1、尿素合成塔制造工藝初 稿中國石化集團南化公司化機廠 陳建俊壓力容器制造和修理第六章 典型壓力容器制造工藝中國石化集團南化公司化機廠 陳建俊目錄6.6 尿素合成塔制造工藝6.6.1 概述6.6.2 尿素合成塔結構型式6.6.3 投產前的技術準備和制造過程中的質量控制6.6.4 制造流程圖6.6.5 材料驗收和復驗6.6.6 主要零部件的制造6.6.7 組合、竣工檢驗6.6.8 油漆、包裝、運輸6.6.9 制造記錄和出廠技術文件6.6.1概述尿素作為化學肥料，由于其含氮量高（含氮46%），施用后對土壤無副作用，深受農業工作者的歡迎。尿素除用作化肥外，還廣泛用于其他工業和經過深加工作為牙膏、醫藥、塑

2、料的原料，并可直接摻和在牛羊等反芻動物的飼料中，促進動物長膘。因此尿素工業自實現工業化后，發展很快，尿素的生產也一直成為工業化國家化肥生產水平的重要標志，我國自二十世紀六十年代開始生產尿素，目前也成為世界尿素生產的大國，生產能力居世界首位，但由于我國人口眾多，糧食需求量也是世界首位，尿素總需求量仍然滿足不了要求。由于原料原因，我國的尿素成本比國外高、缺乏競爭力，老裝置的改造和新建的尿素生產裝置采用高效生產流程和新型設備是今后發展的方向。尿素合成塔是尿素生產裝置中的關鍵設備之一，它在尿素生產流程中占有重要的地位。典型的尿素生產流程見圖一。可以說尿素工業的發展與尿素合成塔的設計制造技術的發展是緊密

3、相連的。根據尿素合成反應式：2nh3+co2 nh4coonh2 nh2conh2+h2o （氨基甲酸銨） （尿素）這些介質的混合物在一定溫度和壓力下，會生成氰酸和氰氧銨。co(nh2)2 nh3+hcno nh4cno (氰酸) （氰氧銨）氰酸和氰氧銨是一種非氧化性有機酸。氰氧離子（cno-）對不銹鋼的氧化膜強烈的破壞作用，使一般的不銹鋼在尿素介質中失去了耐蝕能力。據有關資料介紹，1cr18ni9ti這種材料在尿素合成反應條件下，年腐蝕率為3mm，而更可怕的是產生選擇性局部腐蝕，不等鋼材全面腐蝕變薄就在某一局部甚至某一肉眼無法看到的一點腐蝕穿透導致設備泄漏而失效。尿素介質對普通碳鋼的年腐蝕率

4、高達2000mm，所以在尿素生產裝置 中與尿素介質接觸的設備是不允許采用碳鋼的。正由于尿素反應介質的強腐蝕性，雖然1870年就提出了氨基甲酸胺脫水法合成尿素的工藝，但一直到二十世紀五十多年以后才實現工業化。當時曾先后采用過鋁、銀、鋁青銅作尿素合成塔的內筒，代價昂貴，而使用壽命都不很長。直到廿十世紀五十年代，荷蘭斯太米卡邦研究出在尿素合成反應器中加入氧氣的辦法，使不銹鋼得到連續鈍化，才使尿素合成塔內筒采用比較廉價的奧氏體crnimo不銹鋼。目前，尿素合成塔內筒所用的材料越來越多，其中有316l型不銹鋼，鉻-鉬-氮雙相不銹鋼等，但目前大量使用的還是以316l和25-22-2鉻鎳鉬氮型為主的奧氏體不

5、銹鋼為主。圖一典型尿素生產流程隨著尿素工業裝置能力的不斷提高，尿素合成塔的結構尺寸和結構型式也在不斷地變化，世界上第一套尿素合成裝置的能力為6.5噸/天，反應器的直徑是320mm，高度4m。二十世紀五十年代初期反應器的直徑大多在800mm。到了二十世紀六十年代，反應器的直徑已達到1000mm1300mm，高度24m。生產能力達到250噸/天。這之前的尿素合成塔結構多為雙套筒式，容器的有效反應空間較小。之后發展了襯里結構，大大提高了高壓容器的有效利用率。與此同時，尿素生產流程也大大改進，采用了全循環流程。未反應完的原料通過適當處理又返回合成塔進行反應，大大降低了生產成本，從而使尿素生產的發展在理

6、論上不受限制。隨著合成氨工業的大型化，尿素工業裝置也沿著大型化發展。目前，我國生產的尿素合成塔的最大直徑已達2800mm，高度36000mm，容積達200m3，生產能力達到1740噸/天。我國從一九六五年開始制造尿素合成塔，起初為雙套筒的結構，一九六八年開始制造800mm內襯cr-mn-ni(a4)雙相不銹鋼小型尿素合成塔，生產能力為80噸/天。一九七年以后全國建有33個這樣規模的尿素工廠，全部由國內自行設計和制造。一九七五年以后，從國外開始引進13套年產4852萬噸的大型尿素生產裝置，尿素合成塔的內徑為2100mm2800mm不等，從一九八三年開始，我國也開始自行設計和制造大型尿素合成塔，并

7、對原有的中小型尿素合成塔進行改造，目前我國制造的尿素合成塔規格十分繁多，有800mm、1000mm、1200mm、1250mm、1400mm、1500mm、 1600mm、1800mm、2100mm、2200mm、2650mm2800mm等，適用于年產4萬噸、8萬噸、11萬噸、12萬噸、16萬噸、21萬噸和52萬噸的尿素生產裝置，尿素合成塔的操作壓力根據不同的工藝也不盡相同，主要有21mpa和16mpa兩種系列，操作溫度均小于200。尿素的轉化率與在反應器內停留的時間有關，停留的時間過短，轉化率就低，停留的時間過長，則反應器的利用率就會降低，生產強度下降。尿素在塔內的停留時間與尿素塔的長徑比有

