Способ изготовления двухслойного ламинированного элемента из нержавеющей стали, двухслойный ламинированный элемент, способ защиты от коррозии, способ функционального восстановления химического оборудования, химическое оборудование - RU2215655C2
Код документа: RU2215655C2
Описание
Настоящее изобретение относится к защитному покрытию для оборудования высокого давления, которое может быть использовано в процессах синтеза мочевины.
Более конкретно настоящее изобретение относится к покрытию для оборудования, способного выдерживать давления до 100 МПа, способному обеспечить адекватную защиту для относительно бароустойчивого корпуса, как правило изготовленного из углеродистой стали, от агрессивного воздействия обычных участвующих в процессе жидкостей в промышленных установках для получения мочевины, в частности по отношению к оборудованию, участвующему в цикле синтеза.
Технология конструкций химического оборудования высокого давления, несмотря на то, является ли оно реакторами, сепараторами, бойлерами и тому подобное, как правило, включает изготовление компактного корпуса, способного выдерживать рабочие давления, который гарантирует максимальную надежность и время работы механических узлов, снабженного необходимыми проходами для наружных сообщений и входа - выхода участвующих в процессе жидкостей. Наиболее широко используемым материалом для этой конструкции является сталь благодаря сочетанию ее высоких механических свойств, ее относительно низкой стоимости и коммерческой доступности.
Процессы производства мочевины, обычно используемые в промышленности, содержат, по меньшей мере, одну секцию, которая работает при высоких температурах и давлениях (петля синтеза), в которых участвующие в процессе жидкости, то есть вода, раствор аммиака и особенно солевые растворы становятся особенно агрессивными. Уже давно известно, что обычная углеродистая сталь не способна противостоять коррозивному воздействию этих жидкостей при высоких температурах, когда она находится в контакте с ними, подвергается постепенному разрушению, которое ослабляет структуру, вызывая выбросы в окружающую среду и даже взрывы.
В этих процессах аммиак, как правило, в избытке и двуокись углерода взаимодействуют в одном или нескольких реакторах, при давлениях, как правило, находящихся в пределах от 10 до 30 МПа, и температурах в пределах между 150 и 240oС, с получением водного раствора, содержащего мочевину, остаток непреобразованного карбамата аммония и избыток аммиака, используемого в синтезе. Этот водный раствор очищается от карбамата аммония, содержащегося в нем, путем его разложения в разлагателях, работающих последовательно, при постепенно уменьшающихся давлениях. В большинстве существующих процессов первый из этих разлагателей работает при давлениях, которые по существу равны или немного меньше, чем давление синтеза, и в основном состоит из испарителя-разлагателя (более широко известен как "стриппер", это определение будет использоваться в дальнейшем), в котором водный раствор мочевины нагревается с помощью внешнего пара в присутствии паровой фазы, в противотоке, который способствует разложению карбамата и в это же самое время действует в качестве увлекаемой жидкости из продуктов разложения. Поглотительные агенты могут быть инертными газами или аммиаком, или двуокисью углерода, или смесями инертных газов с аммиаком, и/или двуокисью углерода, очистка также может быть проведена путем использования избыточного аммония, растворенного в смеси, выходящей из реактора (автоочистка) впоследствии без введения другого внешнего агента.
Продукты разложения карбамата аммония (NH3 и CO2) вместе с возможными поглотительными агентами, включенными инертными газами, как правило, конденсируются в соответствующем конденсаторе с получением жидкой смеси, содержащей воду, аммоний и карбамат аммония, который рециклируется в реактор для синтеза. В более технологически совершенных установках эта стадия конденсации проводится при давлениях, по существу равных давлениям в реакторе или немного меньше.
В качестве ссылки, среди многих существующих патентов, могут быть рассмотрены патенты США 3886210, 4314077, 4137262 и опубликованная заявка на Европейский патент 504966, которые описывают способы получения мочевины с указанными выше характеристиками. Широкий диапазон способов, в основном используемых для получения мочевины, приведен в "Encyclopedia of Chemical Technology" 3rd Edition (1983), Vol.23, pages 548-574, John Wiley & Sons Ed.
Наиболее критические шаги при проведении процесса представляют собой такие шаги, при которых карбамат аммония находится при его наиболее высокой концентрации и наиболее высокой температуре, и, следовательно, в процессах, рассмотренных выше, эти шаги совпадают с оборудованием цикла синтеза, таким как реактор, стриппер и конденсатор карбамата аммония, которое является наиболее важным для рассмотрения и все работает при условиях, аналогичных или подобных условиям в реакторе. Проблема, которая должна быть решена в этом оборудовании, заключается в проблеме коррозии и/или эрозии, в частности, вызываемой контактом с растворами карбамата аммония при высоких температурах и давлениях, необходимых для синтеза мочевины.
