尿素合成塔主要零部件的制造工艺流程设计

主要零部件的制造 ㈠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φ2.8m×36m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：

⑴原料检验（包括腐蚀试验和机械性能试验）→⑵按内筒展开周长划线、留有切割量和卷圆带头直边量→⑶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的记号笔（可防水而不褪色）抄写到将要下料的板面上→⑷剪切下料→⑸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。→⑹在专用的夹具上切除两端直边余料并刨出纵焊缝坡口→⑺纵向焊缝坡口表面着色探伤。不得有裂纹或夹层现象。→⑻重新放在卷板机上进一步卷圆，使纵缝合拢→⑼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。→⑽从卷板机上取下，由于筒 体直径较大，厚度（一般6~8mm）较薄，刚度不足，容易变形，因此内筒必须用支撑件撑圆固定。→⑾将筒体放在专用的夹具上进行纵焊缝焊接（带焊接试板）→⑿焊缝铁素体测定。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。→⒀焊缝表面着色探伤，不得有夹渣、裂纹和气孔→⒁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。→⒂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，参加尿素合成塔内筒衬里

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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。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①和②两道，焊条BM310Mo-Lφ3.5mm，电流90~100A→焊缝表面PT→清理→手工焊③和④道，焊条直径φ4mm，电流120~140A→PT→清理→手工焊⑤道，焊条直径φ4mm→打磨焊道①，磨去焊根及两侧热影响区各2.5mm→手工焊⑥，焊条直径φ3.25mm，电流90~100A→铁素体检查⑤、⑥的表面→PT⑤、⑥焊缝表面→X光探伤。

在焊接前，焊条应烘烤150~200℃2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

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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5~6mm，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。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8~12mm。

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→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。

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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φ4000mm。有两个活塞直径为φ150mm的液压缸，4根φ30mm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。

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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φ2.5mm，电流50~60A，第二层焊条直径φ3.25mm，电流100~120A。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①后自动焊②。对于

图十三层板纵焊缝坡口

K-TEN62M层板，焊条用LB62，直径φ5mm，电流180~240A，自动埋弧焊焊丝US40+焊剂MF38，焊丝直径φ4.8mm，电流600~650A。

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。

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图二十二 上封头与筒体环焊焊缝示意图

图二十三 下封头与筒体之间不环焊缝示意图

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㈣其它零件的制造

人孔顶盖、内件、溢流管、塔板和物料接管等制造比较简单，可参照一般零件的加工工艺，在此不再赘述。要注意的就是内件不锈钢件的所有焊缝必须做到全焊透，外观要圆滑，避免造成缝隙腐蚀。

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