CN1652856A - 用于处理腐蚀性流体的管束设备 - Google Patents

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Abstract

一种适于在高压高温环境下、在工艺流体具高腐蚀性的条件下进行热交换的管束设备，其中所述管束包括一系列管子(4)，其内壁基本由从抵抗所述流体腐蚀的钛，锆，或者钛、锆中的一种的合金中选取的材料制成，管束所进入的腔室中的至少一个由包括至少下述连续三层金属层的侧壁限定，所述三层金属层包括：a)适于耐受压力负荷的外层(21)，与所述高侵蚀性流体接触时遭受腐蚀；b)不锈钢中间层(22)；c)抗腐蚀衬里(23)，与所述高腐蚀性流体接触，由从钛，锆，或者钛、锆中的一种的合金中选取的材料制成。所述设备尤其用作交换器/反应器，例如在尿素合成过程的高压循环中作为汽提塔。

Description

用于处理腐蚀性流体的管束设备
技术领域
本发明涉及一种用于处理腐蚀性流体的管束设备。
更具体地，本发明涉及一种带有内衬的管束设备，尤其是在尿素产品的工厂中，该管束设备适于处理在分别高至100MPa和400℃的中或高压力温度下的腐蚀性流体。
背景技术
不论高压设备是否是反应器、分离器、锅炉或者其中有高热交换的其他设备，通常高压设备的施工技术包括装配能够耐受操作压力的紧凑耐压体，该耐压体在技术规范的时间下确保最大的安全性和耐久性，配备有用于外部通讯和控制的必要通道、以及工艺流体的入口和出口。用于这种结构的得到最广泛应用的材料是碳钢，其原因在于碳钢具有优化机械特性、较低成本以及可商购性的结合优点。为了使交换表面最大，通常将管束插入耐压体，耐压体在每一端终止于位于流体收集室或者分配室上的板或者孔鼓(perforated drum)。热交换在第二流体在管束外的腔室中循环的同时发生，所述第二流体与管束的外表面接触。
在产生高侵蚀性流体的过程中，每根管子和管片板的两个表面中的至少一个和耐压体的内表面的一部分暴露到与具有高侵蚀性的工艺流体直接接触。例如在科技出版物“Perry’s Chemical EngineeringHandbook，McGraw-Hill Book Co.6th Ed.(1984)，page 11-18”中给出了通常用于在这些情况下实现热交换的一些方法和设备。
在现有工厂中，已经有多种方案来应对腐蚀问题，在文献中已提出了其他方案。实际上有许多种金属和合金能够在足够长的时间段抵抗在尿素或者涉及高腐蚀性流体的处理过程的其它设备内产生的极强侵蚀条件，所述处理过程例如为硝酸的合成过程。其中，可提及铅、钛、锆和诸如AISI 316L钢(尿素级)、INOX 25/22/2 Cr/Ni/Mo钢、特种奥氏体-铁素体钢、铁素体含量低的奥氏体钢等的几种不锈钢。如果这种类型的设备完全用这些抗腐蚀合金或者金属来制造，则这种类型的设备在商业上并不便利，其原因不仅在于出于此目所必需的材料的耗费量相当大，而且作为由于在某些情况下需要使用特殊焊接和粘接方法而导致的结构和施工问题的结果，其原因在于缺乏具有优良的碳钢机械质量的某些金属材料。
通常使用普通碳钢制成的容器或者柱状物，可选地为多层，厚度取决于几何尺寸和要耐受的压力(耐压体)，从30至450mm变化，所述容器或者柱状物与腐蚀性或者侵蚀性流体接触的表面统一覆盖有2至30mm厚的金属抗蚀衬里。
例如，用于通常在工业上使用的用于尿素生产的处理过程包括至少一个在高温和高压下操作的部分(合成循环)，在该部分，工艺流体，即水、氨水、尤其是包含氨基甲酸铵和尿素的盐溶液，变得特别地具侵蚀性。公知的，普通碳钢不能够抵抗这些高温流体的腐蚀，并且当与这些流体接触时，碳钢经受递增和快速的耗损，这弱化其结构，导致外部损失或者甚至爆炸。
特别是，在现今使用的尿素的生产过程中，在所谓的高压汽提塔中，在基本上与反应器相同的压力和稍微更高的温度下，没有变换为尿素的氨基甲酸铵(如在特定领域中所使用的，下文中简称为“氨基甲酸盐”)进一步被分解为氨和二氧化碳，所述高压汽提塔包括垂直定位的管束交换器，在该管束交换器中，离开反应器并且包含未反应的氨基甲酸盐和过量氨水的尿素溶液沿着管子的内部以薄层被输送，而中压饱和水蒸气(1-3MPa)在管束外部的腔室中以设计文档中指出的温度下循环和冷凝，从而为过量氨水的闪蒸和氨基甲酸盐的分解提供必要的能量。汽提塔的耐压体是由普通碳钢制成，而管束中的管子通常由抗腐蚀的材料制成。
流开汽提塔的气体通常在氨基甲酸盐的冷凝器中再次冷凝，所述冷凝器也基本上由管束热交换器组成，因此该管束热交换器与类似于分解器中的混合物(除了尿素)并且腐蚀性极强的混合物接触。并且在这种情况下，内部衬里和管束由上述特殊不锈钢材料制成。
使用上述高压氨基甲酸盐的分离和再冷凝方法的尿素的生产过程例如在专利US3984469，US4314077，US4137262，EP504966中有描述，这些专利都已转让给本申请人。通常用于生产尿素的处理过程的宽范围也在“Encyclopedia of Chemical Technology，3rd Edition(1983)，Vol.23，pages 548-574，John Wiley & Sons Ed.”中加以提供，为获得更详细的资料，可参考该文献的内容。
在使用管束热交换器，例如形成部分的尿素合成循环(回路)汽提塔或者氨基甲酸盐冷凝器的特定情况下，解决腐蚀问题的方案由于设备的特殊几何形状而变得非常复杂，所述几何形状不能实现流体温度和组分的受控可再现分布，尤其是在热交换器伴随着化学反应时更是如此。而且在这些情况下，已经进行了利用管板的合适表面衬里和其它与腐蚀性流体接触的表面来防止腐蚀的尝试，较为成功，但迄今为止，对在合理成本下制造运行足够长的时间并且没有特别维护的设备的问题仍未解决。
而且公知的，如果诸如氨基甲酸盐的酸或者碱盐溶液中包含少量的氧气，则与这些流体接触的不锈钢的抗腐蚀性相当大地增强，所述氧气作为空气或者诸如臭氧或者过氧化物的能产生氧气的其它化合物引入。这一技术已经得到了广泛的应用，并且例如在专利US2727069(Stamicarbon)和US4758311(转让给本申请人)中有描述。虽然提供了显著的改进，但这一技术方案还是有一些缺陷，其原因在于为了避免形成氧气浓度接近爆炸极限的区域而需要更多的控制，而且原因还在于氧气的分布是不均匀的，尤其是在存在两相气/液系统时、例如在整个尿素的合成循环中存在的两相气/液系统中气液分布更是不均匀，并且由此在暴露表面的任意点上没有保证令人满意的抗腐蚀保护。
抗腐蚀性高于不锈钢的合金和金属以前就已经作为制造用于合成尿素的反应器的重型材料。例如，UK1.046,271(Allied Chemical Corp.)中描述了在205℃、27MPa下直接合成尿素的处理过程，其中反应器完全由锆制成。但显然这种类型的反应器成本高、施工困难。
由碳钢制成并内衬有锆或者钛的尿素合成反应器在出版物“Chemical Engineering，May 13 1947，pages 118-124”中有提及，作为内衬有不锈钢的反应器的替代。
