尿素合成塔主要零部件的制造工艺流程设计图文.docx

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尿素合成塔主要零部件的制造工艺流程设计图文

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。

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。

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。

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2±0.5mm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，使椭圆度（大小直径差）达到最小。

采取严格控制内筒的下料尺寸，包扎层板前装配刚度较好的衬胎等措施使所有筒节的最大内径与最小内径之差控制在4mm以内是能做到的。

特别是对多筒节的尿素合成塔壳体，在组对之前，将每个筒节的实际内径进行分类，按最佳组合对象进行组对，可以大大降低里口错边量。

本例的尿素合成塔内口实测错边量见图十六。

图十六筒体组对环缝示意图及内口错边量测定值

环焊缝的焊接程序是：

（见图十五a,b）

清理坡口上的油污和水迹、铁锈等→氩弧焊封底，焊丝TGS-Mφ2.4mm，电流140~160A→目测检查，不能有裂纹→预热100~150℃→手工焊②道至30mm。

焊条LB62，φ4mm，电流140~160A，用风镐敲击焊道消除应力→冷却后进行X光射线探伤→重新预热到100~150℃→手工焊至44 mm→停止预热→内壁手工焊③④道。

焊条BM310Mo-L，φ3.25mm，电流90~110A，φ4mm，电流130~145A→焊满后进行铁素体测定，要求铁素体含量≤0.6%→PT，表面不得有裂纹，特别是收弧处要注意认真检查，弧坑处要进行打磨→X光射线探伤检查。

要求整个焊缝（60mm厚）达到JB4730II级片标准→预热100~150℃→埋弧自动焊⑤道，焊丝US40加焊剂MF38，焊丝直径φ4.8mm，电流550~650A，速度7~9mm/秒→外口焊满后对焊缝表面和热影响区进行MT→硬度测定，要求焊缝及两侧热影响区的硬度≤HB280→直线加速器射线探伤（有条件的厂家）。

㈡半球形封头的制造

中、小型尿素合成塔的上下半球形封头均采用厚板在水压机上整体冲压成形，这在国内的多数制造厂均能做到。

而大型尿素合成塔的上下半球形封头（内径φ2800mm左右），整体冲压成形只有少数几个厂家才能做到，其关键条件是必须要有大吨位、大开档、大行程的大型冲压水压机和相应的工装模具、高温加热炉以及合理的冲压工艺。

以直径φ2800mm，厚度为125mm的尿素合成塔半球形封头整体冲压成形为例。

根据封头材料如19Mn6的高温拉力强度（见表）按下列经验公式计算

P=（1.3~1.65πDφ·S·t·

冲压力。

冲压时温度应控制在920~960℃，其时的σb≈48Mpa，则可算出冲压力约在27000N~31000N之间。

据此则可以选择适当的水压机能力和设定相应的冲压工艺。

下面是尿素合成塔下部半球形封头的制造过程：

原材料检验→打砂→超声波探伤→标志移植→气割下料→刨削拼板坡口→预组合并在大型立车上夹紧→车削外圆边缘坡度（如图十八）→在龙门刨床上精加工拼接焊缝坡口→组对焊接。

组对时在特制的装有预热装置的场地上进行。

图十八

预热温度200±30℃→检验，包括焊缝的PT、X光射线探伤以及焊缝及热影响区的硬度试验→加热，温度控制在960~980℃，不能超过980℃→冲压，始压温度应控制在920~950℃最合适，不能高于960℃，终压温度不应低于850℃。

否则会因高温脆性而冲裂→测定成形后球壳各部位实测厚度→焊缝及热影响区内外表面MT→整个球面进行UT→正火+回火（带焊接试板）→试板机械性能试验→精加工环向端面→球壳内壁用砂轮打磨光滑呈金属光泽→用酒精清洗内表面→在专用的焊接变位器上夹紧、找正→在球壳外壁安装远红外电加热板及保温→通电预热，使球壳温度到达≥100℃→进行第一层（过渡层）带极堆焊和球底中心部位的手工堆焊→打磨焊接接头部分→堆焊层表面PT（抽查30%面积）→超声波探伤（也抽查30%），以焊带搭接处为主）→消除应力热处理→清洗表面，不得有油污等影响继续堆焊质量的杂物→堆焊第二层（耐蚀层）不锈钢（包括手工堆焊）→铁素体测定→100%PT→100%UT→测量堆焊层厚度→加工环向焊接坡口→镗制底部和侧面物料接管焊接坡口→所有坡口的碳钢部分进行MT→清洗坡口表面，用酒精擦洗除去油污→组对接管→球壳接管周围适当预热→焊接→焊缝铁素体测定→焊缝表面PT→与筒体组对焊接。

上封头制造工艺过程在球壳冲压成形部分与下封头相同，以后的工序如下：

上封头球壳冲压成形并经正火+回火处理，机械性能试验合格后→在立车上加工人孔开孔与人孔法兰的焊接坡口→检验坡口合格后→与人孔法兰锻件组对→点焊固定（预热）→预热（≥150℃）焊接，焊到30mm进行X光探伤检查，然后再焊到60 mm，再进行X光射线探伤检查→消除应力热处理→再次预热（≥150℃）→再焊到满厚度→UT、MT→硬度检查→直线加速器射线探伤（有条件的厂家）→组对两个吊耳→局部预热≥150℃→焊接吊耳→焊满后表面打磨→MT、UT→消除应力热处理→UT、MT→硬度检查→球壳内壁打磨光滑呈金属光泽→清洗干净→堆焊不锈钢（堆焊程序与下封头相同）→堆焊人孔衬里过度层→精加工人孔内圆及人孔密封面镶环槽→组对人孔内圆衬里和密封座镶环→焊接→焊缝铁素体检查→焊缝表面PT→精加工人孔密封面→螺栓孔加工→检验。

φ2800mm半球形封头整体展开尺寸直径为φ4140mm，厚度125mm。

来料板宽2100mm，长度2400mm，所以二张板可以拼成一个封头毛坯。

其拼接焊缝坡口见图十九。

为了防止焊接变形，应按图中顺序号①~⑥进行反翻身焊接。

图十九封头毛坯拼焊坡口示意图及焊接顺序

封头毛坯加热工艺曲线如图二十所示。

图二十球形封头冲压加热工艺

封头内壁堆焊情形见图二十一，带极堆焊共分二层，第一层作为碳钢层的过渡，一般采用309L或308L焊带，与也可以采用25/22/2LMn焊带。

焊剂可采用国产的HT260或SJ602或比利时的13BLFT。

焊带宽60mm，厚度0.5mm，焊接电流750A，电压28V，焊速120mm/分。

第二层为耐蚀层。

焊带必须采用耐尿素腐蚀的材料，采用25/22/2LMn焊带和13BLFT焊剂，焊接规范基本上同第一层，只是焊速可略低一些。

第一层基体金属要预热，第二层不必预热。

图二十一封头内壁带极堆焊情形（照片）

㈢封头与筒体的组焊

封头与筒体的组合焊缝见图二十二和图二十三。

由于封头内壁带极堆焊层不可能焊到环焊缝的边缘，因此，这道环焊缝内口不锈钢的焊缝较宽，应采用手工堆焊过渡。

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

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。