專利名稱：用于處理腐蝕性流體的管束設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于處理腐蝕性流體的管束設(shè)備和用于其具體實施的方法。更具體地說，本發(fā)明涉及有襯層的管束設(shè)備，適于在中壓或高壓和中溫或高溫下 處理腐蝕性流體，壓力和溫度分別上至IOOMPa和400°C，尤其在用于生產(chǎn)尿素的工廠中。
背景技術(shù)：
包括用于流體之間的熱交換的例如反應(yīng)器、蒸發(fā)器、冷凝器、分解器等的特定部分 或區(qū)域的高壓工業(yè)設(shè)備的構(gòu)建技術(shù)通常包括能夠耐受操作壓力、保證最大的安全性和延續(xù) 時間(duration with time)的緊湊型抗壓體(pressure-resistant body)的組件,設(shè)有用 于外部連通和檢查的必要通道以及工藝流體(process fluid)的入口和出口。最廣泛用于 生產(chǎn)抗壓體的材料是碳鋼，這是由于碳鋼的高機械性能、相對低的成本和商業(yè)可用性的極 佳結(jié)合。為了使交換表面最大化，通常在抗壓體內(nèi)部構(gòu)造由一組管組成的管束，這組管也 可以相當多，其端部被密封插入到面對流體收集或分配室的打孔的板或鼓狀物上(因此被 稱為管板)。通過在管內(nèi)流通的第一流體和在管束外部的室中流通的第二流體之間的管壁 而發(fā)生熱交換。管板連同管壁必須承受通常存在于兩種流體之間的高的壓差，兩種流體之 一通常是0. 5至4MPa壓力下的飽和蒸汽。在產(chǎn)生高度腐蝕性流體的工藝中，每個管和管板的兩個表面的至少一個和抗壓體 的至少一部分內(nèi)表面，尤其是收集和/或分配室的這些部分，將與具有高腐蝕特性的工藝 流體直接接觸。例如在技術(shù)出版物“Perry，s Chemical Engineering Handbook(佩里化學 工程手冊)”，McGraw-Hill Book Co.，6th Ed. (1984)，11-18頁中提到過在這些情況下為了 實現(xiàn)熱交換一般采用的一些已知方法和設(shè)備。在現(xiàn)有的工廠中利用多種解決方案來解決腐蝕問題，并且在文獻中已經(jīng)提出了其 它一些解決方案。事實上存在能夠在足夠長時間段內(nèi)抵抗極端腐蝕條件的許多金屬和合 金，在尿素的合成反應(yīng)器和涉及具有極高腐蝕性(例如在硝酸的合成中)的流體的工藝中 的其它設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生極端腐蝕條件。在這些當中，有鉛、鈦、鋯、鈮和許多高性能不銹鋼，例 如AISI 316L鋼(尿素級)，INOX鋼25/22/2鉻/鎳/鉬，專用的奧氏體-鐵素體鋼，具有 低鐵素體含量的奧氏體鋼等。然而，如果整個都用這些抗腐蝕金屬或合金來構(gòu)建，則上述 類型的設(shè)備是不經(jīng)濟劃算的，這是由于對該目的必須的大量高成本材料的緣故，也是由于 必須使用特定的焊接和結(jié)合方法而導致的結(jié)構(gòu)性問題和構(gòu)建問題的結(jié)果，并且在某些情況 下，這是由于在某些金屬材料中不具備碳鋼的極佳機械質(zhì)量的緣故。通常采用的手段是生 產(chǎn)由標準碳鋼制成的容器或者塔(column)，可以是多層的，具有從20到600mm變化的厚度， 取決于(抗壓體)幾何形狀和要承受的壓力，其與腐蝕性或侵蝕性流體接觸的表面統(tǒng)一覆 蓋有由抗腐蝕金屬材料組成的襯層(lining)，襯層的厚度范圍通常是從2到30mm。工業(yè)上一般使用的生產(chǎn)尿素的工藝例如包括在高溫高壓下操作的至少一個部分 (合成循環(huán)或回路)，此處的工藝流體，即水、二氧化碳、氨和尤其是含有氫基甲酸銨和/或尿素的鹽溶液，變得特別有腐蝕性。已知標準碳鋼在高溫下不能抵抗這些流體的腐蝕，并且 在與它們接觸時，遭受腐蝕并快速惡化，這削弱了其結(jié)構(gòu)，直到它引起向外的流失，或者甚 至是結(jié)構(gòu)性倒塌，隨之發(fā)生爆炸。尤其是，在目前使用的尿素生產(chǎn)工藝中，未轉(zhuǎn)變成尿素的氨基甲酸銨(此后簡寫 為“氨基甲酸鹽”，正如在特定領(lǐng)域中使用的那樣)在大致在與反應(yīng)器相同的壓力和略高的 溫度下操作的高壓汽提器(stripper)中被再次分解成氨和二氧化碳，汽提器由豎向定位 的管束交換器組成，其中離開反應(yīng)器并含有未反應(yīng)的氨基甲酸鹽和過量的氨的尿素溶液在 沿著管的內(nèi)壁以薄膜形式經(jīng)過，而中壓(l_3MPa)下的飽和蒸汽在相應(yīng)的均衡溫度下、在管 束外部的室中流通并被冷凝，以供應(yīng)對于過量氨的閃蒸(flash)和氨基甲酸鹽的分解所必 須的能量。汽提器的抗壓體由標準碳鋼制成，而管束的管一般由抗腐蝕材料制成。離開汽提器的氣體通常在氨基甲酸鹽冷凝器中重新冷凝，冷凝器也主要由管束交 換器組成，因此其與類似于分解器的混合物(除了尿素之外)的混合物(因而是極端腐蝕 性的)相接觸。同樣在這種情況下，內(nèi)部襯層和管束由上述的特定不銹材料制成。例如在專利US 3，984，469、US 4，314，077、US 4，137，262、EP 504，966 中描述了 在高壓下使用上述氨基甲酸鹽的分離和重新冷凝方法的用于生產(chǎn)尿素的工藝，上述專利都 轉(zhuǎn)讓給本申請人。在“Encyclopedia of Chemical Technology (化學技術(shù)百科全書)”，4a 版本(1998)，Suppl. Vol. ,597-621 頁，John Wiley & Sons Pub.，中還提供了主要用于生產(chǎn) 尿素的工藝的概述，關(guān)于詳情，應(yīng)當對它的內(nèi)容加以參考。在管束熱交換器的特定情況下，例如在尿素的合成循環(huán)(回路)中包括的汽提器 或氨基甲酸鹽冷凝器，對腐蝕問題的解決方案是極端復(fù)雜的，這是由于設(shè)備的特定幾何形 狀的緣故，該幾何形狀不允許流體的溫度和成分的受控和可重復(fù)的分布，尤其在熱交換與 化學反應(yīng)和在氨基甲酸鹽分解區(qū)域中出現(xiàn)的紊流同時發(fā)生時。