8、關。一般設計要求尿素塔的長徑比11，則生產能力 與尿素塔的容器成正比。 可以約略按810噸/米3，日估算尿素合成塔的生產能力。所以目前的年產52萬噸尿素裝置的合成塔凈容積為200米3。尿素合成塔最原始的設計是又細又長的，除底部有一混合物料用的混合器外，整個塔是一個內空的圓筒，象煙窗式的。物料（co2、液氨和氨基甲酸銨）從底部進入，從塔頂引出管流出，呈活塞流狀態。隨著生產能力的增加，反應器的容積要求越來越大，無限增加長度實際上已不可能。因此勢必從增加直徑找出路。直徑增大以后，活塞流被破壞，發生物料反混現象，即已合成的尿素部分下降，未反應的co2等迅速上升并通過上部溢流管溢出，大大降低了尿素的轉化

9、率。為了克服這種毛病，在塔內增加了螺旋板混合器或多孔擋板，使物料的反應效果大大改善。目前設計上采用的有螺旋板混合器只加25塊多孔篩板的，也有28塊開孔率不等的多孔篩板的。一般認為設置兩塊篩板，效果就很明顯了，增加到8塊以上作用就很小了。本文所敘述的尿素合成塔制造工藝吸收了國內外尿素合成塔設計制造的先進經驗，并有自己的特點。由于尿素合成塔的設計和結構形式與化工工藝過程密切相關，因此不同的尿素生產工藝，對尿素合成塔的結構尺寸和結構形式也略有不同。但總體上是不會有太大的區別。正由于尿素合成塔是一種典型的耐壓、耐較高溫度和耐強烈腐蝕的反應器，制造質量的優劣直接影響到正常運行，甚至影響到整個尿素生產裝置

10、的安全可靠性。為此對其制造技術、產品質量要求很高，制造廠必須嚴格按國家標準和相應的工程標準進行設計、選材、制造和驗收，制造竣工后進行認真的質量評議，得到行業專家的認可后才能出廠交付使用。制造尿素合成塔除按壓力容器制造有關標準外還必須熟悉并掌握以下一些規范和標準：1） 尿素合成塔技術條件 gb98422） 尿素高壓設備制造檢驗方法 尿素級超低碳奧氏體不銹鋼晶間腐蝕傾向性實驗的試樣制取 hg/t31723） 尿素高壓設備制造檢驗方法 尿素級超低碳奧氏體不銹鋼晶間腐蝕傾向性實驗 hg/t31734） 尿素高壓設備制造檢驗方法 尿素級超低碳奧氏體不銹鋼的選擇性腐蝕檢查和金相檢查 hg/t31745）

11、尿素高壓設備制造檢驗方法 不銹鋼帶極自動堆焊層超聲波檢驗 hg/t31756） 尿素高壓設備制造檢驗方法 尿素合成塔氨滲漏試驗方法 hg/t31767） 尿素高壓設備堆焊工藝評定和焊工技能評定 hg/t31798） 尿素高壓設備襯里板及內件的焊接工藝評定和焊工技能評定 hg/t3180除此以外，如果工程公司或用戶另有要求的話，還應包括工程公司的工程標準和用戶提交的書面附加要求，這些要求一般都在設備采購說明書附件中列出并作為合同的附件，是制造單位和檢驗、監檢部門必須遵循的文件，在制造和驗收過程中都必須嚴格執行。6.6.2. 尿素合成塔結構型式與制造工藝分析尿素合成塔的結構與工藝設計要求和制造工藝

12、方法有密切關系，既要滿足工藝流程、生產能力的要求，又要適應承擔制造的制造廠本身制造工藝方法的要求。在工程建設中往往是由工程公司或用戶提出設計條件（數據表或條件圖）與制造單位簽訂合同后由制造單位自已進行尿素合成塔結構施工圖設計，設計的施工圖由工程公司或用戶審查確認后即可投料制造。因此，具體的尿素合成塔結構型式往往是由制造廠決定的。尿素合成簡圖八所示，主要由高壓筒體、上下封頭，底部封頭物料接管與封頭的連接、人孔密封結構、檢漏系統、內件等組成。現對這些主要結構簡要介紹如下：6.6.2.1 高壓筒體結構型式的選擇尿素合成塔的高壓筒體是提供尿素生成必要的空間，是該設備的主體。它承受著高壓、高溫和強腐蝕介

13、質的作用。由工藝條件確定筒體內徑和容積，扣去上下封頭的內容積，即可決定筒體的凈長度。筒體的長度在整個尿素合成塔的造價中占有重要的份量。對于大型尿素生產裝置，尿素合成塔的直徑、長度和重量成為運輸安裝的主要難道。我國在這方面已經積累了豐富的經驗，制造、運輸和安裝技術已達到世界先進水平。尿素合成塔筒體由碳鋼外層和不銹鋼內層組成。其組合型式可以是多種多樣的，主要有以下幾種類型：1）單層外殼，松襯不銹鋼襯里層。2）單層外殼、爆炸襯里不銹鋼層。3）熱套多層殼體，熱套內層不銹鋼襯里層或松襯不銹鋼襯里層4）多層包扎焊接殼體，松襯不銹鋼內層。5）以不銹鋼作為內筒外層直接包扎焊接炭鋼多層層板。等等。但經過多年的實

14、踐和比較，目前用的最多的，最可靠的結構型式是以不銹鋼作為內筒外層直接包扎焊接碳鋼多層層板及內筒熱套不銹鋼襯里后再進行多層包扎焊接的筒體結構。以不銹鋼襯里作為內筒的多層包扎焊接式筒體的優點是制造工藝簡單、襯里層與外殼碳鋼層的貼緊度高、在操作壓力下不銹鋼內筒由多層包扎產生的壓應力與內壓引起的拉應力相互抵消，使內筒應力大大降低，甚至為壓應力，降低了產生應力腐蝕的可能性。而這一特點在松襯內筒的尿素合成塔中是無法得到的。其次，內筒的不銹鋼襯里縱焊縫可以在塔外制作，并進行x光射線探傷和內外側著色探傷，有缺陷時返修方便且徹底，可充分保證主焊縫的質量。這是確保尿素合成塔避免過早腐蝕泄漏的有力措施。為了保證不銹

