次。齿形垫可以采用与衬里材料同样的板材制作。因此制造尿素合成塔的厂家均有能力自行加工制造。6.6.2.5. 检漏系统尿素合成塔采用不锈钢衬里结构，简化了塔内流程，增加了高压容器有效空间，克服了老式套筒塔的缺点。但是，尿素合成塔在长期运行过程中，难免会发生因焊缝或母材发生泄漏而又未能及时发现，后果不堪设想。如前所述，碳素钢材料对尿素介质是不堪一击的，碳钢层受到腐蚀，修补也十分困难，如不修补，则埋下安全隐患，严重时会发生爆炸。所以尿素合成塔衬里不可能做到绝对保险，那就要设计一套检漏警报系统，方可保证万无一失。检漏系
24、统包括衬里外壁的检漏网络槽通道、泄漏液引出孔道等。机械松衬和热套式的衬里检漏槽是开在高压容器壳体的内表面上，衬里焊缝采用垫板结构，如图八所示。此检漏槽破坏了高压筒休内壁的完整性，使高压壳体的受力情况图八 尿素合成塔检漏系统结构之一不好，而且检漏槽的加工也比较困难。盖板式衬里可以克服这个缺点，如图九所示。但盖板式衬里焊缝为角焊缝，焊接质量不易保证，受力情况也不好。所以也不是一种优良的结构。以不锈钢衬里层为内筒的多层包扎焊接式筒体，其检漏槽开在盲层板的内壁。由于盲层板不作为强度计算厚度，不影响外壳的安全使用，检漏槽可以在盲层板包扎之前加工出，制作上比较方便。盲层板上开槽应尽量靠近衬里焊缝的周围，有
25、纵向槽，也有横向槽，以便泄漏物尽快通过检漏槽逸出。图九 尿素合成塔检漏系统结构之二检漏孔一般指壳体壁上的检漏孔，泄漏介质由衬里层外壁的检漏槽汇于此导出体外，进入检测监控系统。检漏孔的结构型式多种多样，如图十a)、b)、c)等等，各有千秋。除此之外，还有些结构已申请专利，有些为各专业厂的专有技术，不便公开。图中a)型结构适用松衬衬里和热套衬里的尿素合成塔；b)、c)型结构适用于不锈钢为内筒的多层包扎结构；其中b)型结构检漏管与壳体的角焊缝容易焊接和检验，但必须将衬里内筒占通后再补焊，破坏了衬里内筒的完整性，增加了腐蚀泄漏的机会。C)型结构对衬里有利，确保了衬里材料的完整性。但堆焊比较困难，焊接质
26、量不容易保证。根据现场检测，尿素合成塔衬里损坏泄漏出来的介质，在压力降低后立即分解为碳酸氢铵和氨等物质，其中氨气是最易检测到的，通常采用酚酞溶液或试纸于检漏管末端检测即可发现，而无需采用蒸汽扫描检漏法。从国外引进的大型尿素合成塔和国内制造的52万吨/年尿素合成塔均采用C型结构，也没有采用蒸汽吹扫的方法检漏，这样的话，检漏孔中的堆焊质量要求就可降低一些，能节约成本。这一点在国内中小型尿素塔设计中还未得到认可。图十 尿素塔检漏孔结构 a图十 尿素塔检漏孔结构 b图十 尿素塔检漏孔结构 c6.6.3. 投产制造前的技术准备和制造过程中的质量控制尿素合成塔是所有高压容器制造技术要求最高的一种。为了保证
27、设计和制造质量，现在世界上有影响的压力容器规范都规定了设计和制造过程中质量保证体系及严格的质控程序。首先，根据用户提供的工艺条件和安装要求，进行机械施工图设计，然后交给用户咨询机构审查认可，再交第三方监督机构审查认可，如有个别修改意见，制造厂还必须认真进行修改或做出满意的解释，最后才能作为正式的施工图进行制造。其次，在结构上比较重要的焊接部位，在投产之前做好工艺评定试验。某些工艺评定要第三方监督检验机构的代表或用户技术咨询机构代表（专家）在场下进行，其结果必须得到他们的签字认可。以00Cr17Ni14Mo2耐尿素腐蚀的奥氏体不锈钢衬里为例子的多层包扎式尿素合成塔，在制造之前要完成下列一些焊接工