同樣在這些情況下，已經(jīng)進 行過利用與腐蝕性流體接觸的管板的表面和其它表面的適當襯層來防止腐蝕的嘗試，但只 有相對的但仍不令人滿意的進展。還知道如果鹽溶液、酸或堿，例如水中氨基甲酸鹽的那些，包含少量氧(隨著 空氣或例如臭氧和過氧化物的能夠產(chǎn)生氧的其它化合物所引入的)，則與這些流體相接 觸的不銹鋼的抗腐蝕性得到相當大的提高。這個技術(shù)已被廣泛使用，并在例如專利US 2，727，069 6tamicarbon的)和US 4，758，311 (本申請人的)中進行了描述。雖然代表著 相當大的進步，然而這個技術(shù)解決方案仍具有多種缺點，這是由于對防止形成具有靠近爆 炸限度的氧濃度的區(qū)域所必須的更大控制，并且還因為氧的分布并不均衡，尤其在存在氣/ 液兩相系統(tǒng)(例如在尿素的整個合成循環(huán)中存在的兩相系統(tǒng))的情況下，從而這個解決方 案不能保證在所暴露的表面的任何點處都有令人滿意的防腐保護。此前已提出將不同于不銹鋼的合金和金屬作為用于構(gòu)建用于合成尿素的反應(yīng)器 和交換器的材料，例如UK 1,046, 271 (Allied Chemical Corp.)描述了用于在205°C和 27MI^下直接合成尿素的工藝，其中反應(yīng)器完全由鋯制成。然而很明顯這個反應(yīng)器難以構(gòu)建 并具有相當高的成本。在1974 年 5 月 13 日的出版物“Chemical Engineering (化學工程)”，118-1M 頁 中提到用鋯或鈦做襯層的由碳鋼制成的用于合成尿素的反應(yīng)器，作為具有不銹鋼襯層的反 應(yīng)器的替代方案。
專利US 4，899，813(轉(zhuǎn)讓給本申請人)描述了特別適于來自合成反應(yīng)器的尿素溶 液的高壓汽提操作的豎向管束設(shè)備的構(gòu)建和使用。為了防止管內(nèi)部區(qū)域(這是氨基甲酸鹽 的熱交換和分解發(fā)生之處，因而在存在流體的最大腐蝕性之處)中的腐蝕，，已經(jīng)使用由雙 金屬管組成的管束，即，由不銹鋼制成的外部部分和由鋯制成的相對纖薄(0.7-0. 9mm)的 內(nèi)部部分組成，內(nèi)部部分粘合到外部部分上，但不焊接到外部部分上。另一方面，與尿素溶 液相接觸的交換器/汽提器的剩余部分用以適當?shù)牟讳P鋼做襯層的標準碳鋼技術(shù)構(gòu)建。以 這個方式解決了與管內(nèi)部的腐蝕相關(guān)聯(lián)的問題，這是由于鋯的極佳抵抗性的緣故，然而不 會遇到與生產(chǎn)專用的鋼/鋯接頭有關(guān)的困難，鋼/鋯不能有效地相互直接焊接，并且同時保 持設(shè)備生產(chǎn)的經(jīng)濟性。盡管通過應(yīng)用上述中最后一種技術(shù)獲得極佳的結(jié)果，但是已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在暴露于更加 腐蝕的條件的交換器的某些區(qū)域中，尤其是集中在管板的表面上，和靠近于鋯/鋼接觸表 面，腐蝕現(xiàn)象在任何情況下都可發(fā)生，該現(xiàn)象致使縮短設(shè)備的服務(wù)周期和造成生產(chǎn)線的停 工(為了必要的修理或替換)。在尿素的高壓汽提器中這個情形是已知的，但是不排除在操 作于類似腐蝕情況下的其它管束設(shè)備中經(jīng)過較長時間段也可能會發(fā)生這個情形。另一方面，用鋯對所述設(shè)備全面施加襯層，或甚至是大部分暴露的管板的側(cè)面，存 在著多種應(yīng)用缺點，所述的缺點既存在于構(gòu)建方面，這是由于已知的焊接鋯接頭的困難，缺 乏焊接接頭的均勻性(homogeneity)，和鋯與鋼焊接的不相容性；也存在于安全性考慮方 面，因為保護性鋯層的可能損失將會導致腐蝕性流體與襯層下面的碳鋼直接接觸，快速產(chǎn) 生結(jié)構(gòu)性損壞，有時甚至在通過殘液放出孔(we印hole)可以檢測到損失之前。用于分解氨基甲酸鹽的汽提器在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的，汽提器在與工藝流體直接 接觸的部分中用鈦做襯層，鈦有助于襯層的形成，同時保證對腐蝕的極佳抵抗。然而，已經(jīng) 發(fā)現(xiàn)在管束和管板(它經(jīng)歷侵蝕和化學腐蝕的組合現(xiàn)象)的生產(chǎn)中鈦給不出這種令人滿意 的結(jié)果。從而，暴露于腐蝕性非常高的流體的壓力設(shè)備的持續(xù)時間和安全性的問題尚未以 完全令人滿意的方式得到解決，尤其是關(guān)于在尿素的合成循環(huán)中使用的某些類型的管束設(shè) 備而言。在申請人持續(xù)改進其擁有的技術(shù)的努力進程中，申請人現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)可以通過在 操作于非常嚴酷條件下的管束熱交換設(shè)備的構(gòu)建中采用特定布置的保護性元件來令人驚 訝地克服上述問題。這個新方法還允許減少要用于襯層的抗腐蝕材料的數(shù)量，但同時顯著 延長了設(shè)備的操作持續(xù)時間。另一個優(yōu)點在于簡化了用于生產(chǎn)所述設(shè)備的構(gòu)建技術(shù)，這要 感謝爆炸接合方法的有利使用。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的第一目的涉及在高壓高溫條件下適于兩種流體之間的熱交換的管 束設(shè)備，兩種流體之一具有在工藝條件下對碳鋼的高腐蝕特性，該管束設(shè)備包括被外殼限 定的中空體，或抗壓體，適于承受操作壓力并且由通過接觸所述高腐蝕性流體而將受到腐 蝕的材料組成，具有用于流體的入口和出口的適當開口，其中設(shè)有高腐蝕性流體的收集腔 和分配腔，收集腔和分配腔通過一系列形成管束的、包括至少一層金屬鋯或其合金的管而 相互流體流通；以及包括所述管束的中間腔，中間腔通過氣密管板與上述兩腔分隔開，其特征在于所述收集腔或分配腔中的至少一個腔的內(nèi)壁包括鈦或其合金的襯層、并被包括至 少下列三個金屬層的管板所限定A)適于承受壓力推力的第一層，主要由具有高機械性能的金屬材料組成，如果與 所述高腐蝕性工藝流體相接觸則受到腐蝕；B)由鈦或其合金組成的材料制成的中間層，直接或間接地位于所述層㈧的表面 上并焊接到腔的具有所述鈦襯層的邊緣上；C)由鋯或其合金組成的層，具有與在關(guān)于層(A)的相反側(cè)上的所述中間層(B)的 表面冶金接合的表面，并且在使用中另一表面將與所述高腐蝕性流體相接觸，所述層與所 述管的鋯層密封焊接。