Эта проблема эрозии находится в противоречии с различными решениями в существующих промышленных установках и с другими решениями, предложенными в литературе. Фактически, они представляют собой многочисленные металлы и сплавы, способные противостоять в течение достаточно долгих периодов потенциально коррозивным условиям, возникающим внутри реактора для синтеза мочевины. Среди них могут быть рассмотрены свинец, титан, цирконий и некоторые нержавеющие стали, такие, например, как AISI 316L (марки для мочевины), сталь INOX 25/22/2 Cr/Ni/Mo, специальные аустенитно-ферритовые стали и тому подобное. Однако по экономическим причинам оборудование указанного выше типа не может быть полностью сконструировано из этих коррозиеустойчивых сплавов или металлов. Как правило, используются контейнеры или колонны, изготовленные из обычной углеродистой стали, возможно многослойные, с толщиной, изменяющейся в пределах от 40 до 350 мм, в зависимости от геометрии и давления, которое они должны выдерживать (бароустойчивый корпус), у которых поверхность, соприкасающаяся с коррозивными или эрозивными жидкостями, однородно покрыта покрытием из антикоррозионного металла толщиной от 2 до 30 мм.
В частности, реактор, как правило, состоит из вертикального контейнера с вводом реагентов снизу и выводом реакционной смеси сверху. Бароустойчивый корпус, как правило, включает цилиндр диаметром от 0,5 до 4 м, изготовленный по многослойной технологии или технологии сплошной стенки, у которого два края закрыты с помощью крышек, приваренных к нему соответствующим образом. Внутри реактора на все стенки, подвергающиеся коррозии, наносится антикоррозионное покрытие, которое состоит, например, из титана, свинца, циркония или, предпочтительно, из нержавеющей стали (марки для мочевины) типа, рассмотренного выше. Следующий далее стриппер для карбамата, особенно, если он работает при таком же давлении, как и реактор, состоит из обменника в виде пучка труб. Также и в этом случае бароустойчивый корпус изготавливается из обычной углеродистой стали, при этом для покрытия предпочтительно используются титан или нержавеющие стали марок для мочевины. В некоторых зонах стриппера существуют условия исключительной агрессивности жидкостей. Это может быть связано с высокой температурой, но также и с геометрией оборудования, которая не дает возможности однородного распределения пассивирующих агентов, таких как воздух, возможно, объединенный с перекисью водорода, который, как правило, подается в малых количествах, смешанный с участвующими в процессе жидкостями.
Более того, инжекция пассивирующего воздуха в секцию высокого давления установки для получения мочевины может вызвать риск взрыва, наряду с преимуществом усовершенствования коррозионной устойчивости наиболее часто используемых покрытий. На самом деле, большая часть кислорода, вводимого вместе с инжектируемым воздухом, не потребляется в установке, и продувается, смешивается с инертным газом, как правило, либо из конденсатора для карбамата, либо из верхней части реактора. Этот поток газа также содержит аммиак и водород в таких количествах, что позволяет получать взрывчатую смесь с кислородом при условиях давления и температуры процесса производства мочевины, что может иметь катастрофические последствия в промышленности.
Газы, покидающие стриппер, как правило, повторно конденсируются в конденсаторе для карбамата, который по этой причине находится в контакте со смесью, подобной смеси, находящейся в разлагателе (за исключением мочевины), и по этой причине - исключительно коррозионной. Также и в этом случае внутреннее покрытие предпочтительно состоит из указанных выше специальных нержавеющих сталей марок для мочевины.
В указанных выше узлах оборудования или установок антикоррозионное покрытие получается с помощью сборки многочисленных элементов, имеющих адекватную устойчивость по отношению к коррозии, таким образом, чтобы, в конце концов, сформировать структуру, герметично соединенную при высоком рабочем давлении. Для различных соединений и сварных швов, производимых для этой цели, часто необходимо искать специальные технологии, в зависимости от геометрии и природы деталей, которые необходимо соединить.
Во всем указанном выше оборудовании производится определенное количество "фильтрационных отверстий" для обнаружения любых возможных потерь в антикоррозионном покрытии.
Вентиляционное отверстие состоит, как правило, из маленькой трубки диаметром 8-15 мм, сделанной из коррозиеустойчивого материала, которую вставляют в бароустойчивый корпус до тех пор, пока она не достигнет точки контакта между ним и коррозиеустойчивым покрытием из сплава или металла. Если существует потеря в покрытии, происходящая при высоком давлении, внутренняя жидкость, которая является коррозийной, немедленно распространяется в промежуточной зоне между покрытием и устойчивым к давлению корпусом и, если ее не обнаружить, вызывает быструю коррозию углеродистой стали, из которой изготавливается последний. Присутствие фильтрационных отверстий делает возможным обнаружение таких потерь. Для этой цели все промежуточные зоны под антикоррозионным покрытием должны сообщаться, по меньшей мере, с одним фильтрационным отверстием. Количество фильтрационных отверстий, как правило, составляет от 2 до 4 на каждое кольцо, что означает, например, что, как правило, в реакторе существуют от 30 до 60 фильтрационных отверстий.