而且带有由钛或者锆制成的管子的管束交换器是公知的。美国专利US4899813(转让给本申请人)描述了尤其适用于高压汽提(strip)从合成反应器获得的尿素溶液的垂直管束设备的构建和使用。为了防止在管子内部区域上的腐蚀，在氨基甲酸盐的热交换和分解发生的地方，在流体侵蚀由此最大的地方，已经使用了双金属管制成的管束，例如，该双金属管包括由INOX钢制成的外部部分和由锆制成的内部非常薄的部分(0.7-0.9mm)，所述内部部分贴附但未焊接到外部部分上。交换器/汽提塔上与尿素溶液接触的其余部分另一方面利用内衬有合适不锈钢的普通碳钢技术构建。由于锆具有优良的抗腐蚀性，因此解决了与管内腐蚀相关的问题，但同时没有产生与特种钢/锆的结合相关的困难，并且同时维持了该设备的经济生产，其中特种钢/锆不能有效地直接相互焊接。
不管最后一种技术获得的优良结果如何，已经发现在交换器的某些区域，尤其集中在汽提塔的下管板附近和在相应的腔室中，不希望的腐蚀现象仍旧在流体的极度侵蚀状况下发生。在类似侵蚀条件下运行的其它管束设备中，相同的问题也在经过长时间后出现。
但在由于缺乏焊接点的同种性(homogeneity)的建筑工程方面，以及从安全的角度考虑，所述设备的带有锆、钛或者它们的合金中的一种的整个衬里产生相当大的应用问题，作为泄漏孔(weep hole)的应对措施，即使根据已知技术使用，在衬里泄漏之后，将导致腐蚀性流体与基础碳钢的直接接触，导致结构快速损伤，有时甚至是在能观察到损失之前。
暴露于极强腐蚀性流体的压力设备的寿命问题，尤其是对于在尿素合成循环中使用的管束设备，仍未以令人满意的方式解决。
在致力于连续改进其技术的行动中，本发明人现在发现与带有包含不同于不锈钢的抗腐蚀材料的管子的管束设备相关的上述问题可令人惊喜地通过采用一种特定类型的非管子部分的多层衬里暴露于腐蚀性流体来解决。这一新方法也允许用于衬里的重型抗腐蚀材料的数量减少，但显著增加设备的运行寿命。
发明内容
因此本发明的第一目的关于一种适于在高压高温环境下、在至少两种流体之间有效进行热交换的管束设备，其中一种流体具有高侵蚀特性，所述设备包括配备有外部壳体或者耐压体的中空体，该外部壳体或者耐压体适于耐受运行压力并且由在与所述高侵蚀性流体接触时遭受腐蚀的材料制成，该中空体还配备有用于流体进入和流出的合适的开口，在该中空体中有至少两个由第三密封腔室彼此分开的腔室，该第三密封腔室位于铰接到所述耐压体上的两个隔片或者板之间，所述两个腔室利用一系列管子彼此连通，所述管子的内壁与所述高侵蚀性流体接触并且由从钛，锆，或者钛、锆中的一种的合金中选取的材料制成，抗腐蚀性强，形成位于所述两个隔片之间的管束穿过所述第三腔室，其特征在于，所述两个腔室中的至少一个与所述高侵蚀性流体接触，并且至少部分地由包括至少三层金属层的侧壁限定，所述三层金属层包括：
A)适于耐受压力负荷的外层，与所述高侵蚀性流体接触时遭受腐蚀；
B)不锈钢中间层；
C)抗腐蚀层，与所述高腐蚀性流体接触，由从钛，锆，或者钛、锆中的一种的合金中选取的材料制成。
本发明的第二目的关于一种用于制造所述装置的方法。
本领域的技术人员从下文中的描述可明了本发明的其它目的。
这里使用的术语“...的合金”参照某种金属，指的是包含所述金属的重量百分比至少为40％的合金。
根据本说明书的描述，关于材料相对于在特定处理条件下的流体的“抗腐蚀性”术语限定了具有根据“ASTM A 262规定，部分C，晶间腐蚀试验”进行测量而小于0.1mm/年的腐蚀的材料，特别地对于25/22/2不锈钢采用。本领域的技术人员公知在各种手册中提供有普通工业用材料的腐蚀指数，诸如例如在上述“Perry’s ChemicalEngineering Handbook”的表23-22至23-24，在氨基甲酸铵项下。
在本发明说明书和权利要求书中使用的术语“承载焊接(strengthwelding)”和“密封焊接”指的是从以下AME VIII Div.1 UW20中获得的定义：
承载焊接是基于从焊接部件的膨胀而得到的机械特性和应力，具有满足设计规定(project prescriptions)的特性的焊接；
密封焊接的目的在于避免损失，并且其尺寸不是基于先前针对承载焊接所表述的负荷来确定的。
根据本发明的压力设备可用于在两种单相或者多相流体之间有效进行热交换，其中一种流体对普通碳钢有高腐蚀性，并且偶尔对不锈钢也有中等腐蚀性。后面的材料对于本领域的技术人员来说是公知的，并且由包括基于铁、铬和碳的合金制成，后者相对于普通钢具有更小的数量。对于专门的应用，某些不锈钢也可包含变化数量的镍、钼、锰。好的抗腐蚀性是由于在足以氧化的环境中合金通过形成具有惰性和机械稳定性的表面氧化物薄膜而钝化的特性造成的。在多种可获得的出版物中，在上述“Perry’s Chemical Engineering Handbook”的23-39页至23-41页、尤其是表23-10至23-15中给出了几种这些不锈钢的例子。
具有在本发明中指出的高高侵蚀性的工艺流体可以是单相的，即通常包括一种流体，或者是多相的，通常为包括平衡的液相和气相的两相。这种类型的典型流体是那些处于诸如硝酸生产、三聚氰胺生产的化学处理中的流体，尤其是那些在尿素合成工厂的高压或者中压部分中循环的流体，诸如在氨基甲酸盐分解器或者汽提塔，反应器下游或者在氨基甲酸盐冷凝器中的水成或者水成/氨基甲酸铵或者尿素和氨基甲酸盐溶液。
后面设备通常在10-40MPa的压力、70-300℃的温度下存在包含水、氨、二氧化碳和氨基甲酸铵的混合物时运行，所述混合物是根据以下反应式的所述化合物的冷凝产品。
[ ]
运行工况优选地压力为12-25MPa，温度为120-240℃。
在本发明所应用的通常的生产尿素的工厂中，包括在高压或者中压部分中的上述设备通常具有2000-100000升的容积。
根据本发明的压力设备的内部和外部可具有各种形式和几何形状，这取决于其使用功能。该压力设备根据高压管束热交换器的典型标准正确地构建。因此该设备通常为圆柱体形状，在该圆柱体的端部带有两个半球形帽，以便更好地分布压力负荷。开口在半球形帽中沿着圆柱形主体设置以进出流体、引入可能的传感器，为检查开孔(人孔)。取决于使用，该设备也可水平放置，例如在作为氨基甲酸盐的冷凝器使用的情况；或者可垂直放置，例如作为汽提塔使用的情况。
抵抗几乎所有压力负荷的所述设备的外壁包括厚碳钢壳体，也被称作耐压体，其厚度关于要抵抗的压力进行计算，并且该厚度通常在20-350mm之间变化。在高压交换器中，所述外壁可以方便地关于必须要有效抵抗的压力具有不同的厚度。与压力为0.2-5MPa的水蒸汽接触的中央圆柱形区域优选地具有20-100mm的厚度，而承受工艺流体的通常更高压力的所述帽和靠近所述帽的圆柱体具有成正比的更大的厚度，优选地为100-300mm。所述外壁能由根据已知技术装配的单层或者多层碳钢制成。
在所述设备中，有至少三个利用两个隔片或板彼此分开的不同腔室，其中所述两个隔片或者板合适地相对于所述设备的主轴线横向布置，并且包括扁平碳钢元件，厚度通常为40-400mm，适于承受通常存在于所限定的腔室之间的压差。在大部分情况下，所述两个板中的每一个靠近所述两个帽中的一个布置，并且形成具有基本圆柱形几何形状的中央体积。每个板通过焊接被密封到环壁上，因此在相邻腔室之间没有物质交换。可选地，所述板形成两个位于所述设备相同侧的腔室，这两个腔室通过另一隔片或板彼此分开，例如在壶型(Kettle-type)氨基甲酸盐冷凝器的典型构建技术中，其中所述两个板结合成一侧被横向焊接的隔片分为两半的单个的横向板。