本發(fā)明的第二個目的涉及一種用于生產(chǎn)所述設(shè)備的方法，包括制備具有三層或更 多層的所述管板，優(yōu)選使用爆炸接合或焊接。在后續(xù)的描述和權(quán)利要求中，本發(fā)明的其它目的對于本領(lǐng)域?qū)＜覍⒏鼮轱@明。本文使用的關(guān)于某種金屬(例如鋯或鈦)的術(shù)語“合金”指的是包括在數(shù)量上重 量至少為60 %的所述金屬的合金。在下面的描述中，談到金屬應(yīng)意指也包括其合金，除非另 有規(guī)定。依據(jù)當前的描述，談到在某種工藝條件下與流體有關(guān)的材料時術(shù)語“抵抗腐蝕”定 義了一種材料，該材料具有根據(jù)規(guī)則ASTM A 262文件C，HUEY TEST測量的、低于0. Imm/年 的腐蝕速度，尤其被采納用于鎳/鉻/鉬25/22/2不銹鋼襯層。用于標準工業(yè)使用的材料的 腐蝕系數(shù)在本領(lǐng)域?qū)＜乙阎亩喾N手冊中被指明，例如在上面提到過的“Perry’ sChemical Engineering Handbook”的表23-22至23-24中，在氨基甲酸銨條目下。如果一種材料的 HUEY TEST系數(shù)等于或大于0. 5mm/年則其通常容易被腐蝕。正如在當前的描述和權(quán)利要求中使用的那樣，術(shù)語“力焊接(strength welding)，， 和“密封焊接”指的是從規(guī)則ASME VIII Div. 1UW20中獲得的下列定義-力焊接是在項目需求的基礎(chǔ)上，其壓抗(stressresistance)等于或大于焊接 在載荷施加方向上的那部分的壓抗；-密封焊接要實現(xiàn)的目標是避免損失并且其尺寸不在依據(jù)項目需求表達的載荷的 基礎(chǔ)上確定。關(guān)于兩個金屬表面之間的連結(jié)在本文中使用術(shù)語“冶金接合”(metallurgically bound)及其派生表述形式，其中以與形成表面的相同金屬材料的粘合力相同的數(shù)量級獲得 粘合和密封。可以利用多種已知方法來獲得冶金接合表面，在這些方法當中有焊接、爆炸接 合、熱或冷共擠壓(co-extrusion)等。根據(jù)本發(fā)明的壓力設(shè)備可用于有效實現(xiàn)兩個單相或多相流體之間的熱交換操作， 兩種流體中的至少一種對標準碳鋼具有高腐蝕特性，并且對于不銹鋼(包括上面提到的高 性能或“尿素級”鋼)有時也具有中等腐蝕性。在可獲得的許多出版物當中，在已經(jīng)提到的 手冊“Perry，s Chemical Engineering Handbook”，從23-39 頁到 23-41 頁，尤其是表23-10 至23-15中，提到這些鋼的許多實例。此外，這個設(shè)備不需要特定的對策，例如在工藝流體 中弓丨入適度量的空氣或其它氧化劑。在當前描述中談到的具有高腐蝕性的流體可以是單相或多相，單相即通常由液體 或氣體組成，多相通常是雙相，由平衡的液相和氣相組成。通常這類流體是在例如生產(chǎn)硝酸、生產(chǎn)三聚氰胺的某些化學工藝中存在的流體，并且尤其是在尿素的合成工廠的高壓或 中壓部分中流通的流體，例如在反應(yīng)器下游的氨基甲酸鹽分解器或汽提器中存在的氨基甲 酸銨的水溶液或水/氨(acqueous/ammonia)溶液，在反應(yīng)器下游，其中，所生產(chǎn)的尿素與未 轉(zhuǎn)換的反應(yīng)物分開。根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備能夠操作于范圍通常從5到IOOMPa的(兩種流體之間的和/或 朝向外側(cè)的)壓差和范圍從100到400°C的溫度。在尿素生產(chǎn)工藝中汽提器的特定情況下， 常見的操作條件是存在含有水、氨、二氧化碳和氨基甲酸銨的混合物時，壓力為12到25MPa 而溫度范圍是從140到220°C，該混合物是根據(jù)反應(yīng)(I)的這些成分的濃縮產(chǎn)品2NH3+C02+n H2O — NH4OCONH2 · η H2O (I)在生產(chǎn)尿素的工廠(這些工廠是本發(fā)明優(yōu)選所指的)中，高壓或中壓部分中包括 的上述設(shè)備含有范圍從2，000到100, 000升的塔(volume)。根據(jù)壓力設(shè)備所用于的功能的不同，根據(jù)本發(fā)明的壓力設(shè)備可以具有多種形式和 幾何形狀(內(nèi)部和外部的)。依據(jù)用于高壓的管束熱交換器的典型標準適當?shù)刂圃靿毫υO(shè) 備。因此該設(shè)備通常具有圓筒形形狀，具有位于圓筒兩端的兩個半球形封頭(cap)，便于使 壓力推力更好地分布。用于流體的入口和出口的開口、引入的可能的傳感器、和在操作停工 期間用于檢查的開口(檢修口)都適當?shù)匚挥诎肭蛐畏忸^中，半球形封頭分別限定了分配 腔和收集腔，并且沿著圓筒體，其限定了中間腔。在尿素合成循環(huán)中汽提器的更優(yōu)選情況下，設(shè)備被豎向定向并且流體流動通過沿 著管的內(nèi)壁發(fā)生向下流動。在這個情況下，情況最嚴酷的腔是下收集腔，因此下收集腔用鈦 做襯層并被三層式管板限定，如上所規(guī)定。承受幾乎全部壓力推力的設(shè)備的外壁由厚的碳鋼外殼組成，該外殼也被稱為抗壓 體，具有與要承受的壓力相關(guān)計算出的厚度并且通常從20到350mm變化。在高壓交換器 中，外壁在設(shè)備的不同區(qū)域可以優(yōu)選地具有不同厚度，該厚度與要有效承受的壓力和設(shè)備 的形狀有關(guān)。通常，與壓力為0. 2到5MPa的蒸汽相接觸的中央圓筒形區(qū)域優(yōu)選具有從20 到IOOmm范圍的厚度，而經(jīng)受工藝流體的壓力的封頭的壁和靠近于封頭的圓筒形體具有成 比例的更大厚度，優(yōu)選是在50和300mm之間。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，壁可由單層或組裝的多層組 成。