15、鋼襯里層外壁在焊接外層碳鋼時免受污染和產生低碳馬氏體，位于不銹鋼和層板之間設置一層過渡層（通常叫盲板），如圖二所示。盲層板的縱焊縫不全焊透，只間斷焊，且根部有一窄墊板，使焊縫可與內筒隔離。焊道表面不高于盲板外園，以便作為將來的檢漏通道。在盲層板的內壁也開出縱橫交錯的溝槽，作為檢漏通道。在強度計算時，襯里層及盲層板均不計入受力厚度，實際上這也是增加了安全裕度。圖二 多層包扎結構筒體示意圖6.6.2.2. 上、下封頭的結構尿素合成塔上下封頭可以采用整體鍛件加工而成，也可以采用厚板沖壓成形。從節約材料和改善受力狀況考慮，與其他高壓容器一樣，絕大多數采用半球形封頭、球曲或半橢圓形封頭。從受力觀點看，半

16、球形封頭最好，球曲其次，橢圓形封頭在高壓容器中較少使用。半球形封頭或球曲封頭的成形工藝，根據各制造廠工藝工裝設備條件不同而不同。有分瓣沖壓成形后拼接成半球，也有單層板拼焊后整體沖壓成半球。隨著冶金工業的發展，目前世界上能軋制的專用球封頭鋼板幅度達到53005300，如果能解決運輸問題且水壓機開檔允許的話，為此可省卻了拼焊的必須經歷的下料、拼接焊縫坡口加工、焊接、無損探傷、熱處理等一系列繁復工序，大大降低加工成本和加工周期。除此以外，多層球封頭已在石油化工壓力容器制造中得到推廣使用，它的優點是如同多層高壓容器筒體一樣，采用薄板重疊后沖壓成形，或采用逐層沖壓成形后疊合焊接包扎至所需厚度的方法成為多

17、層球封頭。如采用逐層重復沖壓成形工藝，則可大大減少厚板沖壓所需的大噸位水壓機。同時，薄板的質量比厚板優良，所有焊縫可以互相錯開，不用消除應力熱處理，雖較費工，但總的成本相當，而且安全可靠性可以大大提高。是今后發展的方向之一。我國在1976年就制成過1400mm內徑的高壓乙烯球形貯罐，操作壓力20mpa，采用2層鋼板疊合沖壓成形的，在國內某化工廠使用至今未發生任何問題。單層厚板制造的球封頭，若采用分瓣沖壓成形后組焊的工藝，優點是沖壓力小，減薄量少，一般不可能有廢品。但拼裝的工作量大，焊后可能產生的變形，影響了球封頭內外表面的圓球度，需要機械加工，否則不利于內表面的不銹鋼襯里（帶極堆焊或爆炸襯里、

18、機械襯里），所以一般采用整體沖壓成形，本廠不具備整體沖壓能力的，可以外協解決。6.6.2.3. 底部封頭物料接管與封頭連接結構。圖三 底部封頭與接管的銷母聯接尿素合成塔進出口物料接管與殼體或封頭的連接結構對尿素塔的安全可靠運行有很大的關系。在我國11萬噸/年尿素合成塔的結構設計中，曾采用過如圖三所示的結構。這種結構的缺點是物料管在開停車時熱脹冷縮的影響，銷緊螺母會松動，使接管與襯里的連接焊縫受到較大的機械應力。運行較長時間后就會出現疲勞裂紋，造成腐蝕介質的泄漏。采用圖四的“插入加強焊接式結構”，接管與殼體或球封頭只有一處固定，其余可以自由伸長，溫度波動引起的應力變化不大。這種結構要求焊縫應有足

19、夠的強度。焊接工作量稍大且要求較高，坡口加工較困難，但其可靠性高。故已被大量采用，經過多年的實際運行，效果良好。由于這種結構的連接焊縫是奧氏體不銹鋼接管與鐵素體殼體之間的異種鋼焊接，所以在焊接工藝和焊接材料上要正確選擇。焊縫的有效深度一般要求1.25t，t為按管壁厚。圖四 底部封頭物料按管連接結構6.6.2.4. 人孔密封結構和密封墊片尿素合成塔的人孔密封結構部分雖非浸沒于尿素熔融液中，但因其保溫效果不好，往往有冷凝液滯留，加上密封墊與密封座合面之間的微小間隙，缺氧現象嚴重，得不到連續鈍化作用，容易遭到腐蝕。有些老式的尿素合成塔密封面設計不合理、墊片材料選用不當，經常發生腐蝕而泄漏。密封面一旦

20、發生腐蝕，現場修理必須采用專門工具，十分麻煩。圖五 堆焊密封結構密封結構的可靠性主要與密封座材料的耐蝕性和墊片結構型式有關。密封座合面的構造一般有兩種。一種是堆焊結構，是在人孔鍛件上和人孔蓋的鍛件上粗加工一塊區域，采用帶極堆焊或手工堆焊的方法堆出密封座，然后再經精加工為密封面，如圖五所示。另一種是鑲環結構，是在粗加工的槽上鑲上一環狀不銹鋼板或鍛件，如圖六所示。從實際制造和使用效果來看，鑲環結構優越性較多。這主要是因為堆焊結構的堆焊焊肉容易出現微小缺陷，加工后的密封面易有氣扎、夾渣出現。對密封和耐腐蝕均不利。堆焊金屬最外表面層耐蝕性能最好，一旦出現泄漏后，要重復加工修整密封面，新的密封面耐蝕性就

21、會進一步下降了。鑲環一般是用整圈鍛件或整圈鋼板加工出來的。鍛件和鋼板均經過固溶處理、表里的耐腐蝕性基本一致，可以重復加工而不降低其耐蝕性能。圖六 鑲環密封結構圖七 齒形密封墊尿素合成塔的人孔一般在500800mm之間，操作壓力為1522mpa。為了盡量縮小密封結構尺寸，降低造價，密封元件一般都采用平墊，很少采用雙錐或其它自緊式密封元件。過去，密封墊曾采用鋁墊（l1）或不銹鋼（316l）皮包復石棉墊，但效果均不太理想。特別是鋁平墊，雖然比壓較低，但耐尿素甲銨介質的腐蝕性能較差，尤其是密封壓緊力不均勻的情況下，極易發生腐蝕而導致泄漏。不銹鋼包復墊可以采用耐尿素介質的316l或25-22-2型不銹鋼