Материал, используемый для защитного покрытия, как правило, выбирают из металлов или сплавов металлов, способных выдержать контакт с участвующими в процессе жидкостями без того, чтобы подвергаться коррозии или изменениям в течение длительных периодов. В зависимости от композиции и теплового уровня (температуры) участвующих в процессе жидкостей, выбранные материалы могут сильно отличаться друг от друга, также принимая во внимание их стоимость и конкретные химические свойства. Материалы, повсеместно используемые для покрытий оборудования, работающего при высоком давлении в установках для получения мочевины, представляют собой, например, нержавеющую сталь, титан, цирконий, свинец. Особенно предпочтительными являются нержавеющие стали "марок для мочевины", такие как сталь AISI 316L (марки для мочевины), сталь INOX 25/22/2 Cr/Ni/Mo, специальные аустенитно-ферритные стали и тому подобное, благодаря их относительно низкой стоимости и рабочим характеристикам, которые достаточны для защиты оборудования в течение нескольких лет.
Несмотря на их хорошие рабочие характеристики, время жизни покрытий из нержавеющей стали, тем не менее, является ограниченным и было бы предпочтительным иметь еще более устойчивые стали. Кроме того, наблюдаемое образование отдельных зон преимущественной коррозии в конкретном оборудовании установки делает необходимым предусматривать вмешательство для ремонта или замены покрытия чаще, чем это устанавливается на основе стандартных тестов на коррозионную стойкость. Это происходит, например, в поглотительной секции высокого давления.
По этой причине было бы желательным дальнейшее усовершенствование рабочих характеристик покрытия, особенно в оборудовании, работающем при критических условиях, продолжая, в то же самое время, по очевидным причинам удобства и доступности, использование нержавеющих сталей, обычно приспособленных для их конструирования.
Было бы также желательным иметь снабженное покрытием оборудование, в частности стриппер для мочевины, с коррозионной устойчивостью, настолько хорошей, чтобы исключить любую инжекцию пассивирующего воздуха в установку, в порядке устранения любой опасности взрыва.
Автор в настоящее время обнаружил, что устойчивость к коррозии у покрытий из нержавеющей стали улучшается вдоль сварных швов, осуществляемых во время их сборки. В то же самое время, обнаружено, что образующийся при сварке наплав, расположенный непосредственно на бароустойчивом корпусе, не дает возможность осуществления эффективной системы фильтрационных отверстий из-за отсутствия ранее обсуждавшихся промежуточных зон, и вследствие этого надежность оборудования в целом уменьшается.
С другой стороны образование широкого наваренного слоя на существующем ранее антикоррозионном покрытии в определенном оборудовании, хотя и дает возможность поддержания эффективной системы фильтрационных отверстий, вызывает деформацию, а в определенных случаях - повреждение, самого покрытия из-за больших термических и механических напряжений на относительно тонкой пластине, подвергающейся натяжению.
Автор в настоящее время обнаружил способ, который позволяет усовершенствовать коррозионную устойчивость покрытий также и в наиболее критических точках установки для производства мочевины, в то же самое время, поддерживая высокий запас надежности, который состоит в приготовлении покрытия с двухслойными пластинами.
Первая
техническая задача настоящего изобретения, следовательно, состоит в создании способа конструирования двухслойного ламинированного элемента из нержавеющей стали, содержащего следующую
последовательность операций:
I) получение пластины из нержавеющей стали, имеющей толщину в диапазоне от 2 до 30 мм, предпочтительно - от 4 до 10 мм, и поверхность, превышающую 0,1 м2, предпочтительно - между 0,5 и 5 м2;
II) жесткое крепление этой пластины на металлическом основании с плоской поверхностью, предпочтительно, с размером, равным или большим,
чем сама пластина;
III) получение наваренного слоя на поверхности пластины с толщиной, в диапазоне от 0,5 до 6 мм, предпочтительно - от 1 до 4 мм;
IV) удаление полученного таким
образом двухслойного ламинированного элемента с основания.
Вторая техническая задача настоящего изобретения состоит в создании способа защиты от коррозии химического оборудования в установке для синтеза мочевины из аммиака и двуокиси углерода при высоком давлении и температуре, который включает размещение покрытия на поверхности этого оборудования, соприкасающегося с участвующими в процессе жидкостями, указанное покрытие, по меньшей мере, частично, состоит из ламинированных элементов с двумя слоями, сваренными друг с другом, получаемыми согласно способу, описанному выше.
Дополнительные технические задачи настоящего изобретения станут понятными в следующем далее описании и примерах.