28、艺评定试验。参见图八。图八 尿素合成塔焊接结点示意图1）J1，衬里内筒00Cr17Ni14Mo2改良型，对接焊缝手工焊工艺评定。焊条BM310Mo-L，(00Cr25Ni22Mo2型)。2）J24层板纵焊缝手工焊和埋弧自动焊工艺评定。焊条、焊丝和焊剂应与层板相匹配。3）J56多层筒节与多层筒节的焊接工艺评定包括钨极氩弧打底、手工焊+埋弧自动焊+手工焊不锈钢衬里焊道。4）J7，球封头拼焊，手工焊+埋弧自动焊。5）J8a/b，球封头内壁带极堆焊加手工堆焊，分为过渡层和耐腐蚀层。6）J9，上封头与人孔法兰的焊接，如19Mn6+20MnMo，手工焊+自动埋弧焊。7）J10，多层筒节与球封头的环焊缝焊接
29、。8）J14，人孔顶盖与物料管的焊接如20MnMo+00Cr17Ni14Mo2N改良型。手工焊。9）J15，球形封头与物料管的焊接，如19Mn6+00Cr17Ni14Mo2N改良型。手工焊。10）J30，检漏孔的焊接，手工焊。为了严格执行焊接工艺，参加主要零部件焊接的焊工和焊接操作工，如衬里焊缝、带极堆焊和手工堆焊、外壳层板的自动焊和筒体环焊缝的焊接、球封头拼接焊缝的焊接等，都必须按以上评定合格的焊接工艺进行培训和考试，考试合格后方可上岗操作。这些考试也必须有用户咨询机构代表和第三方监督检验代表在场的情况下进行，考试结果必须得到他们的签字认可。在制造过程中，还规定了第三方监督检验代表及用户驻厂
30、检验代表监督检查控制工序，一般分为“W”（Witness）目击，“H”（Hold）停止和“V”（View）检查，三个程度不同的质量控制点。在W点，第三方或用户驻厂代表要到现场见证该工序的进行，如果因故无法到现场可以事先书面申明放弃，该工序完工后可以转入下道工序，在完工后的记录文件上签字认可。在“H”点，第三方或用户驻厂代表必须在执行该工序时到场监检，未经认可，不得转入下道工序。在特殊情况未能到场，可以委托厂方检验人员代办，但在完工后的检验记录仍应经其签字认可，如发现有问题，制造厂应负责作出完满解释或提供证据证明质量是符合规定要求，否则必须返工。在“V”点是对有关文件和记录进行审查，有疑问时应由
31、制造方进行解释或作出补充证据。所有质量证明文件都必须经厂方检验人员签名和注明日期并编上工作令号和零件号、制造厂产品序列号。经过第三方和用户代表监检的工序检查记录还应由他们签章及注明日期。制造厂可以编制检验计划表（Check list）或和制造流程图（PROCESS FLOW CHART）提供给第三方监检机构或用户代表，作为他们进行施工过程中进行监检的依据。制造厂自己编制的工艺过程卡也应标明检验工序，依据标准以及工序完工后工作者、检验员的签字栏，作为厂方制造过程中质量控制用。6.6.4. 制造流程（典型的2.8m尿素合成塔流程图见附件）典型的尿素合成塔制造主流程如下：衬里内筒材料复验下料卷园（D
32、T）纵横坡口加工（DT）焊接（带试板）校圆FT、PT、RT焊接试板腐蚀试验（五个周期）及选择性腐蚀检查装配内衬胎装配包扎盲层板焊接（不满焊）包扎焊接层板第一层MT、HT继续包扎焊接层板逐层检查包扎贴紧度钻警报气最后一层纵缝不铣磨平要作MT、HT加工环缝坡口（DT）钻镗检漏孔（DT）环缝坡口封焊PT筒节与筒节组对焊接FT、PT、RT、HT筒体与（封头组件）上下封头部件组对焊接（DT）FT、PT、RT、HT组对内件FT、PT焊检漏管氧密总检氨渗漏试验（内控）装配管口密封紧固件充水进行水压试验进行外壁应变测量（如果有要求的话）放水清洗内壁氨渗漏试验（验收依据）最终检验清理、打磨（需要的话）PT、MT