22、皮制作，密封比壓也較低，耐用蝕性能良好，可是制作工藝復雜，容易損壞，所以難以在尿素高壓設備上推廣使用。不銹鋼齒形墊兩面覆蓋0.5mm厚的低氯石棉板的密封墊，已在尿素合成塔等高壓設備上得到滿意的應用。這種墊片是用厚度為4mm的耐尿素介質的不銹鋼板，上下兩面車出同心圓形齒槽面成的。見圖七。使用這種密封墊時兩側覆蓋0.50.7mm的石棉墊。石棉墊要求氯離子的含量越低越好。因為氯離子會造成奧氏體不銹鋼的應力腐蝕。一般要求cl-100ppm。這種密封墊實際上與密封座面的接觸是齒形尖端，這些同心圓的齒峰把整個密封面分割成78道環形腔，而很薄的石棉墊則填入此環形腔中，增加了液體泄漏的阻力，提高了密封的可靠性

23、，這種密封墊的制造和檢修都很方便。在檢修時只要更換兩側的石棉墊，齒形墊可以重復使用多次。齒形墊可以采用與襯里材料同樣的板材制作。因此制造尿素合成塔的廠家均有能力自行加工制造。6.6.2.5. 檢漏系統尿素合成塔采用不銹鋼襯里結構，簡化了塔內流程，增加了高壓容器有效空間，克服了老式套筒塔的缺點。但是，尿素合成塔在長期運行過程中，難免會發生因焊縫或母材發生泄漏而又未能及時發現，后果不堪設想。如前所述，碳素鋼材料對尿素介質是不堪一擊的，碳鋼層受到腐蝕，修補也十分困難，如不修補，則埋下安全隱患，嚴重時會發生爆炸。所以尿素合成塔襯里不可能做到絕對保險，那就要設計一套檢漏警報系統，方可保證萬無一失。檢漏系

24、統包括襯里外壁的檢漏網絡槽通道、泄漏液引出孔道等。機械松襯和熱套式的襯里檢漏槽是開在高壓容器殼體的內表面上，襯里焊縫采用墊板結構，如圖八所示。此檢漏槽破壞了高壓筒休內壁的完整性，使高壓殼體的受力情況圖八 尿素合成塔檢漏系統結構之一不好，而且檢漏槽的加工也比較困難。蓋板式襯里可以克服這個缺點，如圖九所示。但蓋板式襯里焊縫為角焊縫，焊接質量不易保證，受力情況也不好。所以也不是一種優良的結構。以不銹鋼襯里層為內筒的多層包扎焊接式筒體，其檢漏槽開在盲層板的內壁。由于盲層板不作為強度計算厚度，不影響外殼的安全使用，檢漏槽可以在盲層板包扎之前加工出，制作上比較方便。盲層板上開槽應盡量靠近襯里焊縫的周圍，有

25、縱向槽，也有橫向槽，以便泄漏物盡快通過檢漏槽逸出。圖九 尿素合成塔檢漏系統結構之二檢漏孔一般指殼體壁上的檢漏孔，泄漏介質由襯里層外壁的檢漏槽匯于此導出體外，進入檢測監控系統。檢漏孔的結構型式多種多樣，如圖十a)、b)、c)等等，各有千秋。除此之外，還有些結構已申請專利，有些為各專業廠的專有技術，不便公開。圖中a)型結構適用松襯襯里和熱套襯里的尿素合成塔；b)、c)型結構適用于不銹鋼為內筒的多層包扎結構；其中b)型結構檢漏管與殼體的角焊縫容易焊接和檢驗，但必須將襯里內筒占通后再補焊，破壞了襯里內筒的完整性，增加了腐蝕泄漏的機會。c)型結構對襯里有利，確保了襯里材料的完整性。但堆焊比較困難，焊接質

26、量不容易保證。根據現場檢測，尿素合成塔襯里損壞泄漏出來的介質，在壓力降低后立即分解為碳酸氫銨和氨等物質，其中氨氣是最易檢測到的，通常采用酚酞溶液或試紙于檢漏管末端檢測即可發現，而無需采用蒸汽掃描檢漏法。從國外引進的大型尿素合成塔和國內制造的52萬噸/年尿素合成塔均采用c型結構，也沒有采用蒸汽吹掃的方法檢漏，這樣的話，檢漏孔中的堆焊質量要求就可降低一些，能節約成本。這一點在國內中小型尿素塔設計中還未得到認可。圖十 尿素塔檢漏孔結構 a圖十 尿素塔檢漏孔結構 b圖十 尿素塔檢漏孔結構 c6.6.3. 投產制造前的技術準備和制造過程中的質量控制尿素合成塔是所有高壓容器制造技術要求最高的一種。為了保證

27、設計和制造質量，現在世界上有影響的壓力容器規范都規定了設計和制造過程中質量保證體系及嚴格的質控程序。首先，根據用戶提供的工藝條件和安裝要求，進行機械施工圖設計，然后交給用戶咨詢機構審查認可，再交第三方監督機構審查認可，如有個別修改意見，制造廠還必須認真進行修改或做出滿意的解釋，最后才能作為正式的施工圖進行制造。其次，在結構上比較重要的焊接部位，在投產之前做好工藝評定試驗。某些工藝評定要第三方監督檢驗機構的代表或用戶技術咨詢機構代表（專家）在場下進行，其結果必須得到他們的簽字認可。以00cr17ni14mo2耐尿素腐蝕的奧氏體不銹鋼襯里為例子的多層包扎式尿素合成塔，在制造之前要完成下列一些焊接工

28、藝評定試驗。參見圖八。圖八 尿素合成塔焊接結點示意圖1）j1，襯里內筒00cr17ni14mo2改良型，對接焊縫手工焊工藝評定。焊條bm310mo-l，(00cr25ni22mo2型)。2）j24層板縱焊縫手工焊和埋弧自動焊工藝評定。焊條、焊絲和焊劑應與層板相匹配。3）j56多層筒節與多層筒節的焊接工藝評定包括鎢極氬弧打底、手工焊+埋弧自動焊+手工焊不銹鋼襯里焊道。4）j7，球封頭拼焊，手工焊+埋弧自動焊。5）j8a/b，球封頭內壁帶極堆焊加手工堆焊，分為過渡層和耐腐蝕層。6）j9，上封頭與人孔法蘭的焊接，如19mn6+20mnmo，手工焊+自動埋弧焊。7）j10，多層筒節與球封頭的環焊縫焊接

