摘 要：生產(chǎn)尿素最不能缺少的設(shè)備就是尿素合成塔。然而截止到目前為止，國內(nèi)已經(jīng)發(fā)生過數(shù)起尿素合成塔爆炸事件。其爆炸的主要原因大部分是由于外層板裂紋而造成的。文章通過對某廠尿素合成塔外壁帶有裂紋的層板樣品進(jìn)行外層板的外部檢查、尿素合成塔外層板的試驗研究、外壁材料研究、層板的應(yīng)力研究以及外層板裂紋綜合成因研究從而得出其產(chǎn)生裂紋的原因，找尋相應(yīng)的預(yù)防對策。

關(guān)鍵詞：尿素合成塔；外層板裂紋；原因分析；對策研究

1 某項目尿素合成塔現(xiàn)狀

國內(nèi)某項目中的尿素合成塔為多層包扎式結(jié)構(gòu)。型號為X2GrNiMo18143Mod的不銹鋼板是構(gòu)成其內(nèi)里的主要材料。盲層采用的是型號為15MnVRC的鋼板。內(nèi)里厚度和盲層厚度分別是9mm和7mm。在全部的14層層板中，主要使用了厚度為7mm的15MnVRC鋼板。僅有一層使用了厚度為13mm的16MnR鋼板。整臺尿素合成塔的管體由9個管節(jié)經(jīng)過深環(huán)焊縫工藝組合而成。管體內(nèi)部直徑達(dá)到1300mm。此款尿素合成塔的設(shè)計壓力和溫度分別為21.54 MPa和195℃。具體運行壓力和溫度分別為19.5MPa和189℃。有關(guān)15MnVRC鋼板的化學(xué)成分以及力學(xué)性能的詳細(xì)資料，參見表1所示。

此臺尿素合成塔于2003年在該廠的相關(guān)項目中予以使用。在正常運作10年之后，發(fā)現(xiàn)在第4節(jié)和第5節(jié)管節(jié)上出現(xiàn)了很多裂紋。并且因此而被廠家停用。通過相關(guān)技術(shù)人員對此尿素合成塔的內(nèi)部材料進(jìn)行細(xì)致檢查后發(fā)現(xiàn)，并沒有出現(xiàn)任何問題。因此可以得出外層板裂縫與內(nèi)里無關(guān)的結(jié)論。因此需要對尿素合成塔外層板上的多處裂紋產(chǎn)生的原因展開詳細(xì)的研究。

從尿素合成塔出現(xiàn)裂紋的外層板樣品上可以看出，裂紋的紋路為分散式。裂紋嚴(yán)重的部位為深環(huán)焊縫的接口處以及周圍部分。裂紋在管體表面展現(xiàn)出的紋路與深環(huán)焊縫處呈90度角。

2 尿塔外層板的試驗研究

通過超聲波儀器檢測了外層板出現(xiàn)裂紋部分的厚度。測試結(jié)果詳細(xì)見表2。就材料對參數(shù)方面的要求來看，15MnVRC鋼板要求GB6655-86的厚度允許存在0.5mm的誤差。由此不難看出，通過儀器測量所得出的厚度值與材料本身所要求的厚度值基本一致，處于允許誤差的范圍當(dāng)中。這表示外層板出現(xiàn)裂紋的部分厚度沒有太大問題。

3 外壁材料研究

在所有鋼材材料中，15MnVRC具有合金程度低，強度高的特點。因此也經(jīng)常會作為尿素合成塔等多種制壓力容器的外層板來被廣為應(yīng)用。然而在15MnVRC中，由于添加了Mn、V、Mn這些能夠用于分解氧氣、促進(jìn)晶格畸變的成分，從而增加了15MnVRC鋼材的強度和硬度。然而卻造成了柔韌性和塑造性的降低。這就給材料裂紋的產(chǎn)生埋下了伏筆。從相關(guān)數(shù)據(jù)中可以得知，一些由15MnVRC鋼材為主要材料的制壓力容器由于開裂而造成了生產(chǎn)事故的發(fā)生。所以在2005年，國家質(zhì)監(jiān)局還發(fā)布了《關(guān)于增強尿素合成塔質(zhì)檢工作的通知》。在通知中，特別提出了禁止將15MnVRC鋼材用于尿素合成塔的生產(chǎn)制造中。在今后將使用16MnR20R材料代替15MnVRC材料。