在本发明的管束设备中，将一系列管子固定在两个板之间，这两个板被合适地穿孔并且通常被称作管板，由此流体在位于端部的两个腔室之间经过。第二流体，优选地为水蒸汽/水混合物，在中间腔室中循环以通过管壁进行有效的热交换。
管子的数目根据设计规范变化，但通常从最小2至对应于更大设备的大约10000变化。优选地为100至5000根管子，其直径为10至100mm。管子的长度通常与所述设备的中央主体的长度一致，并且优选地为1至10m，管子的形状通常为直线形，但包括弯曲和螺旋管形部分的管子也不排除，管子的厚度根据负载和管子的直径变化，通常为2至25mm。中间隔片(也被称作隔板)可位于中间腔室中以支承所述管子。这些隔片通常由碳钢制成，由于不承受任何压力负荷，因此厚度为几毫米。
根据本发明，每个管子的内壁由具有高抗腐蚀性的材料制成，该材料从钛，锆，或者钛、锆中的一种的合金中选取。在第一实施例中，每根管子整个由所述材料中的一种制成，优选地由锆制成，并且厚度为2-15mm，优选地为3-10mm。
根据第二实施例，有至少两层金属，外层优选地具有更大的厚度，由存在包含钝化剂的流体时较抗腐蚀的材料、诸如不锈钢制成，所述外层也适于耐受所述管子内部和外部之间的压差，内部衬里层优选地更薄，由从钛，锆，或者钛、锆中的一种的合金中选取的所述材料制成，该内部衬里层直接与腐蚀性流体接触。在这种情况下，不锈钢层的厚度与衬里层的厚度的比值优选地为1-20，更优选地为2-8。所述外层的厚度通常为1-20mm，优选地为2-15mm，所述衬里层的厚度为0.5-3mm。
可利用用于制造由诸如锆或者钛的特种金属制成的金属衬里的普通冶金技术来获得所述双金属管。在上述专利US4899813中描述了优选的技术，其内容在此引入作为参考。所述管子的衬里更优选地由纯度高于97％的锆制成。
具有高腐蚀性的工艺流体位于所述设备端部处的帽中，并且在所述管子中流动，形成具有更高压力的流体。通常在从0.2至5MPa变化的压力下将饱和水蒸汽送入中间腔室中，该水蒸汽在冷凝过程中释放出必要数量的热量，以便例如分解氨基甲酸盐。
根据本发明的设备划分的腔室中的至少一个与在通常的处理条件下不仅对普通碳钢、而且对在本领域中常用的不锈钢也有高腐蚀性的流体接触，即使在这样的情况下，在一定时间的循环之后，腐蚀效果会显现。本申请人已经发现，通过利用上述包括至少三层不同金属的结构来全部或者部分地实施所述暴露腐蚀的腔室的构建，随着设备遭受这种重载使用状态时间的流逝，能够确保安全性和可靠性。根据有更大经济优点的优选方面，实际上能只在暴露而有主要腐蚀危险的区域使用三层结构，仍可获得具有上述优良特性的设备。
根据本发明，层(A)基本上由碳钢制成，并且能与端头(head)的外部壳体至少部分重合。这一层的厚度取决于设备的最大运行压力，并且优选地从20至500mm变化。也可具有与相同腔室的不同点对应的厚度，诸如例如形成孔板的层相对于端头厚度的厚度。特别地，孔板的层A的厚度优选地为40-500mm，而外壁的厚度通常更小，优选地为40-350mm。
形成层A的碳钢典型地从在冶金业通常使用的碳钢中选取，这些碳钢作为施工材料，具有诸如弹性、延展性和坚硬的高机械特性(例如参见上述“Perry’s Chemical Engineering Handbook”的23-15页)。
由不锈钢制成的第二层B位于所述腔室的层A的至少一部分表面上。该层B的厚度优选地为1-40mm，更优选地为3-25mm。适于制造层B的不锈钢通常是那些具有高抗腐蚀性的不锈钢，典型地如上所述。适于此目的的不锈钢例如为AISI 316L钢、INOX钢，尤其是25/22/2 Cr/Ni/Mo钢、特种奥氏体-铁素体钢、和其它本领域技术人员公知的钢。最合适的材料的选择可以基于运行过程中所需的参数，留给本领域的技术人员在来完成。所述钢材的典型例子是那些可在下述商标下商购的钢材：“2 RE 69”(®，SANDVIK)，“724 L”(®，AVESTA)，“725 LN”(®，AVESTA)，“DP 12”(®，SUMITOMO)。
根据本发明，不是所有与腐蚀性工艺流体接触的腔室的内表面都必需包括所述三层A、B和C，如果必要，该表面的某些区域或者部分可只包括彼此紧密连接的层A和C。本领域的技术人员可基于对所讨论的处理和设备可获得的数据和试验，在设计过程中确定所述腔室是否整个由根据本发明的三层侧壁限定，或者由该三层侧壁局部限定。基于对最临界区域的观测，所述腔室的表面的至少25％，优选地至少40％通常由三层结构所限定。
根据本发明的一简化实施例，已经发现，对于管板，单独包括所述三层结构足以，而腔室的剩余表面(或者头、典型地为半球形)可方便地单独包括层A和C。以这种方式，可以获得简化并且成本更低的结构，由于有助于改进在更临界区域中的性能，因此该结构在任何情况下允许获得理想的结果。
根据本发明的一优选方面，与工艺流体接触的所述腔室整个由合适成形的所述三层壁A-B-C限定，该腔室具有保证整个设备结构连续性的进一步的优点。
当交换器包括例如上述类型的双金属管时，层B被承载焊接到靠近管板的表面上的出口的不锈钢层上，其焊接方式使得确保相对于基础碳钢的密封并且抵抗管子的轴向应力。根据本发明，对于层B和双金属管的钢来说，由相同的材料制成是没有必要的，但它们应该适当地相容以使其被焊接在一起。碳钢和各种不锈钢通常能被相互承载焊接，同时在密封和承载方面得到令人满意的结果。另一方面，当管束的至少一些管子整个由从钛、锆或者其合金中选取的材料制成时，位于管板上的所述层B基本作为保护中间层，而管子优选地被承载焊接到合适成形的层C上。
根据本发明，所述第三层C布置在所述层B上，与层B紧密接触。层C由从钛、锆、或者其一种合金中选取的材料制成，优选地由锆或者其一种包含至少90％重量百分比的锆的合金制成，更优选地由纯锆制成。所述层C形成腔室侧壁与工艺流体直接接触的内部衬里。该层C的厚度适于在使用中长时间耐受机械和热应力；优选地厚度为0.2-10mm，更优选地为0.5-5mm。层C的厚度、以及层A和B的厚度也可以在设备的不同区域中不同，甚至是在同一腔室中也可如此，取决于不同几何形状，不同负荷或者与其接触的流体的特性。特别是，在管板上的层C的厚度有利的是接近管束中的钛、锆或者其合金的对应层的层C的厚度。因此，在存在双金属管时，其中层C被密封焊接到该双金属管的内层上，层C的厚度优选地为0.2-4mm，更优选地为0.5-3mm。当所述管子整个由所述非铁金属或者合金制成时，层C优选地被承载密封焊接到所述管子上并且其厚度为2-10mm，优选地为3-5mm，钛、锆及其含有其它金属的合金在最抗腐蚀金属材料中是公知的。除了纯金属，钛锆合金和含有其它金属的钛或者锆的合金根据本发明可使用。这些材料中的一些材料可以以适于根据常用冶金技术制备衬里的形式商购。关于上述钛、锆及其合金可参考例如在上述“Perry’s Chemical Engineering Handbook”的23-50页，表23-19。通常，优选地，形成管束的双金属管的内部衬里的C层由相同的金属或者合金，更优选地，由锆制成。