На стадии (I) способа производства по настоящему изобретению пластина состоит из нержавеющей стали или сплава нержавеющих сталей, предпочтительно - типа называемого "марки для мочевины", таких как, например, сталь AISI 316L (марки для мочевины) сталь INOX 25/22/2 Cr/Ni/Mo, специальные аустенитно-ферритные стали и другие материалы, широко известные специалистам в данной области. Выбор наиболее соответствующего материала предоставляется специалисту в данной области на основе характеристик, желательных во время работы. Типичные примеры этих сталей включают стали, коммерчески доступные под следующими наименованиями: "2RE 69" (®, SANDVIK), "724 L" (® AVESTA), "725 LN" (® AVESTA), "DP 12" (®, SUMITOMO).
На этой стадии способа согласно настоящему изобретению не является критичным для пластины, которая должна быть произведена или сформирована согласно геометрии и расположению двухслойного элемента, как именно она позиционируется в окружающем оборудовании. На самом деле, одним из преимуществ настоящего изобретения является то, что конечная форма этого элемента может быть получена с помощью известных способов даже после его конструирования. По очевидным причинам большей простоты и практичности, пластина, как правило, имеет квадратную или прямоугольную форму, с площадью поверхности, большей, чем 0,1 м2, предпочтительно - в пределах между 0,5 и 5 м2. Область действия настоящего изобретения не исключает, однако, большие или меньшие размеры, когда конкретные условия этого требуют. Более предпочтительно, пластинка имеет ширину, которая является меньшей, чем 1 м и достигает 0,1 м, длина выбирается каждый раз в соответствии с необходимостью и в связи с размерами основания, используемого при проведении стадии (II).
Толщина пластины является такой, которая обычно используется для конструирования обычного антикоррозионного покрытия и выбирается на основе критериев, известных специалистам в данной области. Могут быть использованы толщины, немного меньшие, чем стандартные, благодаря вкладу, обеспечиваемому последующим нанесением наваренного слоя, в стойкость продукта. Выбираемая толщина, как правило, является большей, чем 2 мм, чтобы гарантировать достаточную механическую надежность, и меньший, чем 30 мм, чтобы облегчить последующее резание и формирование, а также по очевидным экономическим причинам. Предпочтительные толщины составляют между 4 и 10 мм.
Пластины указанного выше типа легко доступны и производятся с помощью обычных промышленных способов обработки железа и стали с помощью ламинирования и резки.
Стадия (II) настоящего метода изготовления включает жесткое прикрепление пластинки, полученной согласно стадии (I), на соответствующем металлическом основании. Термин "жесткое", как он используется в этом контексте, относится к прикреплению пластины на основании, которое дает возможность поверхности первой быть приведенной в достаточный контакт с поверхностью последней таким образом, что устанавливается достаточная теплопередача во время последующего наплавления сварочного материала.
Металлическое основание, как правило, состоит из пластины соответствующей толщины, как правило - в диапазоне от 20 до 200 мм, а предпочтительно - в пределах между 40 и 100 мм, имеющей, по меньшей мере, одну относительно гладкую поверхность, такую, чтобы сделать возможной адекватную механическую поддержку верхней пластины и достаточную диссипацию тепла. Она состоит из материала, который предпочтительно выбирается из металлов или сплавов, которые могут быть сварены с находящейся над ней стальной пластинкой, в частности, из обычной углеродистой стали или других сплавов на основе железа, предоставляя, таким образом, возможность простого фиксирования с помощью точечной сварки. Однако для этой цели также могут быть использованы другие материалы, такие, например, как алюминий, где является возможным осуществление соответствующего прикрепления с помощью способов иных, чем сварка, например посредством защелок, винтов, резьбы, и тому подобное.
В конкретном случае прикрепления с помощью сварки, она осуществляется в точках по краю пластины, предпочтительно, с расстоянием между соседними точками от 20 до 150 мм, в зависимости от геометрии, размеров и толщины пластины. Таким образом достигается соединение между пластиной и основанием, которое неожиданным образом является достаточным для обеспечения отсутствия значительных деформаций на следующей стадии (III), даже для пластин в несколько квадратных метров.
В конкретном воплощении настоящего изобретения основание состоит из металлической пластины, имеющей, по меньшей мере, одно сообщающееся полое пространство с входами, предоставляющими возможность циркуляции жидкости внутри самой пластины. Это дополнительно увеличивает диссипацию тепла на последующей стадии (III). Предпочтительные охлаждающие жидкости выбираются из масел с низкой вязкостью и воды.
Наваренный слой, который проходит по пластине согласно стадии (III) настоящего способа, состоит из металла или сплава металлов, совместимого с металлом или сплавом металлов самой пластины, поскольку он должен прилипать и образовывать амальгаму на поверхности, чтобы образовывать непрерывную структуру с наименьшим возможным количеством дефектов, что является характеристикой правильного сваривания двух металлов.