除此之外，值得一提的是15MnVRC的合金程度低，因此在遇到堿性溶液的時候都會引發(fā)腐蝕性反應(yīng)。在溫度越高、堿性溶液濃度越高的時候，15MnVRC引發(fā)的腐蝕性反應(yīng)就越為強烈，極易造成堿脆的產(chǎn)生。

4 外層板的應(yīng)力研究

多層包扎是工業(yè)設(shè)備行業(yè)中被廣為認(rèn)可的一種結(jié)構(gòu)形式。其具有使用程度高、安全性高等特點。因此也經(jīng)常被用于尿素合成塔中。多層包扎式結(jié)構(gòu)是將內(nèi)管與外管緊密地裹在一起，內(nèi)管與外管之間擁有一定的壓應(yīng)力。當(dāng)內(nèi)管與外管完成包扎之后，內(nèi)管承受壓縮預(yù)應(yīng)力效果，而外管受拉伸預(yù)應(yīng)力效果。然而當(dāng)尿素合成塔中出現(xiàn)高壓時，整個管道內(nèi)壁的應(yīng)力情況將會造成改變。隨著尿毒合成塔內(nèi)部溫度的不斷增加，還出產(chǎn)生想要的熱應(yīng)力。除此之外，在深環(huán)焊縫部位由于不具有熱處理的能力，因此也會產(chǎn)生另外一個應(yīng)力。在這個時候，外層板就會被多個累積應(yīng)力所作用。

5 外層板裂紋綜合成因研究

外層板表面的裂紋明顯，具體表現(xiàn)為分散式開裂。從裂紋開裂的方式來看，其具有應(yīng)力腐蝕性表現(xiàn)。通過斷口電鏡掃檢查得出的數(shù)據(jù)表明，斷口出現(xiàn)了雙重開裂。通過對尿素塔蒸汽的純度進(jìn)行研究，得出能夠?qū)?5MnVRC造成腐蝕性的離子濃度含量不高，不會對15MnVRC造成嚴(yán)重的腐蝕。然而在檢查換熱器時，卻發(fā)現(xiàn)了換熱器存在泄漏，并證明其已經(jīng)被污染的結(jié)論。除此之外，還發(fā)現(xiàn)保溫層也出現(xiàn)了一定的隱患。運行壓力、熱應(yīng)力以及深環(huán)焊縫部位的應(yīng)力進(jìn)行累積之后，也會給外層板造成一定的影響。

總的來說，該廠的尿素合成塔外層板開裂主要是由于整體中存在具有強腐蝕性的物質(zhì)、熱換器的泄漏污染、保溫層的老化以及各種對外層板累積的應(yīng)力所共同造成的結(jié)果。預(yù)防措施如下：

（1）經(jīng)過對該廠因外層板開裂而停用的尿素合成塔進(jìn)行全面細(xì)致的研究檢查后得知，該廠沒有將尿素合成塔外部的保溫層及時拆掉，這讓外部保溫層始終覆蓋于尿素合成塔表面，影響了設(shè)備檢查部門對尿素合成塔外層板的及時檢查。因此該廠在今后一定要增強對尿素合成塔表面的關(guān)注。制定相應(yīng)的檢查計劃，提高對外層板檢查工作的力度。保證檢查部門能夠定量定時地對尿素合成塔的內(nèi)外部進(jìn)行系統(tǒng)的檢查。

（2）嚴(yán)格記錄每一次對尿素合成塔進(jìn)行檢查時的情況和數(shù)據(jù)。并且對尿素合成塔的內(nèi)外部分都要進(jìn)行詳細(xì)的檢查。拆除設(shè)備上不必要的部分，如外部保溫層等。