29、。8）j14，人孔頂蓋與物料管的焊接如20mnmo+00cr17ni14mo2n改良型。手工焊。9）j15，球形封頭與物料管的焊接，如19mn6+00cr17ni14mo2n改良型。手工焊。10）j30，檢漏孔的焊接，手工焊。為了嚴格執行焊接工藝，參加主要零部件焊接的焊工和焊接操作工，如襯里焊縫、帶極堆焊和手工堆焊、外殼層板的自動焊和筒體環焊縫的焊接、球封頭拼接焊縫的焊接等，都必須按以上評定合格的焊接工藝進行培訓和考試，考試合格后方可上崗操作。這些考試也必須有用戶咨詢機構代表和第三方監督檢驗代表在場的情況下進行，考試結果必須得到他們的簽字認可。在制造過程中，還規定了第三方監督檢驗代表及用戶駐廠

30、檢驗代表監督檢查控制工序，一般分為“w”（witness）目擊，“h”（hold）停止和“v”（view）檢查，三個程度不同的質量控制點。在w點，第三方或用戶駐廠代表要到現場見證該工序的進行，如果因故無法到現場可以事先書面申明放棄，該工序完工后可以轉入下道工序，在完工后的記錄文件上簽字認可。在“h”點，第三方或用戶駐廠代表必須在執行該工序時到場監檢，未經認可，不得轉入下道工序。在特殊情況未能到場，可以委托廠方檢驗人員代辦，但在完工后的檢驗記錄仍應經其簽字認可，如發現有問題，制造廠應負責作出完滿解釋或提供證據證明質量是符合規定要求，否則必須返工。在“v”點是對有關文件和記錄進行審查，有疑問時應由

31、制造方進行解釋或作出補充證據。所有質量證明文件都必須經廠方檢驗人員簽名和注明日期并編上工作令號和零件號、制造廠產品序列號。經過第三方和用戶代表監檢的工序檢查記錄還應由他們簽章及注明日期。制造廠可以編制檢驗計劃表（check list）或和制造流程圖（process flow chart）提供給第三方監檢機構或用戶代表，作為他們進行施工過程中進行監檢的依據。制造廠自己編制的工藝過程卡也應標明檢驗工序，依據標準以及工序完工后工作者、檢驗員的簽字欄，作為廠方制造過程中質量控制用。6.6.4. 制造流程（典型的2.8m尿素合成塔流程圖見附件）典型的尿素合成塔制造主流程如下：襯里內筒材料復驗下料卷園（d

32、t）縱橫坡口加工（dt）焊接（帶試板）校圓ft、pt、rt焊接試板腐蝕試驗（五個周期）及選擇性腐蝕檢查裝配內襯胎裝配包扎盲層板焊接（不滿焊）包扎焊接層板第一層mt、ht繼續包扎焊接層板逐層檢查包扎貼緊度鉆警報氣最后一層縱縫不銑磨平要作mt、ht加工環縫坡口（dt）鉆鏜檢漏孔（dt）環縫坡口封焊pt筒節與筒節組對焊接ft、pt、rt、ht筒體與（封頭組件）上下封頭部件組對焊接（dt）ft、pt、rt、ht組對內件ft、pt焊檢漏管氧密總檢氨滲漏試驗（內控）裝配管口密封緊固件充水進行水壓試驗進行外壁應變測量（如果有要求的話）放水清洗內壁氨滲漏試驗（驗收依據）最終檢驗清理、打磨（需要的話）pt、mt

33、（外壁）油漆裝運發送。注：dt-尺寸檢驗 pt-液體滲透檢測 rt-射線探傷檢測 ft-鐵素體檢測 mt-磁粉檢測 6.6.5. 材料驗收和復驗尿素合成塔的材料分為兩大類。一類為碳鋼，主要是用于承受內壓及載荷的受力元件如外殼、封頭、頂蓋、吊耳及緊固件等，另一類主要是用于抗尿素介質腐蝕作用為主的不銹鋼，如襯里板、堆焊材料、內件以及物料接管等，其中物料接管也要承受內壓和管線載荷。尿素合成塔碳鋼類承壓件的采購和驗收按現行的壓力容器規范如gb150、asmeii以及有關政府法規如國家質量技術監督局的壓力容器安全技術監察規程的規定進行采購和驗收、復驗即可。而耐尿素腐蝕的材料必須按專業標準如gb9842尿

34、素合成塔技術條件、用戶提供的工程標準進行采購和驗收及復驗。這類材料采購之前應編制詳細的材料采購說明書，提出采購的材料品種、規格、數量、質量標準、質量證明書的類別、供貨狀態等等要求。材料到廠后即按采購說明書的規定進行百分之百或抽查復驗，如復驗不符合采購說明書的要求，可以要求供方一起復驗，或請第三方仲裁復驗。不銹鋼材料到廠后至少應作下列內容的復驗。1）板材、管材、棒材及鍛件等原材料a) 按爐批號復驗化學成份；b) 逐件測定鐵素體含量；c) 同一熔煉爐號、同一規格、同一熱處理號的原材料，應按下列規定抽樣進行晶間腐蝕傾向性試驗，試驗方法按hg/t3173或工程標準規定。當總數超過5件時，每5件取1個試

35、樣，剩余不足5件取1件試樣；當總數為5件時，取2個試樣；當總數不足5件時，取1個試樣。在取2個以上試樣時，不得取自同一件原材料。試樣的制取應符合hg/t3172或工程標準的規定。d) 經晶間腐蝕傾向性試驗后的試件應按有關規定進行選擇性腐蝕檢查及金相檢查，試驗方法按hg/t3174或工程標準的規定。e) 應逐張檢查襯里板的尺寸、外形（平面度按gb4237 i 組板要求）及表面質量，發現表面有深度劃痕、過酸洗麻點等應打磨后進行超聲波測厚，厚度小于設計值應拒絕驗收，或經用戶評審認可后方可使用。f) 外徑大于12mm的不銹鋼高壓無縫管應逐根進行超聲波探傷，并應符合jb4730的規定。2）焊接材料應按爐