层C通常包括双金属材料，该层C不能直接与形成所述层B和A的材料焊接，并且因此该层C被布置成与所述层B和A接触、放置在其上或者与之渗透，但没有焊接到所述层B和A的表面上。当层B只在所述腔室的某些区域存在时，例如在上述高压汽提塔中的管板情况下，所述层C相反优选地在暴露腐蚀的整个表面上延伸，所述层C能形成双层A-C，同时剩余区域为基础的碳钢。后一情况下的层C的厚度优选地大于位于三层壁上的层C的厚度。
在管板的区域中，层C与各双金属管的内部衬里密封焊接，以便防止工艺流体与基础层B的接触。这种焊接的适用技术对于本领域的技术人员来说是公知的，并且在下面更详细地加以解释。
根据本发明的三层壁的结构意想不到地克服了本领域技术人员尚未解决的缺陷。当管束由双金属管制成时，这些管子与管板上的不锈钢层B的承载焊接确保了设备的结构的一致性，而由类似于管子的内部衬里材料的材料制成的后续层C的布置保证了抵抗工艺流体的长时间密封和保护。在没有层C时，在管板区域中的流体的特定侵蚀性与特别复杂的几何形状使得不锈钢独自的抵抗不足，并且导致相对于所需生产循环具有不令人满意的寿命。另一方面，在层A上独自使用层C，而不使用层B，将对双金属管的承载焊接造成相当大的困难，其中由于层C与不锈钢的不相容性，双金属管不能作用在层C上。而且，当管子整个由钛、锆或其合金制成时，具有合适厚度的层C使得每根管子能获得足够的承载焊接，同时层B在泄漏时提供了令人满意的安全等级，尤其是沿着所述焊缝。
根据本发明的一优选方面，被称作泄漏孔的小尺寸孔在限定出每个腔室的耐压体的侧壁上的某些点上形成，其目的是在层A的碳钢遭受由于腐蚀导致的重大破坏之前显示内部衬里的可能损失。泄漏孔通常由直径为8-15mm、由抗腐蚀材料制成的小管形成，该小管插入到耐压体中，直至到达耐压体与合金或者抗腐蚀金属制成的衬里之间的接触点为止。如果在衬里中有损失，作为高压造成的结果，腐蚀性内部流体立即散布到衬里与耐压体之间的空隙区域，如果没有检测到这一损失，该损失导致形成耐压体的碳钢快速被腐蚀。泄漏孔的存在使得能检测到这些损失。出于此目的，抗腐蚀衬里下面的所有空隙区域通常与至少一个泄漏孔相连通。泄漏孔的数目通常为每箍(ferrule)2-4个。
虽然使用泄漏孔的技术在本领域中很长时间以来是公知的，但本设备中侧壁的三层结构，或者该三层中的部分，通过所述泄漏孔穿过层A和B以及内衬有不锈钢改进了整个最终产品的安全性。以这种方式，例如由于衬里上的不希望的机械磨损或者结构缺陷造成的穿过薄层C的可能损失将使腐蚀性流体只与具有足够抗腐蚀性的不锈钢接触，从而使该损失能够被检测，而不会对耐压体的结构元件造成任何重大损害。
根据本发明的一特定方面，由碳钢制成的另一个层D可插入所述层B和C之间，尤其致力于为通过公知的爆炸包覆技术布置的层C构建一个合适的表面，因此爆炸电荷(explosive charge)在层C的金属板上爆炸以在非常高的压力下将层C压到基础层D上来获得两层之间实质上的粘合，虽然二者之间并没有焊接。所述层D的厚度方便地选择在2-10mm之间。
根据本发明的设备的特定例子在下文中参照附图说明，该例子关于用于生产尿素的工厂中的汽提塔，但对本发明的整个保护范围不造成限制。
附图说明
图1示意性示出根据本发明在尿素的合成工厂中用于分解氨基甲酸盐的高压汽提塔的纵向剖面的透视图。
图2示意性示出上述图1的细节，涉及属于管束的管子与下支承板的结合区域的形成。
图3示意性示出所述图2的类似的细节，但涉及根据本发明的热交换器的管板，其中整个管束由锆管制成。
为了更简化和清楚地图示细节，只在附图中示出了管束的一根管子，并且尺寸不与实际尺寸成比例。
具体实施方式
图1所示汽提塔垂直定位，基本包括三个中空部分，半球形的上腔室1、圆柱形的中间腔室3以及半球形的下腔室2，其中管束通过所述中间腔室3。该圆柱形部分的直径大约为1.5-2米，长度大约为4-6米。在该设备的上端和下端分别有两个人孔7和8，而腔室1和2分别通过两个管板15和16与腔室3分离，每个管板具有1500至4000个孔用于排出管子。两个腔室1和2的侧壁的其余部分由耐压体14所包围。
来自尿素合成反应器的溶液温度约为180-200℃，压力约为14-17MPa，包括尿素、水、过量的氨水、未转化的氨基甲酸盐，该溶液从管线9到达上腔室1，并且利用环形室13分布开。由级别17指示的液体聚集在所述腔室的底部，并且滴入形成薄层的每个管子4，由此氨和二氧化碳蒸气逆流通过该管子的中心部分并且在分解和汽提阶段被释放。这些蒸气随后通过管线10排出。
腔室1的整个内表面内衬有不锈钢，例如25/22/2 Cr/Ni/Mo(尿素级)，该不锈钢厚度为3-10mm，优选地为5mm，具有在现存环境令人满意的对腐蚀性流体的抵抗性。
所述设备的中央部分包括圆柱形腔室3，其外部由碳钢制成的侧壁20限定，该侧壁的厚度范围通常为10至40mm，管束穿过该侧壁，饱和水蒸气通过入口19送入该腔室3中，饱和水蒸气的压力为2-3MPa，温度范围为200至240℃，该饱和蒸气在管子外面循环并且在这些管子的外壁上冷凝，将热量传递给在管子中流动的尿素和氨基甲酸盐的水溶液。废蒸气的冷凝水于是从管线18排出。以这种方式，氨基甲酸盐被分解，并且也作为汽提剂的过量的氨蒸发。管束的每根管子4包括诸如25/22/2 Cr/Ni/Mo(尿素级)的外部不锈钢层，该不锈钢层的厚度约为2-3mm，内部衬有厚度约为0.7-0.9mm的锆非焊接层，并且所述管子根据所述专利US4899813进行生产。锆非焊接层的相对薄的厚度使得通常在包括热膨胀系数不同的两层金属的元件中出现的扭曲问题得以避免，保证了对抵抗腐蚀的所需防护。长度范围为200至600mm的分布压盖(distributing ferrule)5插入双金属管的上部，其用于确定腔室1中的液位以及液体在双金属管内的均匀分布。
管子的端部5不需要内部的锆衬里并且通常由25/22/2 Cr/Ni/Mo制成。相反，沿着腔室3延伸直到固定到下板16上的每根管子的剩余部分6是双金属的，并且每个端部利用承载密封焊接结构而安装在所述孔板中的一个上，所述结构参照图2如下所述。
下腔室2类似于腔室1由耐压体14和下管板16限定。在这一腔室的内部出现主要的对内壁的侵蚀和腐蚀情况，尤其是在来自管束的尿素水溶液流动处的管板的区域中更是如此。从氨基甲酸盐提纯的大部分尿素溶液被收集在腔室2的底部，并且被迫进入虹吸管11，该溶液从该虹吸管11朝向其它净化干燥部分前进。根据可选的技术，如果必要，另外的氨或者二氧化碳可以通过入口12被充入以便于汽提。当需要时，钝化气体通过相同的入口被引入。
根据本发明的腔室2(耐压体和管板)的侧壁包括三个叠置金属层，这些层分别由碳钢、不锈钢和锆制成，关于双金属管与管板的连接区域，参照在图2中示出的示意图将在下文中更详细地加以解释。
图2基本上示出了形成由碳钢制成的层A的耐压体21的部分和形成层B的不锈钢部分22，层A通常厚度为100-400mm，在层B的表面上叠置有由薄锆层C制成的衬里23。
这种情况下的层21与管板16的主体重合，并且其尺寸设计成由于下腔室2与中间圆柱形腔室3之间存在压差而耐受应力，其中下腔室2用于收集尿素的水溶液，水蒸气在中间圆柱形腔室3中冷凝。用于正常尿素生产工艺的压力范围为14至18MPa，优选地为15-16MPa。靠近属于管束的管子4，层21被合适地开孔，并且能沿着孔的边缘自身焊接到管子上。