（3）堅決避免通過氨滲漏的方式對外層板展開檢漏工作。應(yīng)該選擇不具有腐蝕性的氣體來完成此項檢漏工作。

（4）在使用尿素合成塔的過程中，一定要按照國家所指定的標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行。按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定中的設(shè)備使用和維護(hù)時間，對其內(nèi)部進(jìn)行徹底地雜質(zhì)清掃，保證塔內(nèi)的整潔度。在啟動設(shè)備的時候，一定要控制好設(shè)備的增溫程度，切忌不能出現(xiàn)迅速增溫的情況發(fā)生。因為在迅速增溫的時候會增加外層的受應(yīng)力。如果在氣溫較低的情況下使用設(shè)備，更應(yīng)該遵守相應(yīng)的使用規(guī)定，保證尿素合成塔安全穩(wěn)定地運行。

（5）嚴(yán)控火源火種的出現(xiàn)。通過使用降氧式、增氨式以及脫氫式來消除氣體爆炸隱患。采用降氧式就是降低增氧的含量，增氧量不可超過0.49%。這是防止造成氣體爆炸的最有效的方式之一。由于在尿素合成塔中，主要能夠支持燃燒的氣體就是氨和氫氧。在同一范圍內(nèi)，氫氧的爆炸程度遠(yuǎn)高于氨。因此通過增加氨在混合氣體中的比例，可以起到很好的防爆作用。另外，二氧化碳是造成氫產(chǎn)生的最主要的原料。而氫對于尿素的合成毫無作用。所以可以利用脫氫設(shè)備將二氧化碳中的所有氫進(jìn)行去除，從而降低爆炸的發(fā)生。

（6）增加管節(jié)之間的焊接深度，防止腐蝕物質(zhì)對其進(jìn)行作用。

6 結(jié)束語

尿素合成塔是生產(chǎn)尿素不可缺少的設(shè)備。在尿素合成塔內(nèi)部具有承擔(dān)高溫、高壓、強腐蝕的特點。然而如果內(nèi)里部分出現(xiàn)泄漏，由內(nèi)部化學(xué)物質(zhì)對外層板進(jìn)行腐蝕或者外層板出現(xiàn)嚴(yán)重裂縫的時候，內(nèi)部化學(xué)物質(zhì)就會穿透管壁，引發(fā)爆炸。不論是國內(nèi)還是國外，都曾發(fā)生過尿素合成塔爆炸事故。因此對于尿素加工廠來說，一定要重視尿素合成塔外層板情況。

參考文獻(xiàn)

[1]宋明大，土威強，趙亞風(fēng)，等.多層包扎尿素介成塔應(yīng)力狀況分析[J]機械強度，2008（1）： 5-6

[2]陳才金，宋炳華，向晨.金屬應(yīng)力腐蝕開裂研究的進(jìn)展[M].杭州：浙江科學(xué)技術(shù)出版社，1988.

[3]土威強，李夢麗，徐書根，等.尿素介成塔爆炸及層板嚴(yán)重腐蝕開裂原因分析[J]金屬熱處理，2007（S1）：80-82

[4]呂延茂.Φ1.4m尿素合成塔基體應(yīng)力腐蝕裂紋分析[C].全國中氮情報協(xié)作組第24次技術(shù)交流會論文集，北京：中氮肥，2006：48-51.

作者簡介：龍帆（1983-），男，漢族，本科生，四川瀘州，工作單位：寧夏捷美豐友化工有限公司，研究方向：化工機械技術(shù)管理。endprint

摘 要：生產(chǎn)尿素最不能缺少的設(shè)備就是尿素合成塔。然而截止到目前為止，國內(nèi)已經(jīng)發(fā)生過數(shù)起尿素合成塔爆炸事件。其爆炸的主要原因大部分是由于外層板裂紋而造成的。文章通過對某廠尿素合成塔外壁帶有裂紋的層板樣品進(jìn)行外層板的外部檢查、尿素合成塔外層板的試驗研究、外壁材料研究、層板的應(yīng)力研究以及外層板裂紋綜合成因研究從而得出其產(chǎn)生裂紋的原因，找尋相應(yīng)的預(yù)防對策。