33、（外壁）油漆装运发送。注：DT-尺寸检验 PT-液体渗透检测 RT-射线探伤检测 FT-铁素体检测 MT-磁粉检测 6.6.5. 材料验收和复验尿素合成塔的材料分为两大类。一类为碳钢，主要是用于承受内压及载荷的受力元件如外壳、封头、顶盖、吊耳及紧固件等，另一类主要是用于抗尿素介质腐蚀作用为主的不锈钢，如衬里板、堆焊材料、内件以及物料接管等，其中物料接管也要承受内压和管线载荷。尿素合成塔碳钢类承压件的采购和验收按现行的压力容器规范如GB150、ASMEII以及有关政府法规如国家质量技术监督局的压力容器安全技术监察规程的规定进行采购和验收、复验即可。而耐尿素腐蚀的材料必须按专业标准如GB9842尿
34、素合成塔技术条件、用户提供的工程标准进行采购和验收及复验。这类材料采购之前应编制详细的材料采购说明书，提出采购的材料品种、规格、数量、质量标准、质量证明书的类别、供货状态等等要求。材料到厂后即按采购说明书的规定进行百分之百或抽查复验，如复验不符合采购说明书的要求，可以要求供方一起复验，或请第三方仲裁复验。不锈钢材料到厂后至少应作下列内容的复验。1）板材、管材、棒材及锻件等原材料a) 按炉批号复验化学成份；b) 逐件测定铁素体含量；c) 同一熔炼炉号、同一规格、同一热处理号的原材料，应按下列规定抽样进行晶间腐蚀倾向性试验，试验方法按HG/T3173或工程标准规定。当总数超过5件时，每5件取1个试
35、样，剩余不足5件取1件试样；当总数为5件时，取2个试样；当总数不足5件时，取1个试样。在取2个以上试样时，不得取自同一件原材料。试样的制取应符合HG/T3172或工程标准的规定。d) 经晶间腐蚀倾向性试验后的试件应按有关规定进行选择性腐蚀检查及金相检查，试验方法按HG/T3174或工程标准的规定。e) 应逐张检查衬里板的尺寸、外形（平面度按GB4237 I 组板要求）及表面质量，发现表面有深度划痕、过酸洗麻点等应打磨后进行超声波测厚，厚度小于设计值应拒绝验收，或经用户评审认可后方可使用。f) 外径大于12mm的不锈钢高压无缝管应逐根进行超声波探伤，并应符合JB4730的规定。2）焊接材料应按炉
36、（批）号复验焊条、焊丝、焊带及焊剂等焊接材料的熔敷金属的化学成份、铁素体含量、晶间腐蚀倾向试验、选择性腐蚀检查及金相检查。按照国际先进国家规范的要求，内筒材料的检验证书型式应符合DIN5004 3.1C类的要求即这种材料除了供应厂出具检验报告和合格证书外，还必须由用户（设备制造厂）或最终用户委托的第三方监督检验机构的代表进行复查或到钢厂监督检验。如果没有这样做，那么材料发到制造厂后，制造厂必须按采购说明书的规定重新抽验。抽验的内容主要是化学成份、铁素体含量测定、晶间腐蚀倾向试验和选择性腐蚀深度检查以及板面质量、规格尺寸等。在进行铁素体测定时，由于不同型号的铁素体仪其测定值相差较大，因此要用经第
37、三方监检机构认可的铁素体仪进行检测。原材料的质量证书和复验报告都应经第三方监检机构代表审查签字认可。6.6.6. 主要零部件的制造筒体的制造如前所述，筒体是整个尿素合成塔的主要部分。筒体由许多筒节组焊成，就拿2.8m36m尿素合成塔（多层包扎式）为例，筒体共分11节，其中10节长2980mm，1个筒节1800mm，总长度31600mm。每一个筒节都是由外层层板、盲层和衬里内筒组成，它们的制造工艺过程简要叙述如下：1）内筒内筒的制造工艺过程是：原料检验（包括腐蚀试验和机械性能试验）按内筒展开周长划线、留有切割量和卷圆带头直边量标志移植。将材料牌号、炉批号、板号或其本厂代号，用不含氯离子或金属养料
38、的记号笔（可防水而不褪色）抄写到将要下料的板面上剪切下料在卷板机上卷圆，当两头弯曲圆度达到要求后取下。注意：卷板机应专用，上辊不能有焊渣、焊瘤，最好在上辊套一不锈钢套筒。避免衬里内筒卷制过程中压出麻点或划伤以及铁离子污染。在专用的夹具上切除两端直边余料并刨出纵焊缝坡口纵向焊缝坡口表面着色探伤。不得有裂纹或夹层现象。重新放在卷板机上进一步卷圆，使纵缝合拢在卷板机上将纵缝点焊固定。应采用评定合格的焊条，注意不能将焊渣掉到上辊表面。从卷板机上取下，由于筒 体直径较大，厚度（一般68mm）较薄，刚度不足，容易变形，因此内筒必须用支撑件撑圆固定。将筒体放在专用的夹具上进行纵焊缝焊接（带焊接试板）焊缝铁素