36、（批）號復驗焊條、焊絲、焊帶及焊劑等焊接材料的熔敷金屬的化學成份、鐵素體含量、晶間腐蝕傾向試驗、選擇性腐蝕檢查及金相檢查。按照國際先進國家規范的要求，內筒材料的檢驗證書型式應符合din5004 3.1c類的要求即這種材料除了供應廠出具檢驗報告和合格證書外，還必須由用戶（設備制造廠）或最終用戶委托的第三方監督檢驗機構的代表進行復查或到鋼廠監督檢驗。如果沒有這樣做，那么材料發到制造廠后，制造廠必須按采購說明書的規定重新抽驗。抽驗的內容主要是化學成份、鐵素體含量測定、晶間腐蝕傾向試驗和選擇性腐蝕深度檢查以及板面質量、規格尺寸等。在進行鐵素體測定時，由于不同型號的鐵素體儀其測定值相差較大，因此要用經第

37、三方監檢機構認可的鐵素體儀進行檢測。原材料的質量證書和復驗報告都應經第三方監檢機構代表審查簽字認可。6.6.6. 主要零部件的制造筒體的制造如前所述，筒體是整個尿素合成塔的主要部分。筒體由許多筒節組焊成，就拿2.8m36m尿素合成塔（多層包扎式）為例，筒體共分11節，其中10節長2980mm，1個筒節1800mm，總長度31600mm。每一個筒節都是由外層層板、盲層和襯里內筒組成，它們的制造工藝過程簡要敘述如下：1）內筒內筒的制造工藝過程是：原料檢驗（包括腐蝕試驗和機械性能試驗）按內筒展開周長劃線、留有切割量和卷圓帶頭直邊量標志移植。將材料牌號、爐批號、板號或其本廠代號，用不含氯離子或金屬養料

38、的記號筆（可防水而不褪色）抄寫到將要下料的板面上剪切下料在卷板機上卷圓，當兩頭彎曲圓度達到要求后取下。注意：卷板機應專用，上輥不能有焊渣、焊瘤，最好在上輥套一不銹鋼套筒。避免襯里內筒卷制過程中壓出麻點或劃傷以及鐵離子污染。在專用的夾具上切除兩端直邊余料并刨出縱焊縫坡口縱向焊縫坡口表面著色探傷。不得有裂紋或夾層現象。重新放在卷板機上進一步卷圓，使縱縫合攏在卷板機上將縱縫點焊固定。應采用評定合格的焊條，注意不能將焊渣掉到上輥表面。從卷板機上取下，由于筒 體直徑較大，厚度（一般68mm）較薄，剛度不足，容易變形，因此內筒必須用支撐件撐圓固定。將筒體放在專用的夾具上進行縱焊縫焊接（帶焊接試板）焊縫鐵素

39、體測定。要求每一根焊條焊接長度上測一點（鐵素體0.6%）以防止用錯了焊條或偏離焊接規范。焊縫表面著色探傷，不得有夾渣、裂紋和氣孔縱焊縫x光探傷檢查。由于襯里的內筒主要是起耐腐蝕作用，焊縫是薄弱環節，微小的孔洞將造成嚴重的危害。因此x光探傷的驗收標準不同于一般受壓容器的標準。除按jb4730的i級片外，還不允許有柱狀小氣孔出現。焊接試板的晶間腐蝕傾向試驗和選擇性腐蝕檢查及金相檢查。其方法按hg/t3172和hg/t3173、hg/t3174驗收標準按gb9842或工程標準的規定。超低碳奧氏體不銹鋼的制作，要求有一個清潔的場地和環境，避免鐵素體污染和磕碰劃傷，否則會影響不銹鋼的耐蝕性能。因此，參加

40、尿素合成塔內筒襯里或其他內件制造的工人要接受這方面工藝守則的教育，并在施工過程中嚴格遵守；下料場地應打掃干凈，消除雜物，可采用橡膠板鋪地，并禁止穿帶有鐵釘子的皮鞋，撬具、吊耳也應采用奧氏體不銹鋼制作。卷制內筒時必須在專用的卷板機上進行。不能與卷過鐵素體鋼的卷板機混合使用，除非將卷過碳鋼的卷板機輥子表面進行認真的清洗。當超低碳奧氏體不銹鋼冷變形超過20%，應進行提高耐蝕性能的固溶熱處理。熱處理爐內的氣體應盡量減少硫的含量，防止硫化物對不銹鋼的滲透降低耐蝕性能。當不銹鋼表面或焊縫需要打磨時，應采用含有橡膠氧化鋁的砂輪打磨，打磨時間不應太長，避免造成回火色。不能用普通粉筆當作記號筆在不銹鋼上亂寫亂畫

41、。標記移植用記號筆應采用不含氯離子、硫化物的顏料。內筒的縱焊縫焊接坡口型式見圖九。焊接程序如下：圖九清理坡口手工焊和兩道，焊條bm310mo-l3.5mm，電流90100a焊縫表面pt清理手工焊和道，焊條直徑4mm，電流120140apt清理手工焊道，焊條直徑4mm打磨焊道，磨去焊根及兩側熱影響區各2.5mm手工焊，焊條直徑3.25mm，電流90100a鐵素體檢查、的表面pt、焊縫表面x光探傷。在焊接前，焊條應烘烤1502002小時，焊接層間溫度應控制在150，母材不必預熱。為了盡可能消除焊縫中的氣孔、夾渣等小缺陷，進行二次以上的pt是必要的，因為焊一層的厚度一般只有2mm，那么焊一層，pt一

42、次，就可以把缺陷的尺寸限制在小于2mm的范圍之內，尤其是可以消除穿透性的小氣孔。但是著色探傷液必須清理干凈，否則對焊接不利。一般來講，最后一道焊縫表面由于冷卻條件好，沒有受到再次加熱的影響，其耐蝕性能最佳，所以不要輕易打磨。如果表面成形不好，著色探傷或x光探傷需要打磨或修補，應掌握好打磨和修補工藝，防止焊縫過熱。2）盲層板盲層板主要起保護不銹鋼內筒的作用，它只要求可焊性，對機械性能可不予考慮。一般采用16mn，它在制造上的特點是在盲層板面向襯里內筒外壁的一面（即盲層板內表面）要加工出縱向和環向槽若干條，槽的深度為2.5mm，寬56mm，如圖十所示。盲層板是在平板狀態時開槽，要在專用的工裝上進行