關(guān)鍵詞：尿素合成塔；外層板裂紋；原因分析；對策研究

1 某項目尿素合成塔現(xiàn)狀

國內(nèi)某項目中的尿素合成塔為多層包扎式結(jié)構(gòu)。型號為X2GrNiMo18143Mod的不銹鋼板是構(gòu)成其內(nèi)里的主要材料。盲層采用的是型號為15MnVRC的鋼板。內(nèi)里厚度和盲層厚度分別是9mm和7mm。在全部的14層層板中，主要使用了厚度為7mm的15MnVRC鋼板。僅有一層使用了厚度為13mm的16MnR鋼板。整臺尿素合成塔的管體由9個管節(jié)經(jīng)過深環(huán)焊縫工藝組合而成。管體內(nèi)部直徑達(dá)到1300mm。此款尿素合成塔的設(shè)計壓力和溫度分別為21.54 MPa和195℃。具體運行壓力和溫度分別為19.5MPa和189℃。有關(guān)15MnVRC鋼板的化學(xué)成分以及力學(xué)性能的詳細(xì)資料，參見表1所示。

此臺尿素合成塔于2003年在該廠的相關(guān)項目中予以使用。在正常運作10年之后，發(fā)現(xiàn)在第4節(jié)和第5節(jié)管節(jié)上出現(xiàn)了很多裂紋。并且因此而被廠家停用。通過相關(guān)技術(shù)人員對此尿素合成塔的內(nèi)部材料進(jìn)行細(xì)致檢查后發(fā)現(xiàn)，并沒有出現(xiàn)任何問題。因此可以得出外層板裂縫與內(nèi)里無關(guān)的結(jié)論。因此需要對尿素合成塔外層板上的多處裂紋產(chǎn)生的原因展開詳細(xì)的研究。

從尿素合成塔出現(xiàn)裂紋的外層板樣品上可以看出，裂紋的紋路為分散式。裂紋嚴(yán)重的部位為深環(huán)焊縫的接口處以及周圍部分。裂紋在管體表面展現(xiàn)出的紋路與深環(huán)焊縫處呈90度角。

2 尿塔外層板的試驗研究

通過超聲波儀器檢測了外層板出現(xiàn)裂紋部分的厚度。測試結(jié)果詳細(xì)見表2。就材料對參數(shù)方面的要求來看，15MnVRC鋼板要求GB6655-86的厚度允許存在0.5mm的誤差。由此不難看出，通過儀器測量所得出的厚度值與材料本身所要求的厚度值基本一致，處于允許誤差的范圍當(dāng)中。這表示外層板出現(xiàn)裂紋的部分厚度沒有太大問題。

3 外壁材料研究

在所有鋼材材料中，15MnVRC具有合金程度低，強度高的特點。因此也經(jīng)常會作為尿素合成塔等多種制壓力容器的外層板來被廣為應(yīng)用。然而在15MnVRC中，由于添加了Mn、V、Mn這些能夠用于分解氧氣、促進(jìn)晶格畸變的成分，從而增加了15MnVRC鋼材的強度和硬度。然而卻造成了柔韌性和塑造性的降低。這就給材料裂紋的產(chǎn)生埋下了伏筆。從相關(guān)數(shù)據(jù)中可以得知，一些由15MnVRC鋼材為主要材料的制壓力容器由于開裂而造成了生產(chǎn)事故的發(fā)生。所以在2005年，國家質(zhì)監(jiān)局還發(fā)布了《關(guān)于增強尿素合成塔質(zhì)檢工作的通知》。在通知中，特別提出了禁止將15MnVRC鋼材用于尿素合成塔的生產(chǎn)制造中。在今后將使用16MnR20R材料代替15MnVRC材料。

除此之外，值得一提的是15MnVRC的合金程度低，因此在遇到堿性溶液的時候都會引發(fā)腐蝕性反應(yīng)。在溫度越高、堿性溶液濃度越高的時候，15MnVRC引發(fā)的腐蝕性反應(yīng)就越為強烈，極易造成堿脆的產(chǎn)生。

4 外層板的應(yīng)力研究

多層包扎是工業(yè)設(shè)備行業(yè)中被廣為認(rèn)可的一種結(jié)構(gòu)形式。其具有使用程度高、安全性高等特點。因此也經(jīng)常被用于尿素合成塔中。多層包扎式結(jié)構(gòu)是將內(nèi)管與外管緊密地裹在一起，內(nèi)管與外管之間擁有一定的壓應(yīng)力。當(dāng)內(nèi)管與外管完成包扎之后，內(nèi)管承受壓縮預(yù)應(yīng)力效果，而外管受拉伸預(yù)應(yīng)力效果。然而當(dāng)尿素合成塔中出現(xiàn)高壓時，整個管道內(nèi)壁的應(yīng)力情況將會造成改變。隨著尿毒合成塔內(nèi)部溫度的不斷增加，還出產(chǎn)生想要的熱應(yīng)力。除此之外，在深環(huán)焊縫部位由于不具有熱處理的能力，因此也會產(chǎn)生另外一個應(yīng)力。在這個時候，外層板就會被多個累積應(yīng)力所作用。

