國內較早的幾套大化肥裝置是整體引進的國外技術和設備，經過多年的運行，關鍵設備高壓甲銨冷凝器已經老化，出現了裂紋甚至泄漏現象，給安全生產帶來了重大的隱患。進口高壓甲銨冷凝器設備不僅要花費巨額的外匯，制造周期也無法滿足生產的需要。因此，高壓甲銨冷凝器的國產化是非常必要的。

1 概況

高壓甲銨冷凝器是尿素裝置中較關鍵的設備之一，中油股份烏魯木齊石化分公司化肥廠一尿素裝置建成投產于1985年7月，該設備整個從國外引進，至今已服役多年。目前高壓甲銨冷凝器（202-C）存在的主要問題是：①部分列管在管板區有明顯的應力腐蝕（SCC）現象，隨著時間的延長，在管板區的列管有可能發生應力腐蝕開裂。②壁厚減薄很標，列管由于壁厚太薄開裂，設備存在著嚴重的安全隱患。③列管有活化腐蝕的明顯跡象，即列管內壁鈍化膜未被破壞，但手感明顯粗糙。根據化肥設備腐蝕檢測的經驗，管子一旦開始活化腐蝕，其腐蝕發展速度會很快,這說明該設備進入壽命的晚期，因此，設備的更新問題已迫在眉睫。為了節省投資和外匯，我們在參考原始設計，保證連接尺寸，滿足現工藝要求的基礎上對甲銨冷凝器進行國產化設計。高壓甲銨冷凝器為帶膨脹節的固定管板式換熱器（圖1），設計參數見表1。

2 選材

2.1 設備材料

該設備管程內介質為腐蝕性很強的甲銨，且為高壓，要求材料即具有高強度而又耐腐蝕，管箱封頭采用德國強度較高的鋼號19Mn6鋼板，相當于在16MnR材料的基礎上添加一些合金元素，其材料的屈服強度和抗拉強度高于我國的16MnR，且國內可以生產。管箱筒體、管板、人孔采用國內20MnMo鍛鋼。管箱與介質接觸的內表面堆焊X2CrNiMo25-22-2尿素級不銹鋼。換熱管采用進口鋼管X2CrNiMo25-22-2，材料標準為DIN17440。高壓管箱接管采用316Lmod，即316L的改良型，抗腐蝕能力優于316L。

2.2 尿素級不銹鋼的焊接材料

2.2.1 帶很堆焊

渡層及耐蝕層均為：

焊帶：SANDIVIK25—22—2LMN（60×0.5）

焊劑：SOUDAMETAL 13BLFI

2.2.2 手工電弧焊

手工堆焊過渡層和耐蝕層及襯里焊縫

FILARC BM310Mo—L

2.2.3 氬弧焊

焊絲：SANDIVIK25—22—2LMN

保護氣：99.99% 氬氣

材料化學成分見表2，力學性能見表3。

2.3 尿素級不銹鋼堆焊層晶間腐蝕傾向試驗應滿足：五個周期的平均腐蝕速率CR應符合下列規定：①316LMoD不銹鋼CR≤2.0μm/48h。②25-22-2型不銹鋼CR≤1.0μm/48h。 以上尿素級不銹鋼材料（包括熔敷金屬），金相組織在焊接或較終熱處理后應為單相奧氏體組織，不得有連續網狀碳化物或σ相存在，鐵素體含量不得大于0.4%。

3 結構設計

高壓管箱球封頭部分耐腐蝕層，分兩次堆焊，總厚度為8mm,其中4mm為過渡層。筒體部分采用松襯，將耐腐蝕的襯板按容器的殼體形狀貼合于容器內壁，襯板間施行對接焊。由于整體襯里焊后，焊縫要收縮，因此在襯里與殼體之間存在間隙，經過水壓試驗后相當于進行一次液壓脹緊，控制較大間隙不很過1mm。水壓試驗合格后對焊縫進行氨滲漏檢驗。襯里設檢漏系統，在襯里容器外殼上開若干檢漏孔，使襯里與外殼之間相通，在襯里筒節的封閉區間，檢漏孔盡量靠近焊縫附近。

上下人孔平墊密封采用組合式墊片，材質為316L的齒形墊上下覆蓋石棉墊，石棉板氯離子含量≤100ppm，石棉墊厚度大于齒高，使石棉墊被壓入齒槽內后仍高出齒頂0.1mm以上。這種組合墊的特點是：預緊螺栓時，利用作用在金屬齒形墊上垂直于齒角的力，來壓緊和穩固填充在齒槽內的石棉墊，以次彌補石棉強度低，容易擠斷的不足，充分發揮各自的優點，使其能在高溫高壓和強腐蝕介質作用下具有良好的密封性能。

密封面襯里采用不銹鋼鑲環結構，預先在母體上開槽堆焊不銹鋼過渡層，保證焊環與碳鋼母體焊接好，減少焊接應力，焊接完畢，熱處理后再較后加工密封面。 帶襯里的高壓接管焊接結構，焊接坡口先堆焊一層4mm的不銹鋼過渡層，消除應力退火后再焊接管，開孔補強采用鍛件凸緣，為確保焊接質量，在筒體開孔及凸緣上均留出加工余量,焊后再車去。

殼程為減少溫差給換熱管帶來的應力，殼體設兩波單層U形膨脹節，考慮總的軸向變形為26mm。材料為柔性較好的0Cr18Ni9不銹鋼，由于管束較長(L=12171mm)為防止震動及支持換熱管，用格柵結構代替折流板。

4 焊后熱處理

高壓管箱的熱處理在過渡層堆焊完畢后進行。與奧氏體材料相鄰的碳鋼進行焊后熱處理時，在奧氏體材料的任何部位較高溫度為510℃，熱處理爐溫度應保持均勻，在保證恒溫的一段足夠長時間，其溫度較大偏差為上下14℃，爐內的氣氛應進行控制以防鋼的過分增碳或脫碳。

5 壓力試驗

設備制造完畢后進行壓力試驗。由于管程材質為尿素級不銹鋼材料所以對水壓驗介質提出特殊要求：水的溫度不得低于大氣露點溫度，較低溫度不低于15℃，管側氯離子含量不大于2PPM。該設備管程的設計壓力遠大于殼程，必須考慮換熱管與管板連接接頭嚴密性試驗。①換熱管和管板的道焊縫用0.05～0.1MPa的空氣試漏。②換熱管和管板的較后一道焊縫（在殼程水壓試驗前）充入10%～30%（體積）氨氣進行氨滲漏。管程水壓試驗后應對管程襯里進行致密性試驗以保證高壓設備的安全，采用充入100%氨氣法進行氨滲漏：將氨氣從高壓檢漏孔充入外殼與松襯的間隙內，充氨壓力達2～3kPa,核算容器松襯在此外壓作用下不失穩。

6 結束語

高壓甲銨冷凝器制造完成后進行了更換，經過一年多的運行考核，安全平穩，各項性能參數達到了設計指標，滿足了尿素年產52萬噸的生產能力。故高壓甲銨冷凝器的國產化非常成功，并達到了國內先進水平。