43、。縱向槽深度應適當控制，過深了，在盲層板卷制成圓后會有棱角出現，不利于將來的層板包扎。圖十 盲層板結構示意圖3）外殼層板外殼層板是受壓殼體的主要材料，它的制造過程與一般高壓容器多層層板的制造過程一樣。對于大型尿素合成塔，為了減輕重量方便運輸，要求層板采用低合金高強度鋼層板如日本神戶制鋼的k-ten62m，美國asme的sa724a.b，我國的15mnvr、15mnvnr等，其厚度可采用812mm。由于k-ten62m等材料抗拉強度和屈服強度較高，在壓頭時需進行模擬試驗，根據實際的回彈量來確定壓模的半徑。層板的制作過程如下：材料檢驗第一層層板進行超聲波探傷檢查（其它各層可不必進行超聲波探傷）劃線

44、標志移植氣割下料兩頭預壓彎卷圓（瓦片狀）切割坡口尺寸坡口表面磁粉探傷或著色探傷（第二層層板鉆泄氣孔）包扎和焊接。層板材料是主要的受壓元件，也要按din50049合格證書3.1c進行驗收。第一層層板相當于多層高壓容器的內筒，所以增加了超聲波檢查。4）多層筒節包扎圖十一多層筒節包扎是在一臺專門設計的包扎機上進行的（見圖十一照片）該包扎機包扎的容器外徑可達4000mm。有兩個活塞直徑為150mm的液壓缸，4根30mm的拉緊鋼絲繩。總的拉力最大可達78噸。包扎時將裝配好內襯胎的內筒支承在可以轉動的主軸上，壓力缸和拉緊架均可沿平行于筒體作軸向移動。先拉緊層板的中間部位，然后拉緊兩端，分三次即可完成包扎拉

45、緊工作。每拉緊一次就將縱縫點焊起來，防止移動后松開，包扎完一層以后，將筒節吊出置于滾輪架上進行縱焊縫的焊接。小型的多層筒節包扎拉緊架有拉緊架固定式和拉緊架移動式（卡鉗式），其中拉緊架移動式（卡鉗式）也可以用于層板環縫錯開整體包扎用，使整臺多層式高壓容器在專用支架上包扎完成，消除了深厚的環焊縫，已在其他高壓容器上得到應用，可大大提高層板材料利用率，降低多層高壓容器的制造成本。但由于尿素合成塔結構的特殊性，這種方法還未得到應用。因此本文不再詳細敘述。尿素合成塔筒節的制作過程如下：襯里內筒裝配襯胎裝配并包扎盲層板縱縫間斷焊裝配包扎第一層層板縱縫焊接銑磨焊縫余高mt、ut、硬度檢查裝配包扎第二層、第三

46、層層板每包扎一層銑磨焊縫余高mt、ut、（根據材料強度值）裝配最后一層層板包扎焊接焊縫和熱影響區硬度檢查mt、ut筒節端面坡口加工鉆泄氣孔和鏜檢漏孔坡口端面堆焊封口堆焊塞焊檢漏孔交組對。盲板層的間斷焊采用手工焊，焊接長度見圖十二。在靠近筒節的兩端部用e5015、j507）焊條，第一道用2.5mm，電流5060a，第二層焊條直徑3.25mm，電流100120a。焊后將焊縫外表面打磨，略顯凹陷為宜。在焊接時要注意，不要在盲層板內壁開有檢漏槽的部位進行焊接，以防堵死檢漏通道。圖十二 盲層板縱縫間斷焊示意圖層板縱焊縫坡口見圖十三。層板縱焊縫焊接先手工焊后自動焊。對于圖十三層板縱焊縫坡口k-ten62m

47、層板，焊條用lb62，直徑5mm，電流180240a，自動埋弧焊焊絲us40+焊劑mf38，焊絲直徑4.8mm，電流600650a。第一層層板和最后一層層板縱焊縫進行硬度檢查的目的是考核焊工對焊接工藝是否嚴格執行。要求硬度值280hb。筒節端部坡口堆焊的目的是防止在組合后環縫焊接時層板在焊接熱的影響下出現張口，使焊渣流進去，影響焊縫的質量。如圖十四所示。在端部堆焊時應注意內筒與盲層板之間的間隙屬于異種鋼焊接，應采用奧氏體鋼25-22-2lpwn焊絲coocr25ni22mo(m.n.)氬弧焊封焊，而其他部分用us40xmf38自動埋弧焊。圖十四筒節端部堆焊示意圖5）筒節與筒節的組對焊接筒節與筒

48、節之間組對以后進行環焊縫焊接，環焊縫結構如圖十五所示。組對是在大型滾輪架上進行的。組對時必須檢查環焊縫對口間隙，控制在20.5mm范圍內。同時應特別注意內口的錯邊量。因為內筒 是耐腐蝕不銹鋼，錯邊量大了就會影響環焊縫的耐蝕層厚度。 一般應控制在3mm以下。由于筒 節外壁上的檢漏孔已預先鏜制完成，要保證所有筒 節上的檢漏孔沿筒身在一條直線上， 就不允許筒節任意轉動，這給組對工作帶來一定的困難。而調節里口錯邊量達到最小是不容易的。所以筒節的制作必須預先控制好橢圓度，使橢圓度（大小直徑差）達到 最小。采取嚴格控制內筒的下料尺寸，包扎層板前裝配剛度較好的襯胎等措施使所有筒節的最大內徑與最小內徑之差控制

49、在4mm以內是能做到的。特別是對多筒節的尿素合成塔殼體，在組對之前，將每個筒節的實際內徑進行分類，按最佳組合對象進行組對，可以大大降低里口錯邊量。本例的尿素合成塔內口實測錯邊量見圖十六。圖十六 筒體組對環縫示意圖及內口錯邊量測定值 環焊縫的焊接程序是：（見圖十五a,b）清理坡口上的油污和水跡、鐵銹等氬弧焊封底，焊絲tgs-m2.4mm，電流140160a目測檢查，不能有裂紋預熱100150手工焊道至30mm。焊條lb62，4mm，電流140160a，用風鎬敲擊焊道消除應力冷卻后進行x光射線探傷重新預熱到100150手工焊至44mm停止預熱內壁手工焊道。焊條bm310mo-l，3.25mm，電流