Способ для нанесения наваренного слоя может быть любым из способов, известных в данной области, например, дуговой сварки с электродами, "T.I.G." (Tungsten Inert Gas) с помощью стержневых электродов или посредством автоматической конвейерной системы. Операция может быть в равной степени проведена либо вручную, либо автоматически (с помощью конвейера), в зависимости от требований в данном случае и размеров и формы поверхности, которая должна быть перекрыта.
В предпочтительном воплощении настоящего метода является предпочтительным ограничение подвода тепла во время нанесения сварочного слоя настолько, насколько это возможно, в порядке обеспечения стабильности размеров нижней металлической пластины и чтобы не производить вспучивания металла между двумя деталями. Это достигается, например, путем ограничения мощности, выделяемой сварочным аппаратом, таким образом, чтобы ни в одной точке поверхности пластины, противоположной свариваемой поверхности (которая лежит на основании) температура не превосходила 450oС. Преимущественно используются тепловые потоки, находящиеся в пределах от 8000 до 16000 джоуль/см2.
Металл или сплав металлов, используемый для наваренного слоя, предпочтительно является нержавеющей сталью типа, который является устойчивым к коррозии в участвующих в процессе жидкостях, включенных в цикл высокого давления при синтезе мочевины, в частности, водно-аммонийных растворов карбамата и/или мочевины, таких как те, которые присутствуют в реакторе, в нижней части стриппера или в камере конденсатора для карбамата. Эти стали известны в данной области и являются коммерчески доступными. Они содержат, кроме железа, другие металлы, совместимые с ним и устойчивые к окислению в кислотной среде, такие как, например, Ni, V, Cr, W, Мо и тому подобное, в количествах и сочетаниях необходимых, чтобы сделать получаемый сплав коррозиеустойчивым в обычных рабочих условиях. Типичными примерами этих сталей являются такие стали, которые описаны выше для формирования пластины из нержавеющей стали, на которой осуществляется нанесение навариваемого слоя по настоящему изобретению.
Особенно предпочтительными являются нержавеющие стали марок для мочевины, предназначенные для сварки, которые имеют особенно низкое содержание феррита и других элементов, которые отличаются от тех, которые перечислены выше, и могут содержать соответствующие добавки, такие как сварочные добавки и флюсы, пригодные для улучшения плавления и адгезии на поверхности, на которой происходит сварка. Типичными примерами таких сталей являются стали, которые доступны на рынке под торговыми наименованиями "Р6" (®, AVESTA), "Batox F(U) M" (®, SECHERON), "Thermanit 19/15 Н" (®, THYSSEN), "NC 316 MF" (®, KOBE STEEL), "16KCR" (®, ESAB), "CITOXID В 316 LM" (®, SIDEROTERMICA), "N 4051" (®, KOBE STEEL), "Siderfil 316 LM" (®, SIDEROTERMICA), "20-16-3L Mn" (®, SANDVIK) со сварочным флюсом "12 b 316LFT 2" (®, SOUDOMETAL), "21.17.E" (®, THYSSEN) со сварочным флюсом "Rekord 13 BLFT" (®, SOUDOMETAL), "25-22-2 L Mn" (®, SANDVIK) со сварочным флюсом "12 b 316 LFT 2" (®, SOUDOMETAL), "25-22-2 L Mn" (®, SANDVIK) со сварочным флюсом "31 S (®, SANDVIK), "FOX EASN 25 М" (®, VEW), "Thermanit 25/22 Н" (®, THYSSEN), "Soudinox LF" (®, SOUDOMETAL), "NC 310 MF" (®, KOBE STEEL), "FILARC ВМ 310 Мо L" (®, ESAB), "Grinox 67" (®, GRIESHEIM), "TGS 310 MF" (®, KOBE STEEL), "FOX EASN 25 MIG" (®, VEW), "Grinox T67" (®, GRIESHEIM), "25-22-2 L Mn" (®, SANDVIK) со сварочным флюсом "37 S (электрошлаковый переплав)" (®, SANDVIK), "25-22 Н" (®, THYSSEN) со сварочным флюсом "EST 122 (электрошлаковый переплав)" (®, SOUDOMETAL). Выбор наиболее пригодного к использованию сварочного материала предоставляется специалистам в данной области в зависимости от композиции пластины, на которой производится сварка, и желаемыми конечными характеристиками.
Толщина пластины из нержавеющей стали на стадии (I) предпочтительно является одинаковой, несмотря на то, что это не является принципиальным для целей настоящего изобретения. Является также предпочтительным, чтобы пластина была плоской, поскольку это упрощает распределение тепла, производимого наваренным слоем в стадии (III), а также упрощает фиксирование пластины на основании в соответствии со стадией (II). Толщина навариваемого слоя, наваренного на пластину согласно стадии (III) настоящего способа, предпочтительно поддерживается при значении, которое более или менее одинаково на всей поверхности слоя, чтобы обеспечить одинаковые рабочие характеристики конечного продукта, получаемого таким образом. В количественных терминах эта толщина может иметь наибольшее отклонение от среднего значения±20%, предпочтительно -±10%.