在大多數(shù)普通實施例中，在設(shè)備中存在通過兩個管板相互分隔開的三個截然不同 的腔(或室)，相對于設(shè)備的主軸線適當?shù)貦M向定位，包括由具有高機械抵抗性能的金屬組 成的平坦元件A，通常具有40到700mm的厚度，優(yōu)選是從100到650mm，適于耐受相鄰腔之 間存在的壓差。類似于設(shè)備的外壁的這個元件由單層或多個重疊的層組成。其整體厚度 根據(jù)已知方法在設(shè)備的直徑和壓差的基礎(chǔ)上進行計算。適于獲得層A的材料從能夠耐受 長時間的高機械壓力的金屬或合金中選出，這些材料可以合理的成本買到。用于形成層A 的材料通常選自碳鋼，碳鋼在上述標準之間形成極佳的兼顧。通常存在一般在冶金工業(yè)中 用作建筑材料的具有高機械性能，例如彈性、延展性和硬度的材料(參見例如上述出版物 "Perry's Chemical Engineering Handbook”，23-15 頁)。用于形成層 Α、也作為當前設(shè)備 的抗壓體的另一些適當材料是高屈服強度鋼的最新產(chǎn)品，例如根據(jù)規(guī)則ASTM SA 765的4 級鋼。在更優(yōu)選的情況下，兩個板大致對稱地定位，每個板靠近于兩個封頭之一并定義了優(yōu)選具有圓筒形幾何形狀的中央塔。在具有圓筒形幾何形狀的交換器的情況下，兩個板 之間的距離由管束的長度定義。通過將鋼層A連接和焊接到抗壓體的鋼層上而將每個板加力固定(force-fixed) 到環(huán)形壁上。無論其是否由一層或多層組成，鋼壁的結(jié)合和力焊接方法都是本領(lǐng)域?qū)＜沂?知的并在許多文章中被描述。在兩個板之間固定有平行于主軸線布置的一系列管，因而兩個板被適當?shù)卮蚩祝?從而第一流體可以在位于端部的兩個腔之間通過它們。第二流體在中間腔(殼程)中流通 以通過管壁實現(xiàn)熱交換。這種流體可以是蒸汽或加壓的水，或第二工藝流體，還可能是腐蝕 性的，在這種情況下在管板的兩側(cè)上使用抗腐蝕襯層是有必要的。所述管的數(shù)量可以根據(jù)工程項目的要求而變化，但是它們通常的范圍是從最小 的2個到用于更大設(shè)備的大約10，000個。優(yōu)選是從100到5，000個管，并且它們的直徑 范圍是從10到100mm。管的長度通常與設(shè)備的中央體的長度一致并且優(yōu)選范圍是從1到 IOm,它們的形狀通常是直線狀，然而，包括彎曲或環(huán)型部分的管也被包含在內(nèi)。中間橫隔膜 (diaphragm)(根據(jù)常用技術(shù)也被稱為隔板(baffle))可以位于中間腔內(nèi)以對管加以支承 并且在熱流體(蒸汽)的流動期間允許其更好地通過。根據(jù)本發(fā)明，每個管的內(nèi)壁包括由鋯或其合金制成的至少一個金屬層，其表面在 工藝循環(huán)期間與腐蝕性流體相接觸。在最簡單的情況下，管可以整體由鋯或其合金(單層) 組成，然而這會導致更高的成本，這是由于使用了相當大數(shù)量的鋯的緣故。用于本發(fā)明的管 的其它建設(shè)性解決方案可以包括例如在專利US 4，899，813中描述的由鋯和不銹鋼制成的 雙金屬管，由薄的鋯內(nèi)層和尿素級不銹鋼的更厚層組成。根據(jù)其它技術(shù)，管束中的所述管可 以包括至少一層鈦和一層鋯，優(yōu)選相互插入并且相互冶金接合，就像例如在國際專利申請 WO 06/020381或在共同未決的意大利專利申請MI06A 001223中所描述的那樣。管中所述鋯或鋯合金層的厚度范圍優(yōu)選是從0. 3到20mm，尤其是從0. 3到5mm，更 優(yōu)選是從0. 4到3mm，如果鋯層是在由鋯和鋼或鋯和鈦制成的雙金屬管中，如上所述；而在 管完全由鋯制成的情況下，是從1到20mm，更優(yōu)選是從2到5mm。在雙金屬管中不銹鋼或鈦 層的厚度與鋯襯層的厚度之比的范圍是從1到20，更優(yōu)選是從2到8。在市場上能買到不同等級的鋯和相關(guān)合金，它們?nèi)歼m于本發(fā)明的實施例。根 據(jù)ASME SA516從50到70的等級尤其適于在尿素和硝酸的合成中用于處理工藝流體的設(shè) 備的實施例。適于該目的的鋯合金是例如不同等級的鋯錫合金。在上面提到的“Perry’ s Chemical Engineering Handbook”，23-50頁，表23-19中，也提到了對鋯及其合金的參考。 具有低氧含量的鋯及其合金的等級甚至是更優(yōu)選的。在功能方面，多個腔中的至少一個與在(建立在內(nèi)部的)一定的壓力和溫度條件 下具有高腐蝕特性的流體相接觸，依據(jù)本發(fā)明將設(shè)備的內(nèi)部劃分成多個腔。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)， 所述腔的內(nèi)表面用鈦或鈦的一種適當合金做為襯層，以獲得長期持久的抵抗結(jié)構(gòu)。由本領(lǐng) 域?qū)＜以谠O(shè)備的操作條件下的腐蝕性數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上確定鈦襯層的厚度。優(yōu)選是選自1到 20mm,更優(yōu)選是從2到10mm。由鈦或其合金、優(yōu)選為鈦組成的第二薄片層B位于對腔進行限定的管板的層A的 表面上。所述層B通過密封焊接而連結(jié)到腔的相應(yīng)的鈦襯層上。層B的厚度范圍優(yōu)選是從 1到20mm，更優(yōu)選是從3到15mm。尤其在使用爆炸接合技術(shù)來生產(chǎn)管板時，還可以將層B的厚度從一點到另一點改變幾毫米。如果管束由鈦/鋯雙金屬管組成，則本領(lǐng)域?qū)＜以诒匾?時還可以在所述層B和每個管的鈦層之間實現(xiàn)焊接。管板的第三層C被布置在所述層B上，使得相互接觸的兩層的表面相互冶金接合。 正如上文中明確的那樣，它由鋯或其合金組成，優(yōu)選是鋯或包含至少90%重量的鋯的合金， 更優(yōu)選是純鋯。所述層C形成管板的內(nèi)部覆層或襯層，指定用于與具有腐蝕性質(zhì)的工藝流 體直接接觸。它具有適當?shù)暮穸纫员阍谑褂闷陂g長期承受機械應(yīng)力和熱應(yīng)力厚度范圍優(yōu)選是 從0. 5到20mm，更優(yōu)選是從3到15mm。