50、90110a，4mm，電流130145a焊滿后進行鐵素體測定，要求鐵素體含量0.6%pt，表面不得有裂紋，特別是收弧處要注意認真檢查，弧坑處要進行打磨x光射線探傷檢查。要求整個焊縫（60mm厚）達到jb4730ii級片標準預熱100150埋弧自動焊道，焊絲us40加焊劑mf38，焊絲直徑4.8mm，電流550650a，速度79mm/秒外口焊滿后對焊縫表面和熱影響區進行mt硬度測定，要求焊縫及兩側熱影響區的硬度hb280直線加速器射線探傷（有條件的廠家）。半球形封頭的制造中、小型尿素合成塔的上下半球形封頭均采用厚板在水壓機上整體沖壓成形，這在國內的多數制造廠均能做到。而大型尿素合成塔的上下半球形

51、封頭（內徑2800mm左右），整體沖壓成形只有少數幾個廠家才能做到，其關鍵條件是必須要有大噸位、大開檔、大行程的大型沖壓水壓機和相應的工裝模具、高溫加熱爐以及合理的沖壓工藝。以直徑2800mm，厚度為125mm的尿素合成塔半球形封頭整體沖壓成形為例。根據封頭材料如19mn6的高溫拉力強度（見表）按下列經驗公式計算p=(1.31.65)dst沖壓力。沖壓時溫度應控制在920960，其時的b48mpa，則可算出沖壓力約在27000n31000n之間。據此則可以選擇適當的水壓機能力和設定相應的沖壓工藝。下面是尿素合成塔下部半球形封頭的制造過程：原材料檢驗打砂超聲波探傷標志移植氣割下料刨削拼板坡口預組

52、合并在大型立車上夾緊車削外圓邊緣坡度（如圖十八）在龍門刨床上精加工拼接焊縫坡口組對焊接。組對時在特制的裝有預熱裝置的場地上進行。圖十八預熱溫度20030檢驗，包括焊縫的pt、x光射線探傷以及焊縫及熱影響區的硬度試驗加熱，溫度控制在960980，不能超過980沖壓，始壓溫度應控制在920950最合適，不能高于960，終壓溫度不應低于850。否則會因高溫脆性而沖裂測定成形后球殼各部位實測厚度焊縫及熱影響區內外表面mt整個球面進行ut正火+回火（帶焊接試板）試板機械性能試驗精加工環向端面球殼內壁用砂輪打磨光滑呈金屬光澤用酒精清洗內表面在專用的焊接變位器上夾緊、找正在球殼外壁安裝遠紅外電加熱板及保溫通

53、電預熱，使球殼溫度到達100進行第一層（過渡層）帶極堆焊和球底中心部位的手工堆焊打磨焊接接頭部分堆焊層表面pt（抽查30%面積）超聲波探傷（也抽查30%），以焊帶搭接處為主）消除應力熱處理清洗表面，不得有油污等影響繼續堆焊質量的雜物堆焊第二層（耐蝕層）不銹鋼（包括手工堆焊）鐵素體測定100%pt100%ut測量堆焊層厚度加工環向焊接坡口鏜制底部和側面物料接管焊接坡口所有坡口的碳鋼部分進行mt清洗坡口表面，用酒精擦洗除去油污組對接管球殼接管周圍適當預熱焊接焊縫鐵素體測定焊縫表面pt與筒體組對焊接。上封頭制造工藝過程在球殼沖壓成形部分與下封頭相同，以后的工序如下：上封頭球殼沖壓成形并經正火+回火處

54、理，機械性能試驗合格后在立車上加工人孔開孔與人孔法蘭的焊接坡口檢驗坡口合格后與人孔法蘭鍛件組對點焊固定（預熱）預熱（150）焊接，焊到30mm進行x光探傷檢查，然后再焊到60mm，再進行x光射線探傷檢查消除應力熱處理再次預熱（150）再焊到滿厚度ut、mt硬度檢查直線加速器射線探傷（有條件的廠家）組對兩個吊耳局部預熱150焊接吊耳焊滿后表面打磨mt、ut消除應力熱處理ut、mt硬度檢查球殼內壁打磨光滑呈金屬光澤清洗干凈堆焊不銹鋼（堆焊程序與下封頭相同）堆焊人孔襯里過度層精加工人孔內圓及人孔密封面鑲環槽組對人孔內圓襯里和密封座鑲環焊接焊縫鐵素體檢查焊縫表面pt精加工人孔密封面螺栓孔加工檢驗。28

55、00mm半球形封頭整體展開尺寸直徑為4140mm，厚度125mm。來料板寬2100mm，長度2400mm，所以二張板可以拼成一個封頭毛坯。其拼接焊縫坡口見圖十九。為了防止焊接變形，應按圖中順序號進行反翻身焊接。圖十九 封頭毛坯拼焊坡口示意圖及焊接順序封頭毛坯加熱工藝曲線如圖二十所示。圖二十 球形封頭沖壓加熱工藝封頭內壁堆焊情形見圖二十一，帶極堆焊共分二層，第一層作為碳鋼層的過渡，一般采用309l或308l焊帶，與也可以采用25/22/2lmn焊帶。焊劑可采用國產的ht260或sj602或比利時的13blft。焊帶寬60mm，厚度0.5mm，焊接電流750a，電壓28v，焊速120mm/分。第二層為耐蝕層。焊帶必須采用耐尿素腐蝕的材料，采用25/22/2lmn焊帶和13blft焊劑，焊接規范基本上同第一層，只是焊速可略低一些。第一層基體金屬要預熱，第二層不必預熱。圖二十一 封頭內壁帶極堆焊情形（照片）封頭與筒體的組焊封頭與筒體的組合焊縫見圖二十二和圖二十三。由于封頭內壁帶極堆焊層不可能焊到環焊縫的邊緣，因此，這道環焊縫內口不銹鋼 的焊縫較寬，應采用手工堆焊過渡。 圖二十二 上封頭與筒體環焊焊縫示意圖圖二十三 下封頭與筒體之間不環焊縫示意圖其它零件的制造人孔頂蓋、內件