На следующей затем стадии (IV) двухслойный ламинированный элемент, полученный согласно способу стадии (III), удаляется с основания, на котором он фиксировался, с использованием обычных операций. Если фиксация производилась путем сварки, удаление должно производиться с предосторожностями, чтобы избежать разрыва пластины.
Таким образом получают двухслойный ламинированный элемент, у которого по существу нет деформации и который может быть использован для производства антикоррозионных покрытий для оборудования, используемого в установках для производства мочевины, включающий первый слой, состоящий из металлической пластины из нержавеющей стали, имеющей толщину в пределах от 2 до 30 мм, предпочтительно - между 2 и 15 мм, и площадь поверхности, превышающую 0,1 м2, предпочтительно - в пределах между 0,5 и 5 м2, и второй слой имеет почти одинаковую толщину, изменяющуюся в пределах от 0,5 до 6 мм, предпочтительно - в пределах между 1 и 4 мм, и однородно приваривается к первому слою, и состоит из нержавеющей стали типа, называемого "марки для мочевины", получается с помощью наваривания слоя.
Второй слой предпочтительно состоит из наваренного слоя из нержавеющей стали, выбираемой из сталей AISI 316L (марки для мочевины), сталей INOX 25/22/2 Cr/Ni/Mo, специальных аустенитно-ферритовых сталей, более предпочтительно, его получают с помощью наваривания одного из конкретных сварочных материалов, перечисленных выше.
Настоящее изобретение также относится к способу для защиты от коррозии, вызываемой участвующими в процессе жидкостями, оборудования или элементов, устойчивых к высоким давлениям, установки для производства мочевины, в частности, в секции синтеза, включающему производство герметично соединенного покрытия, по меньшей мере на части поверхности этого оборудования, соприкасающейся с участвующими в процессе жидкостями, посредством одного или нескольких из указанных выше двухслойных ламинированных элементов по настоящему изобретению, которым придается соответствующая форма и которые свариваются друг с другом.
Выбор наиболее пригодной для использования конструкционной технологии среди многих известных способов для изготовления защитного покрытия по настоящему изобретению предоставляется специалистам в данной области, они включают способы резки и сварки, а также способы получения фильтрационных отверстий в наиболее соответствующих точках, отжиг сварочных швов на бароустойчивом корпусе, нанесение навариваемых слоев под сварочными швами, а также дополнительную защиту в случае случайных потерь, формирование точек или щелей для сообщения между различными промежуточными зонами под покрытием и между этими фильтрационными отверстиями, способы формования ламинированных элементов, такие как каландрирование и штамповка и другие известные технологии, которые могут быть использованы для этой цели.
Указанный выше способ по настоящему изобретению позволяет усовершенствовать коррозионную устойчивость оборудования, участвующего в процессе синтеза мочевины, поддерживая все элементы, необходимые для обеспечения надежности установки, а также делает возможным обнаружение случайных потерь. На самом деле, это покрытие изготавливается с помощью известных способов, используемых для традиционных покрытий, то есть размещения двухслойных элементов на расположенном под ними бароустойчивом корпусе без обширной сварки, но сваривая только края друг с другом, а также сваривая их с расположенными под ними бароустойчивым корпусом, формируя таким образом промежуточные пространства между покрытием и бароустойчивым корпусом, которые имеют возможность сообщения друг с другом и с системой фильтрационных отверстий, для обнаружения любых возможных потерь.
В противоположность этому, обширное наваривание слоя непосредственно на бароустойчивый корпус не дает возможности поддержания эффективной системы безопасности на основе фильтрационных отверстий, поскольку здесь не были бы возможны промежуточные пространства, пригодные для использования в качестве выходов для коррозивных жидкостей, в случае потерь в покрытии. В этих случаях коррозивные жидкости, участвующие в процессе, не были бы обнаружены и оставались бы в контакте с углеродистой сталью бароустойчивого корпуса, вызывая его коррозию и подвергая опасности структуру.
Согласно конкретному аспекту настоящего изобретения, не вся поверхность оборудования покрывается указанными выше двухслойными ламинированными элементами, имеющими усовершенствованную устойчивость к коррозии, но не обязательно - только часть, которая определяется как наиболее подверженная коррозии. Например, в случае оборудования стриппера, может быть изготовлено покрытие с двухслойными элементами в нижней секции, где температура процесса выше, предусматривая покрытие традиционного типа, вероятно менее дорогое в верхней секции, которая меньше подвержена коррозивному воздействию.