層C的厚度就像層A和B的厚度那樣，還可以在管 板的不同區(qū)域具有不同值，這些值的選擇與管的密度和形狀、在設(shè)備構(gòu)建期間顯現(xiàn)的技術(shù) 需求和與它們相接觸的流體的特性有關(guān)。依據(jù)本發(fā)明，層C在管板的整個有用表面上延伸，除了用于管的通道的開口之外， 層C被密封焊接到這些管的由鋯組成的層上。然而，在靠近于層B與鈦或其合金(腔的剩 余壁的襯層)之間的密封接頭的管板的外圍區(qū)域中，層C被中斷而不需要特定的對策，這是 由于與下層B的冶金接合足以保證密封并且避免滲透。根據(jù)本發(fā)明，所述層C優(yōu)選在管板 上從(腔的)壁延伸出至少30mm的距離，更優(yōu)選是至少50mm，板自身被力焊接到(腔的) 壁上。對于當前設(shè)備的最優(yōu)實施例，對于所述層C的外邊界而言，同樣優(yōu)選的是，位于與 管束的最靠近外圍的管的外壁相距至少IOmm處，更優(yōu)選是相距至少30mm。層B和層C由金屬材料組成，已知這些金屬材料通過相應(yīng)的接縫而相容，例如通過 用于對鋯和鈦進行焊接的已知技術(shù)，這些技術(shù)設(shè)想了多種對策，在這些對策當中的一種是 使用惰性氣體。然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在兩層之間的傳統(tǒng)類型的焊接對于達到所需的抵抗性能和 可靠性不是必需的，這是由于形成冶金類型的結(jié)合已足夠，冶金類型的結(jié)合也可以利用不 同于焊接的技術(shù)，例如爆炸接合或通過電化學沉積，來獲得。在管板中，層C與每個管的鋯層密封焊接，以便防止?jié)B透和工藝流體與下層B和 A的接觸。用于這個焊接的適當技術(shù)對于本領(lǐng)域?qū)＜叶砸话闶且阎牟⑶铱捎玫摹８?據(jù)本發(fā)明的一個特定實施例，并且尤其是如果管完全由鋯制成，則在外表面上實現(xiàn)層C的 焊接，留下一部分管伸出以便于插入適于對液體滴入豎向定位的交換器進行調(diào)節(jié)的金屬箍 (ferrule)或其它元件，正如尿素生產(chǎn)廠中汽提器的情況。如果管束包括雙金屬管，則在除 去長度至少相應(yīng)于層C的厚度(優(yōu)選是更厚的)的外層的終端部分之后，通常在由鋯組成 的內(nèi)層上實現(xiàn)焊接，以允許一部分鋯管伸出幾厘米，正如之前的情況那樣。如果管是由鋯或 鈦制成的雙金屬類型，則還可以將鈦層便利地焊接到鋯層C和鈦層B兩者上。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，在所述層A和所述層B之間可以存在一層或多層其它 金屬材料，例如從上面提到的那些中選出的不銹鋼，其在整個管板上或僅在其一個或多個 部分上延伸。根據(jù)所采用的構(gòu)建技術(shù)，這些附加層可以形成防止腐蝕性流體的可能損失的 進一步的安全層，或者可以插入這些附加層以對管的由不銹鋼組成的部分加以支承，或作 為存在殘液放出孔的區(qū)域中的支承。在這些情況下，層B不直接布置在層A上。根據(jù)本發(fā)明在設(shè)備中使用具有至少三層的板能夠令人驚訝地克服上述缺點。根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選方面，在限定與腐蝕性流體相接觸的每個腔的抗壓體的壁 的某些點中，存在被稱為殘液放出孔的小尺寸的孔，其功能是在層A的碳鋼遭受由于腐蝕所致的顯著損壞之前，揭示出內(nèi)部襯層的可能損失。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的殘液放出孔通常由直 徑為8-15mm的小管組成，小管通常由不銹鋼、鈦或抵抗腐蝕的其它材料制成，將小管插入 碳鋼層直到其達到抗腐蝕襯層(或在多層襯層情況下其多個層之一)下面的表面。如果由 于高壓導致在襯層中存在損失，則內(nèi)部的腐蝕性流體立即在下面的裂縫區(qū)域中擴散，而如 果檢測不到，則會引起形成抗壓體或管的碳鋼的快速腐蝕。殘液放出孔的存在使這些損失 能夠被檢測到。出于這個目的，在抗腐蝕襯層下面的所有裂縫區(qū)域通常都處于與至少一個 殘液放出孔連通。對于塔體中的每個金屬箍而言，殘液放出孔的數(shù)量范圍通常是從2到4。 根據(jù)本領(lǐng)域?qū)＜沂熘牧晳T，將殘液放出孔插入封頭和管板中。本發(fā)明的第二方面涉及一種以提高的性能生產(chǎn)上述管束設(shè)備的方法。依據(jù)該方法，本發(fā)明的進一步目的涉及一種用于生產(chǎn)根據(jù)本發(fā)明的管束設(shè)備的方 法，該方法包括接連用于制備所述管板的下列步驟i)制備由鋼、優(yōu)選為碳鋼制成的層A，該層A適于承受工藝流體的壓力推力；ii)形成由鈦制成的中間層B，該層B位于所述層A的將與所述腐蝕性流體相接觸 的那側(cè)上；iii)在所述層B的表面上、在與所述層A相反的那側(cè)上，布置由鋯制成的抗腐蝕層 C，在層B和C的表面之間形成冶金接合；其特征在于所述層B與由所述管板限定的腔的鈦襯層密封焊接，并且所述層C至 少與管束的每個管的所述鋯層或鋯合金層密封焊接。依據(jù)本發(fā)明的方法，通過對各個鋼部件進行力焊接并且對各個鈦襯層和各層進行 密封焊接，多層管板可以獨立于管束設(shè)備的外殼(殼)而進行制備，并隨后固定到后者上期 望的位置處。在當前方法的步驟(i)中，制備適當尺寸的由碳鋼制成的層A，優(yōu)選具有的厚度范 圍是從40到700mm，優(yōu)選是從100到650mm，并且直徑范圍是從500到4，000mm,從而可以被 橫向插入和焊接在管束設(shè)備的內(nèi)部空間中。所述層A還可以由根據(jù)常用制造技術(shù)相連結(jié)的 多個鋼層組成，以便提高其彈性和抗壓性。在接下來的步驟(ii)中，鈦或其合金的相對薄的層B壓在層A的表面上。由于兩 層的焊接不相容性，利用機械連結(jié)技術(shù)(包括爆炸接合)或通過穿孔對層B進行固定。依 據(jù)本發(fā)明，所述層B除了形成進一步的保護性襯層之外，還具有為了用鋯制成的后續(xù)層C形 成易延展和相容的支承的功能，從而能夠更好地適應(yīng)于管板的幾何形狀。層B優(yōu)選具有從 1到20mm的厚度范圍。