39、体测定。要求每一根焊条焊接长度上测一点（铁素体0.6%）以防止用错了焊条或偏离焊接规范。焊缝表面着色探伤，不得有夹渣、裂纹和气孔纵焊缝X光探伤检查。由于衬里的内筒主要是起耐腐蚀作用，焊缝是薄弱环节，微小的孔洞将造成严重的危害。因此X光探伤的验收标准不同于一般受压容器的标准。除按JB4730的I级片外，还不允许有柱状小气孔出现。焊接试板的晶间腐蚀倾向试验和选择性腐蚀检查及金相检查。其方法按HG/T3172和HG/T3173、HG/T3174验收标准按GB9842或工程标准的规定。超低碳奥氏体不锈钢的制作，要求有一个清洁的场地和环境，避免铁素体污染和磕碰划伤，否则会影响不锈钢的耐蚀性能。因此，参加
40、尿素合成塔内筒衬里或其他内件制造的工人要接受这方面工艺守则的教育，并在施工过程中严格遵守；下料场地应打扫干净，消除杂物，可采用橡胶板铺地，并禁止穿带有铁钉子的皮鞋，撬具、吊耳也应采用奥氏体不锈钢制作。卷制内筒时必须在专用的卷板机上进行。不能与卷过铁素体钢的卷板机混合使用，除非将卷过碳钢的卷板机辊子表面进行认真的清洗。当超低碳奥氏体不锈钢冷变形超过20%，应进行提高耐蚀性能的固溶热处理。热处理炉内的气体应尽量减少硫的含量，防止硫化物对不锈钢的渗透降低耐蚀性能。当不锈钢表面或焊缝需要打磨时，应采用含有橡胶氧化铝的砂轮打磨，打磨时间不应太长，避免造成回火色。不能用普通粉笔当作记号笔在不锈钢上乱写乱画
41、。标记移植用记号笔应采用不含氯离子、硫化物的颜料。内筒的纵焊缝焊接坡口型式见图九。焊接程序如下：图九清理坡口手工焊和两道，焊条BM310Mo-L3.5mm，电流90100A焊缝表面PT清理手工焊和道，焊条直径4mm，电流120140APT清理手工焊道，焊条直径4mm打磨焊道，磨去焊根及两侧热影响区各2.5mm手工焊，焊条直径3.25mm，电流90100A铁素体检查、的表面PT、焊缝表面X光探伤。在焊接前，焊条应烘烤1502002小时，焊接层间温度应控制在150，母材不必预热。为了尽可能消除焊缝中的气孔、夹渣等小缺陷，进行二次以上的PT是必要的，因为焊一层的厚度一般只有2mm，那么焊一层，PT一
42、次，就可以把缺陷的尺寸限制在小于2mm的范围之内，尤其是可以消除穿透性的小气孔。但是着色探伤液必须清理干净，否则对焊接不利。一般来讲，最后一道焊缝表面由于冷却条件好，没有受到再次加热的影响，其耐蚀性能最佳，所以不要轻易打磨。如果表面成形不好，着色探伤或X光探伤需要打磨或修补，应掌握好打磨和修补工艺，防止焊缝过热。2）盲层板盲层板主要起保护不锈钢内筒的作用，它只要求可焊性，对机械性能可不予考虑。一般采用16Mn，它在制造上的特点是在盲层板面向衬里内筒外壁的一面（即盲层板内表面）要加工出纵向和环向槽若干条，槽的深度为2.5mm，宽56mm，如图十所示。盲层板是在平板状态时开槽，要在专用的工装上进行
43、。纵向槽深度应适当控制，过深了，在盲层板卷制成圆后会有棱角出现，不利于将来的层板包扎。图十 盲层板结构示意图3）外壳层板外壳层板是受压壳体的主要材料，它的制造过程与一般高压容器多层层板的制造过程一样。对于大型尿素合成塔，为了减轻重量方便运输，要求层板采用低合金高强度钢层板如日本神户制钢的K-TEN62M，美国ASME的SA724A.B，我国的15MnVR、15MnVNR等，其厚度可采用812mm。由于K-TEN62M等材料抗拉强度和屈服强度较高，在压头时需进行模拟试验，根据实际的回弹量来确定压模的半径。层板的制作过程如下：材料检验第一层层板进行超声波探伤检查（其它各层可不必进行超声波探伤）划线