Как указано ранее, способ согласно настоящему изобретению может, в частности, применяться в секции высокого или среднего давления установки для синтеза мочевины. Это по существу относится к реакторам для синтеза мочевины, к оборудованию для разложения непреобразованного карбамата (в частности, к стрипперам), и контейнерам для конденсации NН3 и СО2 с образованием карбаматных растворов.
Это
оборудование работает при давлениях, как правило, находящихся в пределах между 10 и 50 МПа, и при температурах, находящихся в пределах между 70 и 300oС, в присутствии смесей, содержащих
воду, аммиак, двуокись углерода и карбамат аммония, который является продуктом конденсации этих соединений согласно реакции:
[2NНз+СO2+nH2O-->NH4OCONH2•nН2О]
Рабочие условия предпочтительно представляют собой давление 12-25 МПа и температуру от 120 до 240oС.
В обычных индустриальных установках для производства мочевины, к которым, в частности, относится настоящее изобретение, указанное выше оборудование включается в секцию высокого или среднего давления, как правило, содержащую объемы, находящиеся в пределах от 2000 до 40000 л.
Изготовление антикоррозионного покрытия по настоящему изобретению включает размещение на поверхности бароустойчивого корпуса указанных выше двухслойных ламинированных элементов, которые соответствующим образом разрезаны, и которым придана соответствующая форма, чтобы подогнать их к кривизне поверхности, на которой необходимо разместить покрытие. Поскольку они легко деформируются, соответствующая кривизна может быть получена с помощью обычных инструментов, доступных специалистам в данной области.
Двухслойные элементы располагаются встык для облегчения их последующей сварки. Щели, элементы поддержки, соединительные элементы и другие вставки или изделия располагаются вдоль краев, которые будут свариваться, согласно общей практике, известной специалистам в данной области.
Сваривание двухслойных ламинированных элементов, расположенных таким образом, как описано выше, как правило, производится с помощью одного из способов, описанных ранее со ссылками на процедуру наваривания слоя. Изготовление системы фильтрационных отверстий также предоставляется на усмотрение специалистам в данной области.
Усовершенствованное антикоррозионное покрытие по настоящему изобретению также является пригодным для использования при функциональной модернизации существующего ранее оборудования, у которого исходное покрытие требует замены или ремонта, из-за присутствия значительных коррозионных зон, которые подвергают опасности его работу и надежность. В частности, таким образом возможно полностью восстановить исходную работоспособность оборудования и обеспечить, благодаря усовершенствованным характеристикам нового покрытия, большее время работы и надежность при работе, чем у исходного оборудования.
Различные аспекты настоящего изобретения далее иллюстрируются с помощью чертежа, на котором схематически представлен общий вид продольного сечения стенки стриппера высокого давления в установке для синтеза мочевины, а также, например, описанный ниже, без ограничения каким-либо образом общей области действия настоящего изобретения.
Бароустойчивый корпус 1 изготовлен из нержавеющей стали, на его поверхности располагается покрытие 2, которое состоит из нижнего слоя 3, непосредственно соприкасающегося с бароустойчивым корпусом и изготовленного из традиционной пластины из нержавеющей стали, и верхнего слоя 4, приваренного к предыдущему слою и состоящего из наваренного слоя согласно настоящему изобретению. Также возможно наблюдать фильтрационные отверстия 5 под сварочным швом 6 между двумя двухслойными ламинированными элементами 7а и 7b, которые образуют указанное выше покрытие в данной области. Фильтрационные отверстия расположены под покрытием 2 вблизи сварочного шва б, под которым находится приваренный слой 8, также из нержавеющей стали, который имеет целью стабильно и однородно прикрепить сварку к бароустойчивому корпусу, для предотвращения повреждения последнего при возможных потерях (как правило, из-за случайных дефектов в самой сварке).
На чертеже также схематически ппказан с помощью штриховой линии поток участвующей в процессе жидкости, возникающий при возможной потере, вызываемой дефектом сварки, который течет поверх слоя 8 до тех пор, пока не достигает ближайшего фильтрационного отверстия 5.
Приведенное выше описание настоящего изобретения в общих чертах и деталях продолжается далее с помощью конкретного примера его применения.
ПРИМЕР
Нижняя секция стриппера, используемого в цикле синтеза высокого давления установки для производства мочевины, снабжается антикоррозионным покрытием
согласно настоящему изобретению, при этом оставшаяся часть оборудования снабжается традиционным покрытием, изготовленном из стали 25/22/2 Cr/Ni/Mo.
Секция, состоящая из цилиндрического корпуса из нержавеющей стали, имеющего диаметр 840 мм и длину 2000 мм, и снабженная горловиной диаметром 600 мм, полностью покрыта новым двухслойным покрытием согласно следующей процедуре.