根據(jù)一個特定方面，在步驟(ii)中，可以將所述層B布置成直接接觸層A的表面， 或者根據(jù)本發(fā)明，例如由不銹鋼制成的一個或多個其它中間層可以插入在層A和層B之間， 并根據(jù)常用的連結(jié)和焊接技術(shù)固定在層A上。根據(jù)步驟(iii)形成冶金接合可以利用本領(lǐng)域?qū)＜宜亩喾N方法獲得，在這個 情況下在這些方法當中優(yōu)選是爆炸接合或摩擦技術(shù)或通過電化學沉積或金屬噴涂的技術(shù)。 這些方法是優(yōu)選的，因為它們相對于連結(jié)鈦和鋯的常用焊接技術(shù)而言更為簡單并且更為有 效(雖然在任何情況下都可以依據(jù)本發(fā)明使用常用焊接技術(shù))，這是因為它們不需要使用 惰性氣體并且保證在兩個金屬層的整個接觸表面上形成均勻的冶金接合。尤其是，根據(jù)本文要求的方法的三層板式結(jié)構(gòu)的一個優(yōu)選實施例利用“爆炸”技術(shù)實現(xiàn)，這能夠利用鈦制成的下層B相對簡單地獲得穩(wěn)定的冶金接合。此外，應(yīng)用這個技術(shù)在 層B和A的各個接觸表面的鈦和鋼之間產(chǎn)生特定的粘合，由此獲得特別緊湊和有抵抗力的 管板，適于對插入管束而言必要的后續(xù)處理。依據(jù)這個技術(shù)，在充分清潔表面之后，分別形成層A、B和C的薄片元件按豎向順序 進行重疊，可以通過校準的隔離器(spacer)將它們之間的距離幾乎保持為常數(shù)。在這樣獲 得的結(jié)構(gòu)的一側(cè)上，在層C之上，爆炸性火藥被定位并引爆，以使產(chǎn)生的沖擊波統(tǒng)一向相反 側(cè)傳播。鋯/鈦和鈦/鋼表面之間的極高壓力造成表面分子層的部分滲透，并且推力從一 側(cè)到另一側(cè)的傳播能夠逐出每一個殘余的空氣泡和可能的氧殘余，從而形成類似于焊接的 密封粘合。例如在"Proceedings of Corrosion Solutions Conference (腐燭解決方案協(xié)會 學報)”，2001年9月，119-127頁中提供了用于構(gòu)建管板的這種技術(shù)的更詳細的描述。根據(jù)本發(fā)明，一旦三個層A、B和C(以及可能的中間層)已經(jīng)被定位，形成管板的 主要結(jié)構(gòu)，則根據(jù)項目特性和所描述和要求的內(nèi)容，技術(shù)員可以用類似于現(xiàn)有技術(shù)中已知 的后續(xù)處理步驟繼續(xù)進行，以便將管板插入設(shè)備內(nèi)部，如果在外部已經(jīng)實現(xiàn)了之前的構(gòu)建 階段，并插入了管束的管。出于這個目的，根據(jù)一種優(yōu)選方法，對板進行打孔以便以適當?shù)?數(shù)量和恰當?shù)某叽绔@得一系列圓筒形腔，以便插入管和后續(xù)插入設(shè)備的圓筒形體中并且力 焊接到抗壓體的壁上。管束的管接著被插入，它們的每個的鋯層都與管板的層C進行焊接， 并且在多層管的情況下實現(xiàn)其它金屬層的可能的焊接?？拷诠馨暹吘墸赦佒瞥傻膶覤 也與腔的其余壁的鈦襯層密封焊接。所有上述操作都依據(jù)用于處理和焊接例如鈦和鋯的特定金屬的標準技術(shù)實現(xiàn)，這 需要使用惰性氣體，優(yōu)選具有氬保護。對它們進行描述的順序并非是實現(xiàn)它們的時間順序 的必要指示。本發(fā)明的另一個目的涉及兩種流體之間的熱交換工藝，兩種流體中的至少一種在 上面規(guī)定的工藝條件下具有對標準碳鋼的高腐蝕性，其特征在于在本發(fā)明的管束設(shè)備中執(zhí) 行所述工藝。


涉及用于尿素生產(chǎn)的工廠的高壓汽提器的根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的特定實例現(xiàn)在將 參考在附圖中提供的圖進一步示出，然而，不限制或約束本發(fā)明自身的整體范圍。圖1示意性表示用于尿素合成工廠的氨基甲酸鹽的分解的高壓汽提器的一部分 管板，包括全部由鋯制成的管的焊接區(qū)域。圖2示意性表示類似于上述管板的一部分管板，然而涉及鋯-不銹鋼雙金屬管的 焊接區(qū)域。圖3示意性表示根據(jù)本發(fā)明建造的汽提器的三層式管板與壁之間的連結(jié)區(qū)域的 詳細情況。為了更為簡明和對細節(jié)的清晰圖示，圖中僅示出管束中的一個管并且尺寸與實際 尺寸不成比例。用相同的附圖標記表示不同圖中的相應(yīng)細節(jié)。
具體實施例方式圖1示意性表示根據(jù)本發(fā)明的一部分管板中的區(qū)域，其中完全由鋯壁2組成的管 1被插入?？梢苑直娉鲈?(不成比例的)具有更厚的厚度，通常為100-500mm，元件4形 成由碳鋼制成的層A，形成層B的是鈦部分5，設(shè)置在層B的表面上的襯層6由薄的鋯層C 組成。本文中表示的這部分是位于汽提器的下壁中的管板的那部分，在此處由氨基甲酸鹽 和尿素的水溶液以及通過氨基甲酸鹽的分解形成的相關(guān)的氨和二氧化碳蒸汽的混合物組 成的腐蝕性流體的溫度更高。在這個情況下，層4與管板的主體一致，并且尺寸形成為用于承受由于尿素溶液 的下收集室與包含管束的圓筒形室之間的壓差導致的壓力，中壓或高壓飽和蒸汽在圓筒形 室處冷凝。用于標準尿素生產(chǎn)工藝的這個壓力范圍是從14到22MPa，優(yōu)選是15_20MPa，相 應(yīng)的溫度范圍是從190到210°C。在層4面對收集室的那側(cè)上存在鈦薄片層5，根據(jù)本發(fā)明薄片層5形成層B。層B 的厚度大約為10mm。薄片層5可以由單片、或具有適當厚度的多個薄片元件組成，多個薄片 元件相互焊接并且優(yōu)選粘合到下層4上。厚度范圍優(yōu)選是從8到IOmm的由鋯制成的層6(層C)冶金接合到層5上。與每 個鋯管1的插入點相應(yīng)，層6沿著環(huán)形連結(jié)線7焊接到管的壁2上。利用屏蔽技術(shù)用惰性 氣體實現(xiàn)焊接，如上所述。在這個特定情況下，板的層6與鋯管之間的焊接尤其重要，因為 它形成管的固定線并且必須相對于中間室(蒸汽在其中流通)承受大約13MPa的壓差。從 而這個焊接既是力焊接又是密封焊接。根據(jù)本發(fā)明的一個特定方面，一定數(shù)量的殘液放出孔(在圖1中用附圖標記8示 意性表示)被制造成(通過管板中的層4(層A))通常在位于朝向汽提器的外壁的區(qū)域中 (在圖1中示意性地位于虛線之后)。