[发明专利]耐腐蚀流体传导部件及利用其的装置和部件置换方法

说明书

此案是申请日为2005年7月26日、中国申请号为201010572464.1、发明名称为“耐腐蚀流体传导部件及利用其的装置和部件置换方法”的第一分案申请的第二分案申请。其中第一分案申请为申请日为2005年7月26日、中国申请号为200580028772.5、发明名称为“耐腐蚀流体传导部件及利用其的装置和部件置换方法”的发明申请的分案申请。

技术背景

技术领域

本发明涉及耐腐蚀流体传导部件，以及涉及包含一个或更多个所述部件的装置。本发明还涉及以改进的、耐腐蚀性流体传导部件置换装置制品的一个或多个传导部件的方法。本发明进一步涉及冷加工多层制品，由该制品可制成耐腐蚀性流体传导部件。

技术背景的说明

各种各样的工艺方法和装置是在很高的压力和温度下进行操作的。例如，全世界工业规模合成尿素的工艺都包括氨和二氧化碳在超过150℃(302°F)的温度和接近150巴(15.0MPa)压力下的高压反应器中进行反应的。该方法众所周知并且阐述于例如美国专利号4210600、4899813、6010669和6412684中。在所述方法中，一般是过量的氨，和二氧化碳在一个或多个反应器中进行反应，作为最终产品获得一种含尿素、未转化成尿素的氨基甲酸铵的水溶液，和在合成中使用的过量氨。

在尿素合成的过程中，在氨基甲酸铵处于最高浓度和温度下出现最强的腐蚀条件。尽管这些条件出现在工艺过程中最关键的步骤中，仅有相对不多的材料能经受所述条件而不遭受显著的腐蚀，从而导致装置出事故。制造尿素合成装置的材料在过去时间中部分包括，AISI 316L不锈钢、INOX25/22/2Cr/Ni/Mo不锈钢、铅、钛、不锈钢和锆。

当尿素合成工艺首次开发时，使用“尿素级”奥氏体-铁素体不锈钢和其它适当级别的不锈钢。合成装置包括具有垂直管束的汽提塔，在汽提塔内尿素工作介质分解和冷凝。尿素工作介质流经管的内部容积，而饱和蒸汽在管的外部循环和冷凝。冷凝的蒸汽提供必要的能量以分解管内过量氨和氨基甲酸铵成为尿素和水。汽提塔中的管间的间距由管板保持，包括管通过的环形孔并且各管还通过强焊而结合到管板表面。

不多的材料能经住汽提塔管所承受的内部和外部条件，而不经受历时的显著腐蚀和/或侵蚀。用于汽提塔管的不锈钢的耐腐蚀性在很大程度上取决于管中尿素溶液是否是均匀的和均匀分布在管的表面上，致使钝化不锈钢(溶液提供部分钝化氧)。假若管内表面不是完全和连续湿润，则不锈钢将腐蚀。假若操作装置是在稳态条件和较高生产力下操作，则不锈钢管将顺利地运行。然而，假若装置是在较低生产力下操作，则在汽提塔管中的尿素工作介质的分布会不均匀或管道会包含未湿润的不完全钝化的内表面，从而导致腐蚀。因此，尚未发现目前可获得的不锈钢是可用于尿素合成工艺中可靠的汽提塔管的材料。

使用不锈钢以解决腐蚀问题，经30多年开发出由钛制造尿素合成装置。在这种设计中，钛包层汽提塔包括与钛包层管板连接的固体钛管。当把这种设计安排使用中时，垂直放置的汽提塔管在管强焊熔融到汽提塔管板附近的区域内经受了腐蚀和侵蚀。也注意到侵蚀和腐蚀在管的第一个1米(39.4英寸)长度内。在这个区域内，氨基甲酸铵处于最高浓度和温度下，并分解和冷凝，假设侵蚀/腐蚀的出现是由于在这个区域内在流体方向、流体撞击或急速蒸发中的突变所致。在确定钛汽提塔管腐蚀/侵蚀习性后，重新设计装置以使汽提塔单元能头尾倒转，由此在置换管前使侵蚀/腐蚀出现在汽提塔管两端是必要的。尽管这样几乎使汽提塔管的使用寿命加倍，但它并不是对单元腐蚀问题持久的解决方案，并且许多用钛汽提塔管制造的尿素加工单元已经受某种程度的侵蚀/腐蚀难题。

为进一步解决在尿素汽提塔中所经受的侵蚀/腐蚀，引入用锆制造的汽提塔管，如U.S.专利号4899813中所述。因为锆比钛和不锈钢贵的多，所以早期的锆-装备的汽提塔管被设计成包括不锈钢外管(一般2mm(0.8英寸)的最小厚度)和在不锈钢管内机械结合(紧密配合)锆的较薄的管内衬(一般0.7mm(0.03英寸))的最小厚度。机械连接必须保持锆衬就位，这可通过扩大锆内衬的内径而实现，以便在不锈钢外管中的紧密配合。所得紧配合双层管的不锈钢外管具有机械强度也比固体锆管降低了费用。较薄的锆衬提供了改进的耐腐蚀性。为这种应用选择了锆，因为它在高腐蚀性、高压、高温环境下显示优良的耐腐蚀性。