在面对层21的腔室2的一侧是由不锈钢制成的薄片层22，该薄片层22根据本发明形成层B。优选地，该薄片层的厚度范围为3至30mm，并且在此特定情况下由“尿素级”不锈钢制成。“尿素级”指的是对氨基甲酸铵溶液有特殊抗腐蚀性的不锈钢的商业类型。奥氏体和“尿素级”INOX是优选的钢材。薄片层22可由薄片元件制成，这些薄片元件具有适合厚度、相互焊接并且位于层21之下，或者尤其在管板的情况下为堆焊(welding deposit)。靠近交叉点和进入腔室2的管束的管子的排出口，层22通过环形焊缝26与该管子的外层24承载焊接，从而这两个层相对于层21的碳钢形成连续密封的结构。
包括本发明的抗腐蚀衬里C的层23位于面对腔室2的层22的表面上。该层优选地包括厚度为2至3mm的锆。层23布置成完美地粘接或者渗透层22的表面。这可利用各种焊接方法(在这种情况下不合用)，例如爆炸包覆或者热喷涂来实现。
靠近每根双金属管4的排出口，所述层23相对于不锈钢层B的焊缝26设置，并且通过密封焊缝27直接与管子的内部衬里25结合，所述密封焊缝27围绕排出孔布置。该衬里25的一部分优选地延伸到所述层23之外几厘米以便于液体的滴落。
根据本发明的特定方面，横向地在管板中以及在衬里层23下面突出的端头(bead)的侧壁中，通过腔室2的侧壁上的层21和22(即层A和B)制出一定数目的泄漏孔(在图2中大体由附图标记28指代)。这些泄漏孔根据通常应用的各种技术中的任何一种制造，并且内部衬有不锈钢或者甚至衬有与层23相同的材料。
在图3中，基本相同的特征根据图2图示和标记，但在这一情况下，管子4整个由圆筒形锆壁29制成，该锆壁29具有例如4-5mm的厚度，(内部)直径为20-50mm，优选地为30-40mm，能够抵抗内外流体之间大约15-16MPa的压差。
靠近和围绕其在下腔室中的出口，每根管子4承载密封焊接到管板的层23上，利用全部围绕出口孔并且沿着管-板接触表面布置的焊缝31，该管子4自身构成了腔室的内部衬里。根据本发明的特殊实施，厚度为1-3mm的另一碳钢层30(D层)放置并且焊接到所述不锈钢层22的表面上，从而在所述设备的构建过程中方便了利用公知爆炸包覆技术来叠置锆衬里层23的步骤。在这种情况下，在包括所述四个层的板的区域或者所述端头的侧壁中制成的泄漏孔便利地延伸通过层30以到达衬里层23基础表面。
本发明的第二方面涉及一种用于制造具有改进性能的所述管束设备的方法。
因此，制造根据本发明的尤其适用于在其中一种流体具有高化学侵蚀性的流体之间进行热交换的管束设备的方法包括：用外部壳体或者耐压体构建中空体，该外部壳体或者耐压体适于耐受运行压力并且由在与所述高侵蚀性流体接触时遭受腐蚀的材料制成；以及通过置入铰接到所述耐压体上的至少两个板或者隔片，在所述中空体中形成被第三个密封腔室彼此分开的至少两个腔室，在所述板或者隔片上插入一系列管子并形成管束以使所述腔室相互连通，所述管子的内壁由从钛，锆，或者钛、锆中的一种的合金中选取的材料制成，抗腐蚀性强，从而在使用中，所述管子的内壁和所述两个腔室中的至少一个的侧壁与所述高侵蚀性流体接触，所述方法的特征在于，限定所述腔室中的至少一个腔室的侧壁至少部分地通过按顺序叠置下述三层金属层而制成：
A)适于耐受压力负荷的外层，与所述高侵蚀性流体接触时遭受腐蚀；
B)不锈钢中间层；
C)抗腐蚀层，构成位于内表面上的衬里，在使用中与所述高腐蚀性流体接触，由从钛，锆，或者钛、锆中的一种的合金中选取的材料制成，与每根所述管子的内壁密封焊接。
与高侵蚀性流体接触的、限定所述腔室的整个侧壁优选地由上述三层结构成。
在制造用于尿素溶液的汽提塔的优选情况下，与腐蚀性流体接触的所述腔室是下腔室，而与处于较平和状态下的尿素和氨基甲酸盐溶液接触的上腔室不需要是所述三层结构，而只包括层A和B。
在本发明的一个优选实施例中，所述制造方法包括布置双金属管的管束，如上所述。
可根据现有技术中的任何合适的冶金技术来进行根据本发明形成层C的抗腐蚀衬里的制造，诸如例如在层B的表面上定位由预选金属或者合金制成的薄片元件，这些薄片元件被合适地切割并成形以使其自身适配于要覆盖的表面的形式。这些元件并排布置，随后被相互密封焊接。根据本领域技术人员公知的工序，将凹槽、支承件、连接元件和其它装置或最终产品沿着要被焊接的边缘定位。诸如锆、钛及其合金的金属的焊接方法虽然比钢的焊接不常见，但也是公知的并且容易实施。
根据所述制造方法的一实施例，相对于用于分解氨基甲酸盐、提纯尿素溶液的高压汽提塔的下腔室的侧壁，在基本上由砑光并焊接的碳钢板制成的耐压体A上施加由不锈钢板制成的第二层B，该层B被叠置在耐压体上并且利用焊接处理而锚固在该耐压体上。这些板的厚度优选地为3至10mm，并且更优选地为5mm。根据制造用于在合成尿素过程中使用的设备的衬里的通常制造技术，所述板被切割并且在边缘处被焊接成基础的不锈钢堆焊，用来填充深度约为3mm、宽度约为20mm、先前在碳钢表面上以对应于所述板形状的适合几何形状制出的一系列凹槽。在这些凹槽下面，以彼此之间足够的距离、优选地500至1500mm的距离在耐压体中穿过所述堆焊形成一定数目的泄漏孔，到达后者的表面，其目的是在设备运行过程中监视损失。
在第二优选制造阶段，作为支承件的小锆板位于所述堆焊上，位于由不锈钢板空余下的空间中。厚度与上述不同、但不小于3mm的锆板随后施加并且彼此焊接到基础的锆支承件上，直至汽提塔的下腔室(或者底部)的表面完全被覆盖。钛及其合金这种金属的焊接技术是公知的，但通常比钢材的焊接更复杂，并且必需在惰性气体流、通常为氩气中进行该焊接。通过氩气的注入，泄漏孔在保证惰性气体对锆板的基础表面有必要保护的这一阶段中也具有有益的功能。
优选地，利用也形成本发明一部分的上述方法的改进来实施根据本发明带有三层结构的所述下腔室的管板的制造。特别地，所述改进包括连续的下述构建阶段。
其尺寸足以接纳用于进行热交换的管子的一系列孔形成在管板上，所述管板的尺寸取决于设计规范，但通常包括由碳钢(耐压体)制成的厚度通常为300至350mm的圆形隔片。然后该管板在面对下腔室的一侧衬有包括利用通常的焊接工艺(例如埋弧焊)由不锈钢25/22/2 Cr/Mo/Ni制成的堆焊的层B。随后将所述管子插入到上述制成的孔中。如果所述管子是由外部不锈钢层和内部锆层形成的所述双金属类型，则将每根管子的外层与上述层B承载焊接，其后对管板的表面进行适合的机加工，以使随后的锆层定位或者确保对基础INOX钢层的有效和长时间的抗腐蚀防护。如果所述管子是由一种金属或者金属合金制成，则所述层B紧密围绕每根管子设置，并且如果需要，可以用公知适用于此的专用方法将层B密封焊接到所述管子上。
在随后的阶段，在加工管板之后，将具有合适厚度(自由衬里)并且其尺寸和形状不阻断所述管子出口的一个或者多个锆板放置在表面上。这些锆板随后通过密封焊接被相互连接，同时带有双金属管的内部锆层突起，所述密封焊接密封了暴露以接触工艺流体的板的整个表面。如果所述管子整个由一种具有所述高抗腐蚀性的金属或者合金制成，例如锆，则通常厚至10mm的层C被承载密封焊接到管子的整个出口区域上。