所述殘液放出孔(其作用在上文中指出)根據(jù)通常 使用的多種技術(shù)的任何技術(shù)制成，并且內(nèi)部用不銹鋼或者還可能用鈦做襯層。圖中未示出 的類似的殘液放出孔位于腔的抗壓體中，直到鈦襯層的下表面。根據(jù)圖2所示的細節(jié)，本發(fā)明的第二實施例包括使用雙金屬管3制造汽提器，用于 分解未轉(zhuǎn)化成尿素的氨基甲酸銨，雙金屬管3由不銹鋼制成的外部管狀元件9和內(nèi)部鋯襯 層組成，在這個情況下，不銹鋼是CrNiMo 25/22/2鋼，尿素級。各表面間的粘合通過機械方 法實現(xiàn)。三層式管板的結(jié)構(gòu)大致類似于參考圖1的上述結(jié)構(gòu)?？拷诠苁拿總€管3的交 叉點和嘴部，鋼層4與管的外層9力焊接，以便承受壓力和隨之發(fā)生的作用在雙金屬管上的 縱向應(yīng)力。形成鋯層C、厚度為2到3mm的層6冶金接合到層5的與抗壓體4相反的表面上。 同樣在這個情況下，通過爆炸覆層技術(shù)(explosive cladding technique)、或者還通過熱 噴涂在兩層之間進行粘合是優(yōu)選的?？拷诿總€雙金屬管3的嘴部，所述層6通過呈環(huán)形地布置在嘴部的孔周圍的密封焊 接7與管的內(nèi)部襯層2直接連結(jié)。一部分襯層7優(yōu)選延伸幾厘米超過層6以促進液體的滴下。在圖3所示的部分中，關(guān)于鋯管的形成和定位，之前關(guān)于圖1描述的相同元件基本 上得以區(qū)分，而汽提器的管板與外壁的連結(jié)區(qū)域的細節(jié)被另外示出，汽提器的外壁由厚鋼 層4組成，形成抗壓體，并且鈦襯層11的層具有類似于管板的中間層5的特性，鈦襯層11的 層通過點12處的焊接線與中間層5連接，但是具有優(yōu)選范圍是從5到15mm的厚度。鋯層6在靠近于水平管板與設(shè)備的豎向壁的連結(jié)線處、以有利地從30到40mm選出的距離終止， 該位置在圖3中用點10示出?？梢詸C械地處理該層的邊界以使其更加均勻，或者該層的邊 界可以利用與下面的鈦層5的焊接來終止。層6被中斷的距離對于本發(fā)明的目的來說并不 特別重要，但是應(yīng)該對其進行適當選擇以便在鋯(6)和鈦(5)的各個層的表面之間留下足 夠大的重疊區(qū)域，在管束的最靠近的管1的插入點之前，鋯(6)和鈦( 的各個層相互冶金 接合。由點10表示的邊沿優(yōu)選位于離開最近的管至少50mm，甚至優(yōu)選為至少70mm。對于 所有管的這個規(guī)定的應(yīng)用允許技術(shù)員定義尺寸和幾何形狀，通過該尺寸和幾何形狀將根據(jù) 本發(fā)明的鋯層C布置在管板的表面上。依據(jù)上述規(guī)定，正如本文所要求的，本發(fā)明提供了適于熱交換的管束設(shè)備，該設(shè)備 組合了原創(chuàng)的結(jié)構(gòu)，鋯對于高度腐蝕和侵蝕條件的極佳耐受性，具有對鈦的更大的加工便 利性和可用性，還提出一種對現(xiàn)有技術(shù)中所知的設(shè)備加以簡化的設(shè)計和構(gòu)建方法。通過原 創(chuàng)地和令人驚奇地組合了管板的三層式結(jié)構(gòu)A、B和C與封頭和鄰近于管板自身的壁的鈦 襯層而特別獲得了這個結(jié)果。因此可以實現(xiàn)用于管的密封的鋯/鋯焊接，和用于連結(jié)保護 性襯層的鈦/鈦焊接，在由于腐蝕性流體的侵襲導致的更嚴酷的區(qū)域中，尤其是靠近于每 個管插入到管板中之處和靠近于管板與交換器的壁的連結(jié)區(qū)域，不采取不同材料之間的焊 接。然而，不同于上面專門描述的實施例的本發(fā)明的其它實施例也是可行的，并且其 它實施例僅表示在任何情況下包含在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)的顯而易見的變體。
權(quán)利要求
1.適于在高壓高溫條件下進行在兩種流體之間的熱交換的管束設(shè)備，兩種流體之一具 有在工藝條件下對碳鋼的高腐蝕特性，該管束設(shè)備包括被外殼限定的中空體，或抗壓體， 適于承受操作壓力并且由如果與所述高腐蝕性流體相接觸則受到腐蝕的材料組成，其中設(shè) 有高腐蝕性流體的收集腔和分配腔，收集腔和分配腔通過一系列形成管束的、包括至少一 層金屬鋯或其合金的管而相互流體流通；以及包括所述管束的中間腔，中間腔通過氣密管 板與上述兩腔分隔開，其特征在于所述收集腔或分配腔中的至少一個腔的內(nèi)壁包括鈦或 其合金的襯層、并被包括至少下列三個金屬層的管板所限定A)適于承受壓力推力的第一層，主要由具有高機械性能的金屬材料組成，如果與所述 高腐蝕性工藝流體相接觸則受到腐蝕；B)由鈦或其合金組成的材料制成的中間層，直接或間接地位于所述層(A)的表面上并 焊接到腔的具有所述鈦襯層的邊緣上；C)由鋯或其合金組成的層，具有與在關(guān)于層(A)的相反側(cè)上的所述中間層(B)的表面 冶金接合的表面，并且在使用中另一表面將與所述高腐蝕性流體相接觸，所述層與所述管 的鋯層密封焊接。
2.根據(jù)上述權(quán)利要求1所述的設(shè)備，被豎向定位，其中被三個層限定的所述腔形成高 腐蝕性流體的下收集室。
3.根據(jù)上述任何一項權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中所述層A的厚度范圍是從40到 700mm，優(yōu)選是從100到650mm。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中所述層A由從包含高屈服強度鋼在內(nèi)的碳鋼 中選出的金屬材料組成。
5.根據(jù)上述任何一項權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中所述層B的厚度范圍是從1到20mm， 優(yōu)選是從1到15mm。
6.根據(jù)上述任何一項權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中所述層C的厚度范圍是從0.5到 20mm，優(yōu)選是從3到15mm。