5 外層板裂紋綜合成因研究

外層板表面的裂紋明顯，具體表現(xiàn)為分散式開裂。從裂紋開裂的方式來看，其具有應(yīng)力腐蝕性表現(xiàn)。通過斷口電鏡掃檢查得出的數(shù)據(jù)表明，斷口出現(xiàn)了雙重開裂。通過對尿素塔蒸汽的純度進(jìn)行研究，得出能夠?qū)?5MnVRC造成腐蝕性的離子濃度含量不高，不會對15MnVRC造成嚴(yán)重的腐蝕。然而在檢查換熱器時，卻發(fā)現(xiàn)了換熱器存在泄漏，并證明其已經(jīng)被污染的結(jié)論。除此之外，還發(fā)現(xiàn)保溫層也出現(xiàn)了一定的隱患。運行壓力、熱應(yīng)力以及深環(huán)焊縫部位的應(yīng)力進(jìn)行累積之后，也會給外層板造成一定的影響。

總的來說，該廠的尿素合成塔外層板開裂主要是由于整體中存在具有強腐蝕性的物質(zhì)、熱換器的泄漏污染、保溫層的老化以及各種對外層板累積的應(yīng)力所共同造成的結(jié)果。預(yù)防措施如下：

（1）經(jīng)過對該廠因外層板開裂而停用的尿素合成塔進(jìn)行全面細(xì)致的研究檢查后得知，該廠沒有將尿素合成塔外部的保溫層及時拆掉，這讓外部保溫層始終覆蓋于尿素合成塔表面，影響了設(shè)備檢查部門對尿素合成塔外層板的及時檢查。因此該廠在今后一定要增強對尿素合成塔表面的關(guān)注。制定相應(yīng)的檢查計劃，提高對外層板檢查工作的力度。保證檢查部門能夠定量定時地對尿素合成塔的內(nèi)外部進(jìn)行系統(tǒng)的檢查。

（2）嚴(yán)格記錄每一次對尿素合成塔進(jìn)行檢查時的情況和數(shù)據(jù)。并且對尿素合成塔的內(nèi)外部分都要進(jìn)行詳細(xì)的檢查。拆除設(shè)備上不必要的部分，如外部保溫層等。

（3）堅決避免通過氨滲漏的方式對外層板展開檢漏工作。應(yīng)該選擇不具有腐蝕性的氣體來完成此項檢漏工作。

（4）在使用尿素合成塔的過程中，一定要按照國家所指定的標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行。按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定中的設(shè)備使用和維護(hù)時間，對其內(nèi)部進(jìn)行徹底地雜質(zhì)清掃，保證塔內(nèi)的整潔度。在啟動設(shè)備的時候，一定要控制好設(shè)備的增溫程度，切忌不能出現(xiàn)迅速增溫的情況發(fā)生。因為在迅速增溫的時候會增加外層的受應(yīng)力。如果在氣溫較低的情況下使用設(shè)備，更應(yīng)該遵守相應(yīng)的使用規(guī)定，保證尿素合成塔安全穩(wěn)定地運行。

（5）嚴(yán)控火源火種的出現(xiàn)。通過使用降氧式、增氨式以及脫氫式來消除氣體爆炸隱患。采用降氧式就是降低增氧的含量，增氧量不可超過0.49%。這是防止造成氣體爆炸的最有效的方式之一。由于在尿素合成塔中，主要能夠支持燃燒的氣體就是氨和氫氧。在同一范圍內(nèi)，氫氧的爆炸程度遠(yuǎn)高于氨。因此通過增加氨在混合氣體中的比例，可以起到很好的防爆作用。另外，二氧化碳是造成氫產(chǎn)生的最主要的原料。而氫對于尿素的合成毫無作用。所以可以利用脫氫設(shè)備將二氧化碳中的所有氫進(jìn)行去除，從而降低爆炸的發(fā)生。