在焊接阶段，所有缝隙间的表面优选地受到氩气氛围保护，所述氩气穿过利用与上述技术类似的技术制成在管板上的合适的泄漏孔。
根据本发明所述方法的一特定实施例，该实施例未曾用于在腐蚀性环境中使用的这一类型的管束设备，尤其实在尿素合成工厂中采用的汽提塔，可利用本领域公知的热喷涂技术中的一种来制造位于下腔室的表面上以及所述汽提塔的板上所述锆层C。这些技术通过在要涂敷的表面上高温喷涂金属粉末或者蒸气，使连续均匀的金属层与基础金属紧密连接地得以设置。以这种方式，可以获得几何形状复杂的表面涂层，带有均匀的金属层和所需的厚度，有时也比通过上述板堆叠获得的厚度更薄，因此显著地节省材料。例如在出版物“AWS WeldingHandbook，Volume 4，Seventh edition”中对热喷涂技术有描述。
根据本发明的一优选方面，利用喷射电弧技术获得所述层C。在与使用工艺相关的所有基本变化中，该技术是公知用于在由碳钢或者诸如奥氏体不锈钢的其它材料表面涂敷硬质或者抗腐蚀覆层的技术，并且由于该技术在基础金属表面与其衬里之间形成紧密牢固的联合，即使是两层金属不能有效相互焊接时也是如此，因此该技术在任何有必要使产品核心的强韧性与表面处的高抗侵蚀和腐蚀性结合时使用。但该技术未曾用于制造与高腐蚀性流体接触的管束设备的部件，并且从不用于特别是存在氨基甲酸盐的环境下的尿素合成过程。
根据这一技术，形成层C的覆层可利用熔融粉末实现，或者通过使用事先熔化并且因此以原子形式喷涂到金属表面上的金属丝来实现。在使用金属丝之前，优选地通过喷砂或者其它等同的表面清洁技术来制备基础表面。
在此处所述的特定情况下，施加在25/22/2 CrNiMo不锈钢上的锆层的厚度为0.1-10mm或者甚至更大，优选地为0.5-3mm，其取决于汽提塔的下腔室的不同分区的几何形状和功能以及被讨论的可能随后进行的机加工阶段。
在一些情况下，这些覆层通过各种类型的“涂敷”在其表面中集成，以便使由喷涂或者沉积材料不可避免产生的多孔得到密封。根据对于本领域技术人员公知的评估参数，密封涂敷的使用取决于应用工艺。
本发明的另一目的涉及一种用于保护和修复遭受强腐蚀性攻击的使用中的管束设备表面的方法，该方法简单、经济，并且不仅在车间可再现，对于为了普通维修介入(ordinary maintenance intervention)而运行的设备也是可再现的。
根据本发明的改进抗腐蚀衬里也适于实现对现有设备的功能修复，由于存在危害该设备功能和安全的相当大面积的腐蚀，因此该设备的原始衬里需要得到更换或者修复。特别是，能够完全修复所述设备的原始功能，作为新衬里性能提高的结果，确保了比原始衬里更长的运行时间和安全性。
根据本发明的特定方面，上述设备的制造方法能因此也存在于对事先存在的设备的修改、修理或者修补。在这种情况下，管束压力设备有效或者潜在暴露腐蚀的区域，以及选择性地在暴露而有腐蚀危险的整个腔室或者部分所述设备上整个衬有必需的金属层，直至获得如上所述的三层结构。作为一示例，但并不局限于此，在用于合成尿素的汽提塔的情况下，该汽提塔带有双金属管束和由侧壁以及板限定的上腔室和下腔室，所述侧壁和板均由碳钢耐压体和“尿素级”不锈钢层制成，根据本发明的所述修理方法能简单地在于(通过公知的喷砂、铰削等技术)清洁下腔室的整个表面，并且随后将所需厚度例如0.5-3mm的锆层贴附于不锈钢层上，该锆层与每根双金属管的衬里合适地密封焊接。
本发明不同于上述具体描述的实施例的其它实施例也是可能的，并且代表了在所附权利要求的保护范围内所包括的不同变型。

Claims (41)

1、一种适于在高压高温环境下、在至少两种流体之间有效进行热交换的管束设备，其中一种流体在工艺过程条件下具有高侵蚀特性，所述设备包括配备有外部壳体或者耐压体的中空体，该外部壳体或者耐压体适于耐受运行压力并且由在与所述高侵蚀性流体接触时遭受腐蚀的材料制成，该中空体还配备有用于流体进入和流出的合适的开口，在该中空体中有至少两个由第三密封腔室彼此分开的腔室，该第三密封腔室位于铰接到所述耐压体上的两个隔片或者板之间，所述两个腔室利用一系列管子彼此连通，所述管子的内壁与所述高侵蚀性流体接触并且由从抗腐蚀性强的钛，锆，或者钛、锆中的一种的合金中选取的材料制成，形成位于所述两个隔片之间的管束，该管束穿过所述第三腔室，其特征在于，所述两个腔室中的至少一个与所述高侵蚀性流体接触，并且至少部分地由包括至少三层金属层的侧壁限定，所述三层金属层包括：
A)适于耐受压力负荷的外层，与所述高侵蚀性流体接触时遭受腐蚀；
B)不锈钢中间层；
C)抗腐蚀衬里，与所述高腐蚀性流体接触，由从钛，锆，或者钛、锆中的一种的合金中选取的材料制成。
2、如权利要求1所述的设备，其中，所述形成衬里C的材料是从钛和锆中选取的，优选地为锆。
3、如权利要求1或2所述的设备，垂直定位，其中，所述由三层限定的所述腔室形成高腐蚀性流体的下收集室。
4、如前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述三层侧壁完全限定了与高腐蚀性流体接触的腔室。
5、如前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述层B的厚度为3-25mm，所述层C的厚度为0.5-10mm。
6、如前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述层B由从AISI 316L钢、INOX钢、特种奥氏体-铁素体钢中选取的不锈钢制成。
7、如前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述层C至少部分地利用堆焊制成。
8、如前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述层C利用热喷涂工艺获得。
9、如前述权利要求中任一项所述的设备，包括位于所述耐压体中的泄漏孔。
10、如前述权利要求中任一项所述的设备，其中，在所述管束中的管子是包括不锈钢外层和内部衬里层的双金属管，该内部衬里层与腐蚀性流体接触，由从钛，锆，或者钛、锆中的一种的合金中选取的材料制成。
11、如权利要求10所述的设备，其中，在所述双金属管中，所述不锈钢外层的厚度与所述内部衬里层的厚度的比值为1-20。
12、如权利要求11所述的设备，其中，所述外层的厚度为2-15mm，所述内部衬里层的厚度为0.5-3mm。
13、如权利要求10-12中任一项所述的设备，其中，所述层B由与所述双金属管的外层相同的材料制成，并且所述层C的材料与所述双金属管的内部衬里的材料相同。
14、如权利要求10-13中任一项所述的设备，其中，包括至少三层金属层的所述侧壁至少构成划定与高腐蚀性流体接触的腔室的板。
15、如权利要求14所述的设备，其中，所述层B与所述双金属管的不锈钢层承载密封焊接，所述层C与所述双金属管的内部衬里层密封焊接。
16、如权利要求1-9中任一项所述的设备，其中，所述管束中的每根管子整个由从钛，锆，或者钛、锆中的一种的合金中选取的材料制成。
17、如权利要求16所述的设备，其中，所述管子的平均厚度为3-5mm。