44、标志移植气割下料两头预压弯卷圆（瓦片状）切割坡口尺寸坡口表面磁粉探伤或着色探伤（第二层层板钻泄气孔）包扎和焊接。层板材料是主要的受压元件，也要按DIN50049合格证书3.1C进行验收。第一层层板相当于多层高压容器的内筒，所以增加了超声波检查。4）多层筒节包扎图十一多层筒节包扎是在一台专门设计的包扎机上进行的（见图十一照片）该包扎机包扎的容器外径可达4000mm。有两个活塞直径为150mm的液压缸，4根30mm的拉紧钢丝绳。总的拉力最大可达78吨。包扎时将装配好内衬胎的内筒支承在可以转动的主轴上，压力缸和拉紧架均可沿平行于筒体作轴向移动。先拉紧层板的中间部位，然后拉紧两端，分三次即可完成包扎拉
45、紧工作。每拉紧一次就将纵缝点焊起来，防止移动后松开，包扎完一层以后，将筒节吊出置于滚轮架上进行纵焊缝的焊接。小型的多层筒节包扎拉紧架有拉紧架固定式和拉紧架移动式（卡钳式），其中拉紧架移动式（卡钳式）也可以用于层板环缝错开整体包扎用，使整台多层式高压容器在专用支架上包扎完成，消除了深厚的环焊缝，已在其他高压容器上得到应用，可大大提高层板材料利用率，降低多层高压容器的制造成本。但由于尿素合成塔结构的特殊性，这种方法还未得到应用。因此本文不再详细叙述。尿素合成塔筒节的制作过程如下：衬里内筒装配衬胎装配并包扎盲层板纵缝间断焊装配包扎第一层层板纵缝焊接铣磨焊缝余高MT、UT、硬度检查装配包扎第二层、第三
46、层层板每包扎一层铣磨焊缝余高MT、UT、（根据材料强度值）装配最后一层层板包扎焊接焊缝和热影响区硬度检查MT、UT筒节端面坡口加工钻泄气孔和镗检漏孔坡口端面堆焊封口堆焊塞焊检漏孔交组对。盲板层的间断焊采用手工焊，焊接长度见图十二。在靠近筒节的两端部用E5015、J507）焊条，第一道用2.5mm，电流5060A，第二层焊条直径3.25mm，电流100120A。焊后将焊缝外表面打磨，略显凹陷为宜。在焊接时要注意，不要在盲层板内壁开有检漏槽的部位进行焊接，以防堵死检漏通道。图十二 盲层板纵缝间断焊示意图层板纵焊缝坡口见图十三。层板纵焊缝焊接先手工焊后自动焊。对于图十三层板纵焊缝坡口K-TEN62M
47、层板，焊条用LB62，直径5mm，电流180240A，自动埋弧焊焊丝US40+焊剂MF38，焊丝直径4.8mm，电流600650A。第一层层板和最后一层层板纵焊缝进行硬度检查的目的是考核焊工对焊接工艺是否严格执行。要求硬度值280HB。筒节端部坡口堆焊的目的是防止在组合后环缝焊接时层板在焊接热的影响下出现张口，使焊渣流进去，影响焊缝的质量。如图十四所示。在端部堆焊时应注意内筒与盲层板之间的间隙属于异种钢焊接，应采用奥氏体钢25-22-2LPWN焊丝COOCr25Ni22Mo(M.N.)氩弧焊封焊，而其他部分用US40XMF38自动埋弧焊。图十四筒节端部堆焊示意图5）筒节与筒节的组对焊接筒节与筒节之间组对以后进行环焊缝焊接，环焊缝结构如图十五所示。组对是在大型滚轮架上进行的。组对时必须检查环焊缝对口间隙，控制在20.5mm范围内。同时应特别注意内口的错边量。因为内筒 是耐腐蚀不锈钢，错边量大了就会影响环焊缝的耐蚀层厚度。 一般应控制在3mm以下。由于筒 节外壁上的检漏孔已预先镗制完成，要保证所有筒 节上的检漏孔沿筒身在一条直线上， 就不允许筒节任意转动，这给组对工作带来一定的困难。而调节里口错边量达到最小是不容易的。所以筒节的制作必须预先控制好椭圆度