（6）增加管節(jié)之間的焊接深度，防止腐蝕物質(zhì)對其進(jìn)行作用。

6 結(jié)束語

尿素合成塔是生產(chǎn)尿素不可缺少的設(shè)備。在尿素合成塔內(nèi)部具有承擔(dān)高溫、高壓、強腐蝕的特點。然而如果內(nèi)里部分出現(xiàn)泄漏，由內(nèi)部化學(xué)物質(zhì)對外層板進(jìn)行腐蝕或者外層板出現(xiàn)嚴(yán)重裂縫的時候，內(nèi)部化學(xué)物質(zhì)就會穿透管壁，引發(fā)爆炸。不論是國內(nèi)還是國外，都曾發(fā)生過尿素合成塔爆炸事故。因此對于尿素加工廠來說，一定要重視尿素合成塔外層板情況。

參考文獻(xiàn)

[1]宋明大，土威強，趙亞風(fēng)，等.多層包扎尿素介成塔應(yīng)力狀況分析[J]機械強度，2008（1）： 5-6

[2]陳才金，宋炳華，向晨.金屬應(yīng)力腐蝕開裂研究的進(jìn)展[M].杭州：浙江科學(xué)技術(shù)出版社，1988.

[3]土威強，李夢麗，徐書根，等.尿素介成塔爆炸及層板嚴(yán)重腐蝕開裂原因分析[J]金屬熱處理，2007（S1）：80-82

[4]呂延茂.Φ1.4m尿素合成塔基體應(yīng)力腐蝕裂紋分析[C].全國中氮情報協(xié)作組第24次技術(shù)交流會論文集，北京：中氮肥，2006：48-51.

作者簡介：龍帆（1983-），男，漢族，本科生，四川瀘州，工作單位：寧夏捷美豐友化工有限公司，研究方向：化工機械技術(shù)管理。endprint

摘 要：生產(chǎn)尿素最不能缺少的設(shè)備就是尿素合成塔。然而截止到目前為止，國內(nèi)已經(jīng)發(fā)生過數(shù)起尿素合成塔爆炸事件。其爆炸的主要原因大部分是由于外層板裂紋而造成的。文章通過對某廠尿素合成塔外壁帶有裂紋的層板樣品進(jìn)行外層板的外部檢查、尿素合成塔外層板的試驗研究、外壁材料研究、層板的應(yīng)力研究以及外層板裂紋綜合成因研究從而得出其產(chǎn)生裂紋的原因，找尋相應(yīng)的預(yù)防對策。

關(guān)鍵詞：尿素合成塔；外層板裂紋；原因分析；對策研究

1 某項目尿素合成塔現(xiàn)狀

國內(nèi)某項目中的尿素合成塔為多層包扎式結(jié)構(gòu)。型號為X2GrNiMo18143Mod的不銹鋼板是構(gòu)成其內(nèi)里的主要材料。盲層采用的是型號為15MnVRC的鋼板。內(nèi)里厚度和盲層厚度分別是9mm和7mm。在全部的14層層板中，主要使用了厚度為7mm的15MnVRC鋼板。僅有一層使用了厚度為13mm的16MnR鋼板。整臺尿素合成塔的管體由9個管節(jié)經(jīng)過深環(huán)焊縫工藝組合而成。管體內(nèi)部直徑達(dá)到1300mm。此款尿素合成塔的設(shè)計壓力和溫度分別為21.54 MPa和195℃。具體運行壓力和溫度分別為19.5MPa和189℃。有關(guān)15MnVRC鋼板的化學(xué)成分以及力學(xué)性能的詳細(xì)資料，參見表1所示。

此臺尿素合成塔于2003年在該廠的相關(guān)項目中予以使用。在正常運作10年之后，發(fā)現(xiàn)在第4節(jié)和第5節(jié)管節(jié)上出現(xiàn)了很多裂紋。并且因此而被廠家停用。通過相關(guān)技術(shù)人員對此尿素合成塔的內(nèi)部材料進(jìn)行細(xì)致檢查后發(fā)現(xiàn)，并沒有出現(xiàn)任何問題。因此可以得出外層板裂縫與內(nèi)里無關(guān)的結(jié)論。因此需要對尿素合成塔外層板上的多處裂紋產(chǎn)生的原因展開詳細(xì)的研究。