18、如权利要求16和17中任一项所述的设备，其中，包括至少三层金属层的所述侧壁至少构成划定与高腐蚀性流体接触的腔室的管板。
19、如权利要求18所述的设备，其中，在所述板中，所述层C与所述管中的每根管子承载密封焊接，并且厚度为2-10mm。
20、如权利要求16-19中任一项所述的设备，其中，另一碳钢层D插入在所述层B和层C之间，所述层的厚度为2-10mm。
21、一种如权利要求1-20中任一项所述的设备在合成尿素工厂中的应用。
22、一种如权利要求21中任一项所述的设备的用途，用作高压合成循环中的汽提塔。
23、一种如权利要求1-20中任一项所述的设备的制造方法，包括如下步骤：
-用外部壳体或者耐压体构建中空体，该外部壳体或者耐压体适于耐受运行压力并且由在与所述高侵蚀性流体接触时遭受腐蚀的材料制成；
-通过置入铰接到所述耐压体上的至少两个板或者隔片，在所述中空体中形成被第三个密封腔室彼此分开的至少两个腔室，在所述板或者隔片上插入一系列管子以使所述腔室相互连通，所述管子的内壁由从钛，锆，或者钛、锆中的一种的合金中选取的材料制成，抗腐蚀性强，从而在使用中，所述管子的内壁和所述两个腔室中的至少一个的侧壁与所述高侵蚀性流体接触；
所述方法的特征在于，限定所述腔室中的至少一个腔室的侧壁至少部分地通过按顺序叠置下述三层金属层而制成：
A)适于耐受压力负荷的外层，与所述高侵蚀性流体接触时遭受腐蚀；
B)不锈钢中间层；
C)位于内表面上的衬里，在使用中与所述高腐蚀性流体接触，由从钛，锆，或者钛、锆中的一种的合金中选取的材料制成。
24、如权利要求23所述的制造方法，其中，通过叠置所述金属层A、B和C来整个制造所述与高腐蚀性流体接触的所述腔室的侧壁。
25、如权利要求23和24中任一项所述的制造方法，其中，所述层C由锆制成。
26、如权利要求23-25中任一项所述的制造方法，其中，由三层侧壁A、B和C限定的所述腔室形成了汽提塔的下腔室。
27、如权利要求23-26中任一项所述的制造方法，其中，利用热喷涂技术将所述层C与所述层B紧密接触地沉积。
28、如权利要求27所述的制造方法，其中，在管板的区域中使用所述热喷涂技术。
29、如权利要求27或28所述的制造方法，其中，所述热喷涂技术是喷射电弧技术。
30、如权利要求27-29中任一项所述的制造方法，其中，在施加层C之间，使层B的表面经历清洁步骤，优选地利用喷砂。
31、如权利要求23-30中任一项所述的制造方法，其中，所述层C的厚度为0.5-10mm。
32、如权利要求23-31中任一项所述的制造方法，其中，由三层叠置层制成的所述侧壁构成了其中插有所述管束的板。
33、如权利要求23-32中任一项所述的制造方法，其中，用双金属管形成所述管束，每根管子包括不锈钢外层和内部衬里层，该内部衬里层与腐蚀性流体接触，由从钛，锆，或者钛、锆中的一种的合金中选取的材料制成。
34、如权利要求32和33中任一项所述的制造方法，其中，所述层B与所述双金属管的不锈钢层承载密封焊接，所述层C与所述双金属管的内部衬里层密封焊接。
35、如权利要求23-32中任一项所述的制造方法，其中，用整个由从钛、锆、及其合金中的一种中选取的材料制成的管子形成所述管束。
36、如权利要求35所述的制造方法，其中，在所述板中，所述层C与所述管束中的每根管子承载焊接。
37、如权利要求35和36中任一项所述的制造方法，其中，将另一碳钢层D布置在所述层B上，并且将厚度为2-10mm的层C爆炸包覆到所述层D上。
38、一种用于获得根据权利要求1-10中任一项所述的设备的修改现有装置的方法，所述设备为管束压力设备，包括双金属管，该双金属管由内衬有从锆、钛或者所述金属的合金中选取的金属的不锈钢管制成，其中至少与工艺流体接触的表面的一部分遭受强腐蚀攻击，所述修改方法包括：在有效或者潜在暴露于腐蚀的区域附近和上方，以及选择性地在所述设备暴露于腐蚀危险的整个腔室或者部分所述设备上施加内部衬里，同时获得三层结构的必要的金属层包括：
A)适于耐受压力负荷的外层，与所述高侵蚀性流体接触时遭受腐蚀；
B)不锈钢中间层，与形成所述管束的每根所述双金属管的不锈钢入口承载密封焊接；
C)位于内表面上的抗腐蚀衬里，在使用中与所述高腐蚀性流体接触，由从钛，锆，或者钛、锆中的一种的合金中选取的材料制成，与每根所述双金属管的内部衬里密封焊接。
39、如权利要求22所述的修改方法，该方法适于修理或者修补所述现有装置。
40、如权利要求22或23所述的修改方法，在普通维修介入过程中实施。
41、如权利要求22-24中任一项所述的修改方法，包括清洁腔室的整个表面，并且随后将具有所需厚度、优选地为0.5-3mm的锆层贴附于不锈钢层上，将该锆层与每根双金属管的衬里合适地密封焊接。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101097125B (zh) * 2006-06-26 2011-10-12 斯南普罗吉蒂联合股票公司 耐蚀双金属管、其制造方法以及它在管束设备中的应用
CN103629655A (zh) * 2012-08-20 2014-03-12 韩国水力原子力 具有防腐层的蒸汽发生器管板及其制备方法
CN113476880A (zh) * 2017-10-27 2021-10-08 斯塔米卡邦有限公司 高压氨基甲酸盐冷凝器

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1577632A1 (en) * 2004-03-16 2005-09-21 Urea Casale S.A. Apparatus for treating highly corrosive agents
EP1577631A1 (en) * 2004-03-18 2005-09-21 Urea Casale S.A. Method for the manufacture of apparatus for the treatment of highly corrosive agents
US7922065B2 (en) 2004-08-02 2011-04-12 Ati Properties, Inc. Corrosion resistant fluid conducting parts, methods of making corrosion resistant fluid conducting parts and equipment and parts replacement methods utilizing corrosion resistant fluid conducting parts
JP4426415B2 (ja) 2004-10-01 2010-03-03 東洋エンジニアリング株式会社 反応装置
FR2913352B1 (fr) * 2007-03-05 2010-11-12 Carbone Lorraine Equipements G Enceinte a paroi de grande epaisseur relative resistant au vide et a la pression