7.根據(jù)上述任何一項權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中腔的內(nèi)壁的所述襯層的厚度范圍是從 1至Ij 20mm，優(yōu)選是從2到10mm。
8.根據(jù)上述任何一項權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中所述管束的每個管中的鋯層的厚度范 圍是從0. 3到20mm。
9.根據(jù)上述任何一項權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中所述管束的每個管都是雙金屬管，包 括由不銹鋼或鈦組成的至少一個外層，和與腐蝕性流體相接觸的、由鋯或其合金組成的、厚 度為0.3到5mm的內(nèi)部襯層。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中所述不銹鋼或鈦層的厚度與所述襯層的厚 度之比的范圍是從1到20，優(yōu)選是從2到8。
11.根據(jù)上述權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中，在雙金屬管中，所述外層的厚度是2到 15mm,并且所述內(nèi)層的厚度是0. 4到3mm。
12.根據(jù)上述權(quán)利要求9至11中的任何一項所述的設(shè)備，其中所述雙金屬管由密封焊 接到管板的具有所述層C的邊緣上的內(nèi)部鋯層和力焊接和/或密封焊接到管板的具有所述 層B的邊緣上的外部鈦層組成。
13.根據(jù)上述權(quán)利要求1至8中的任何一項所述的設(shè)備，其中所述管束的每個管都完全由鋯或其合金組成。
14.根據(jù)上述權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中所述管的厚度范圍是從1到20mm，優(yōu)選是 從 2 至Ij 5mm。
15.根據(jù)上述權(quán)利要求13或14之一所述的設(shè)備，其中，在管板中，所述層C的厚度范圍 是從3到15mm并且與每個所述鋯管力焊接并密封焊接。
16.根據(jù)上述任何一項權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中厚度為2到IOmm的由碳鋼制成的另 一個層D被插入在所述層B與所述層C之間。
17.根據(jù)上述任何一項權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中所述層C在管板上從與管板力焊接 的壁延伸出至少30mm的距離，優(yōu)選伸出至少50mm。
18.根據(jù)上述任何一項權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中所述層C的外邊界位于與管束的最 靠近外圍的管的外壁相距至少IOmm處，優(yōu)選相距至少30mm。
19.根據(jù)權(quán)利要求1至18所述的設(shè)備在用于合成尿素的工廠中的用途。
20.根據(jù)上述權(quán)利要求19所述的用途，作為尿素的高壓合成循環(huán)中的汽提器。
21.一種用于生產(chǎn)根據(jù)上述權(quán)利要求1至20中的任何一項所述的管束設(shè)備的方法，該 方法依次包括用于制備管板的下列步驟i)制備由鋼、優(yōu)選為碳鋼制成的層A，該層A適于承受工藝流體的壓力推力； )形成由鈦制成的中間層B，該層B位于所述層A的將與所述腐蝕性流體相接觸的那 側(cè)上；iii)在所述層B的表面上、在與所述層A相反的那側(cè)上布置由鋯制成的抗腐蝕層C，在 層B與C的表面之間形成冶金接合；其特征在于所述層B與由所述管板限定的腔的鈦襯層密封焊接，并且所述層C至少與 管束的每個管的所述鋯層密封焊接。
22.根據(jù)上述權(quán)利要求21所述的方法，其中利用從爆炸和金屬噴涂的方法中選出的接 合或焊接方法獲得根據(jù)步驟(iii)的所述冶金接合。
23.根據(jù)上述權(quán)利要求21至22中的任何一項所述的生產(chǎn)方法，其中所述層C的厚度范 圍是從3到20mm并且通過爆炸接合方法被布置和結(jié)合到所述層B上。
24.根據(jù)上述權(quán)利要求21至23中的任何一項所述的生產(chǎn)方法，其中所述管束由雙金屬 管組成，每個雙金屬管都包括由不銹鋼組成的至少一個外層和由鋯或其合金組成的、與腐 蝕性流體相接觸的內(nèi)部襯層。
25.根據(jù)上述權(quán)利要求M所述的生產(chǎn)方法，其中，在管板中，所述層A與每個雙金屬管 的所述不銹鋼層力焊接并密封焊接，并且所述層C與所述內(nèi)部襯層密封焊接。
26.根據(jù)上述權(quán)利要求21至23中的任何一項所述的生產(chǎn)方法，其中所述管束由完全由 鋯制成的管構(gòu)成。
27.根據(jù)上述權(quán)利要求沈所述的生產(chǎn)方法，其中，在管板中，所述層C與所述管束的每 個管力焊接。
28.—種兩種流體之間的熱交換工藝，兩種流體中的至少一種是壓力范圍從5到 IOOMPa而溫度范圍從100到400°C的、在所述條件下對標準碳鋼具有高度腐蝕性的腐蝕性 流體，其特征在于在根據(jù)權(quán)利要求1至20中的任何一項所述的設(shè)備中實施該工藝。
29.根據(jù)上述權(quán)利要求觀所述的工藝，由尿素生產(chǎn)工藝中的汽提操作組成，其中所述腐蝕性流體是在壓力范圍從12到25ΜΙ^而溫度范圍從140到220°C下含有水、氨、二氧化碳 和氨基甲酸銨的混合物。
全文摘要
用于在高腐蝕性的工藝流體的條件下以高壓高溫進行熱交換操作的管束設(shè)備，包括定位成與所述流體相接觸的鈦襯層(11)和由至少一層鋯(2)組成的一系列管(1)，其中所述管被插于其上的管板包括鋯或其合金的外層(S)和焊接到設(shè)備的襯層的下面的鈦層(5)。所述設(shè)備尤其用作熱交換器，例如在尿素合成工藝的高壓循環(huán)中作為汽提器。
文檔編號F28D7/16GK102099652SQ200980127578
公開日2011年6月15日 申請日期2009年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月17日
發(fā)明者A·賈納扎, D·圣菲利波, L·卡爾雷西, L·馬伊拉諾 申請人:塞彭公司