從尿素合成塔出現(xiàn)裂紋的外層板樣品上可以看出，裂紋的紋路為分散式。裂紋嚴(yán)重的部位為深環(huán)焊縫的接口處以及周圍部分。裂紋在管體表面展現(xiàn)出的紋路與深環(huán)焊縫處呈90度角。

2 尿塔外層板的試驗研究

通過超聲波儀器檢測了外層板出現(xiàn)裂紋部分的厚度。測試結(jié)果詳細(xì)見表2。就材料對參數(shù)方面的要求來看，15MnVRC鋼板要求GB6655-86的厚度允許存在0.5mm的誤差。由此不難看出，通過儀器測量所得出的厚度值與材料本身所要求的厚度值基本一致，處于允許誤差的范圍當(dāng)中。這表示外層板出現(xiàn)裂紋的部分厚度沒有太大問題。

3 外壁材料研究

在所有鋼材材料中，15MnVRC具有合金程度低，強度高的特點。因此也經(jīng)常會作為尿素合成塔等多種制壓力容器的外層板來被廣為應(yīng)用。然而在15MnVRC中，由于添加了Mn、V、Mn這些能夠用于分解氧氣、促進(jìn)晶格畸變的成分，從而增加了15MnVRC鋼材的強度和硬度。然而卻造成了柔韌性和塑造性的降低。這就給材料裂紋的產(chǎn)生埋下了伏筆。從相關(guān)數(shù)據(jù)中可以得知，一些由15MnVRC鋼材為主要材料的制壓力容器由于開裂而造成了生產(chǎn)事故的發(fā)生。所以在2005年，國家質(zhì)監(jiān)局還發(fā)布了《關(guān)于增強尿素合成塔質(zhì)檢工作的通知》。在通知中，特別提出了禁止將15MnVRC鋼材用于尿素合成塔的生產(chǎn)制造中。在今后將使用16MnR20R材料代替15MnVRC材料。

除此之外，值得一提的是15MnVRC的合金程度低，因此在遇到堿性溶液的時候都會引發(fā)腐蝕性反應(yīng)。在溫度越高、堿性溶液濃度越高的時候，15MnVRC引發(fā)的腐蝕性反應(yīng)就越為強烈，極易造成堿脆的產(chǎn)生。

4 外層板的應(yīng)力研究

多層包扎是工業(yè)設(shè)備行業(yè)中被廣為認(rèn)可的一種結(jié)構(gòu)形式。其具有使用程度高、安全性高等特點。因此也經(jīng)常被用于尿素合成塔中。多層包扎式結(jié)構(gòu)是將內(nèi)管與外管緊密地裹在一起，內(nèi)管與外管之間擁有一定的壓應(yīng)力。當(dāng)內(nèi)管與外管完成包扎之后，內(nèi)管承受壓縮預(yù)應(yīng)力效果，而外管受拉伸預(yù)應(yīng)力效果。然而當(dāng)尿素合成塔中出現(xiàn)高壓時，整個管道內(nèi)壁的應(yīng)力情況將會造成改變。隨著尿毒合成塔內(nèi)部溫度的不斷增加，還出產(chǎn)生想要的熱應(yīng)力。除此之外，在深環(huán)焊縫部位由于不具有熱處理的能力，因此也會產(chǎn)生另外一個應(yīng)力。在這個時候，外層板就會被多個累積應(yīng)力所作用。

5 外層板裂紋綜合成因研究

外層板表面的裂紋明顯，具體表現(xiàn)為分散式開裂。從裂紋開裂的方式來看，其具有應(yīng)力腐蝕性表現(xiàn)。通過斷口電鏡掃檢查得出的數(shù)據(jù)表明，斷口出現(xiàn)了雙重開裂。通過對尿素塔蒸汽的純度進(jìn)行研究，得出能夠?qū)?5MnVRC造成腐蝕性的離子濃度含量不高，不會對15MnVRC造成嚴(yán)重的腐蝕。然而在檢查換熱器時，卻發(fā)現(xiàn)了換熱器存在泄漏，并證明其已經(jīng)被污染的結(jié)論。除此之外，還發(fā)現(xiàn)保溫層也出現(xiàn)了一定的隱患。運行壓力、熱應(yīng)力以及深環(huán)焊縫部位的應(yīng)力進(jìn)行累積之后，也會給外層板造成一定的影響。