Приготавливают необходимое количество прямоугольных стальных пластин из стали "25/22/2 Cr/Ni/Mo", имеющих толщину 6 мм и размеры около 600 х 1200 мм. Каждую пластину фиксируют на основании, состоящем из пластины из углеродистой стали толщиной 80 мм, снабженной пустым пространством для непрерывной циркуляции охлаждающей воды, посредством точечной сварки по краю и с расстоянием между точками около 100 мм.
Навариваемый слой, имеющий толщину около 3 мм, наваривают на открытую сторону фиксированной таким образом пластины посредством плунжерной дуги и автоматизированного процесса, используя ленту "25/22/2 Cr/Ni/Mo" (® SANDVIK) шириной 30 мм и толщиной 0,5 мм со сварочным флюсом "Rekord 13 BLFT" (® SOUDOMETAL), с подачей в 180 мм/минута и потоком тепла 38000 джоуль/см2 (12670 джоуль/см2). Наваривают рядом друг с другом ленты, имеющие ширину около 30 мм, до тех пор, пока не будет покрыта вся пластина. Вода циркулирует в полом пространстве основания во время всей процедуры, так что температура нижней поверхности пластины поддерживается ниже 350oС.
Обращаясь к сечению, представленному на чертеже, бароустойчивый корпус головки 2 подготавливают для покрытия с помощью обычного способа, создавая щели, имеющие ширину около 60 мм и глубину около 4 мм в соответствии с установленными сварочными швами покрытия, а затем заполняя их навариваемым слоем 8, состоящим из стали 25/22/2 Cr/Ni/Mo. Фильтрационные отверстия 5 проделываются в сварочном наплаве и в бароустойчивом корпусе в соответствующем количестве и положениях, чтобы обеспечить обнаружение любых возможных потерь в любой точке оборудования. Каждое фильтрационное отверстие покрывается сталью 25/22/2 Cr/Ni/Mo, и край герметично соединяется с помощью указанного выше навариваемого слоя 8. Двухслойные ламинированные элементы, полученные так, как описано выше, подвергаются каландрированию для обеспечения кривизны в соответствии с геометрией секции, а затем позиционируются на бароустойчивом корпусе и фиксируются с помощью сварочных швов 6 по отношению друг к другу и к лежащему под ним наплавляемому слою 8, формируя таким образом желаемое покрытие (7а и 7b). Сварку производят с помощью способа T.I. G. со стержнями "Thermanit 25/22 Н" (® THYSSEN).
В
конце операции стриппер подвергается обычным проверкам на удовлетворительное функционирование. В частности, производятся следующие испытания:
контроль сварки с помощью на проникновение
жидкостей согласно инструкции "ASME VIII, разд.1, приложение 8";
испытание на герметичность для газов согласно инструкции "ASME V, статья 10", проводится с помощью гелия;
испытание
герметичности под давлением, проводится с помощью доведения внутреннего давления в реакторе до значения, указанного в проектной документации (320 бар).
Все указанные испытания дают удовлетворительные результаты.
Полученный таким образом стриппер затем запускают работать в режиме установки и оставляют функционировать, по меньшей мере, в течение двух лет, исключая периоды перерывов для обычного обслуживания, при этом не обнаруживается при тщательном исследовании никаких конкретных потерь или значительного истончения из-за коррозии покрытия. Аналогичное оборудование, работающее при таких же условиях и снабженное обычным покрытием, демонстрирует, после такого же периода, значительные зоны повреждений и истончение покрытия в нижней секции.
Дополнительное испытание, проведенное без инжекции пассивирующего воздуха, также демонстрирует очень низкую коррозию или ее отсутствие у стриппера с покрытием согласно настоящему изобретению.
Реферат
Изобретения относятся к защитному покрытию из двух слоев, способу его получения, способу защиты от коррозии и химическому оборудованию, использующему данное покрытие, и может найти применение в различных отраслях машиностроения. При изготовлении двухслойного ламинированного элемента пластину толщиной от 2 до 30 мм и площадью поверхности, превышающей 0,1 м2, из нержавеющей стали крепят жестко на металлическом основании с плоской поверхностью, наваривают слой толщиной от 0,5 до 6 мм на ее поверхность и удаляют полученный двухслойный элемент с основания. Способ защиты от коррозии заключается в том, что на части оборудования, соприкасающегося с агрессивной жидкостью, изготавливают герметично соединенное покрытие по меньшей мере на части поверхности указанного оборудования, соприкасающейся с участвующими в процессе жидкостями, состоящее из одного или нескольких двухслойных ламинированных элементов, имеющих соответствующую форму и сваренных друг с другом. Изобретение позволяет изготовлять оборудование с покрытием, способным выдержать до 100 МПа, обеспечивает защиту бароустойчивых корпусов от коррозии при работе в агрессивных средах. 5 с. и 12 з.п. ф-лы, 1 ил.