總的來說，該廠的尿素合成塔外層板開裂主要是由于整體中存在具有強腐蝕性的物質(zhì)、熱換器的泄漏污染、保溫層的老化以及各種對外層板累積的應(yīng)力所共同造成的結(jié)果。預(yù)防措施如下：

（1）經(jīng)過對該廠因外層板開裂而停用的尿素合成塔進(jìn)行全面細(xì)致的研究檢查后得知，該廠沒有將尿素合成塔外部的保溫層及時拆掉，這讓外部保溫層始終覆蓋于尿素合成塔表面，影響了設(shè)備檢查部門對尿素合成塔外層板的及時檢查。因此該廠在今后一定要增強對尿素合成塔表面的關(guān)注。制定相應(yīng)的檢查計劃，提高對外層板檢查工作的力度。保證檢查部門能夠定量定時地對尿素合成塔的內(nèi)外部進(jìn)行系統(tǒng)的檢查。

（2）嚴(yán)格記錄每一次對尿素合成塔進(jìn)行檢查時的情況和數(shù)據(jù)。并且對尿素合成塔的內(nèi)外部分都要進(jìn)行詳細(xì)的檢查。拆除設(shè)備上不必要的部分，如外部保溫層等。

（3）堅決避免通過氨滲漏的方式對外層板展開檢漏工作。應(yīng)該選擇不具有腐蝕性的氣體來完成此項檢漏工作。

（4）在使用尿素合成塔的過程中，一定要按照國家所指定的標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行。按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定中的設(shè)備使用和維護(hù)時間，對其內(nèi)部進(jìn)行徹底地雜質(zhì)清掃，保證塔內(nèi)的整潔度。在啟動設(shè)備的時候，一定要控制好設(shè)備的增溫程度，切忌不能出現(xiàn)迅速增溫的情況發(fā)生。因為在迅速增溫的時候會增加外層的受應(yīng)力。如果在氣溫較低的情況下使用設(shè)備，更應(yīng)該遵守相應(yīng)的使用規(guī)定，保證尿素合成塔安全穩(wěn)定地運行。

（5）嚴(yán)控火源火種的出現(xiàn)。通過使用降氧式、增氨式以及脫氫式來消除氣體爆炸隱患。采用降氧式就是降低增氧的含量，增氧量不可超過0.49%。這是防止造成氣體爆炸的最有效的方式之一。由于在尿素合成塔中，主要能夠支持燃燒的氣體就是氨和氫氧。在同一范圍內(nèi)，氫氧的爆炸程度遠(yuǎn)高于氨。因此通過增加氨在混合氣體中的比例，可以起到很好的防爆作用。另外，二氧化碳是造成氫產(chǎn)生的最主要的原料。而氫對于尿素的合成毫無作用。所以可以利用脫氫設(shè)備將二氧化碳中的所有氫進(jìn)行去除，從而降低爆炸的發(fā)生。

（6）增加管節(jié)之間的焊接深度，防止腐蝕物質(zhì)對其進(jìn)行作用。

6 結(jié)束語

尿素合成塔是生產(chǎn)尿素不可缺少的設(shè)備。在尿素合成塔內(nèi)部具有承擔(dān)高溫、高壓、強腐蝕的特點。然而如果內(nèi)里部分出現(xiàn)泄漏，由內(nèi)部化學(xué)物質(zhì)對外層板進(jìn)行腐蝕或者外層板出現(xiàn)嚴(yán)重裂縫的時候，內(nèi)部化學(xué)物質(zhì)就會穿透管壁，引發(fā)爆炸。不論是國內(nèi)還是國外，都曾發(fā)生過尿素合成塔爆炸事故。因此對于尿素加工廠來說，一定要重視尿素合成塔外層板情況。

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作者簡介：龍帆（1983-），男，漢族，本科生，四川瀘州，工作單位：寧夏捷美豐友化工有限公司，研究方向：化工機械技術(shù)管理。endprint