IT1391426B1 (it) 2008-07-17 2011-12-23 Snam Progetti Apparecchiatura a fascio tubiero per processare fluidi corrosivi
IT1394209B1 (it) * 2009-05-06 2012-06-01 Saipem Spa Apparecchiatura a fascio tubiero con elementi regolatori del flusso liquido
EP2359921A1 (en) * 2010-02-12 2011-08-24 Urea Casale SA Falling-film stripper and stripping medium distributor for carbamate decomposition
IT1399757B1 (it) * 2010-04-30 2013-05-03 Saipem Spa Reattore per la conduzione di reazioni bifasiche gas-liquido
US10118259B1 (en) 2012-12-11 2018-11-06 Ati Properties Llc Corrosion resistant bimetallic tube manufactured by a two-step process
US9170193B2 (en) 2013-06-06 2015-10-27 General Electric Company Detecting coolant leaks in turbine generators
US9097657B2 (en) 2013-07-23 2015-08-04 General Electric Company Leak detection of stator liquid cooling system
CN107110182B (zh) * 2014-08-29 2020-04-07 能量回收股份有限公司 具有液压能量传输系统的泵保护系统和方法
CA2959388C (en) * 2014-08-29 2018-10-16 Energy Recovery, Inc. Systems and method for pump protection with a hydraulic energy transfer system
US9302205B1 (en) 2014-10-14 2016-04-05 Neptune-Benson, Llc Multi-segmented tube sheet
US9303924B1 (en) 2014-10-14 2016-04-05 Neptune-Benson, Llc Multi-segmented tube sheet
US9149742B1 (en) 2014-10-14 2015-10-06 Neptune-Benson, Llc Multi-segmented tube sheet
US9581395B2 (en) 2014-10-14 2017-02-28 Neptune-Benson, Llc Multi-segmented tube sheet
CN104880105A (zh) * 2015-05-27 2015-09-02 江阴市森博特种换热设备有限公司 单管密封式碳化硅列管换热器
CN115072661B (zh) * 2022-05-31 2023-08-08 中国石油化工股份有限公司 一种防止转化气蒸汽转换器露点腐蚀的方法及蒸汽转换器

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2772860A (en) * 1953-07-28 1956-12-04 Shell Dev Vessel with continuous helical liner
US2743089A (en) * 1954-08-13 1956-04-24 Griscom Russell Co Heat exchanger tube sheet leakage prevention and detection construction
US3001766A (en) * 1955-11-14 1961-09-26 Anaconda Co Heat exchange device for corrosive liquors
FR2308893A1 (fr) * 1975-04-23 1976-11-19 Creusot Loire Echangeur tubulaire a embouts, travaillant a chaud et sous pre ssion
DE2708696A1 (de) * 1977-03-01 1978-09-07 Deggendorfer Werft Eisenbau Mehrschichtiger rohrboden fuer waermetauscher
JPS5724459Y2 (zh) * 1979-04-18 1982-05-27
US4333597A (en) * 1980-05-27 1982-06-08 Explosive Fabricators Method of explosively forming bi-metal tubeplate joints
US4368694A (en) * 1981-05-21 1983-01-18 Combustion Engineering, Inc. Leak detection system for a steam generator
JPS5944593A (ja) * 1982-09-03 1984-03-13 Mitsubishi Alum Co Ltd Ａｌ合金製熱交換器
FR2548564B1 (fr) * 1983-07-06 1985-11-22 Stein Industrie Ensemble forme par l'assemblage de tubes en acier inoxydable ferritique sur une plaque tubulaire en acier au carbone, et procede de fabrication dudit ensemble
IT1209532B (it) * 1984-04-20 1989-08-30 Snam Progetti Processo per la sintesi di urea e materiale utilizzato nello stesso.
JPS6341795A (ja) * 1986-08-06 1988-02-23 Kobe Steel Ltd 多管円筒式熱交換器
IT1271958B (it) * 1993-03-03 1997-06-10 Nuovo Pignone Spa Distributore perfezionato per scambiatore di calore con rivestimento anticorrosivo
CN2187763Y (zh) * 1994-01-14 1995-01-18 丁宏伟 耐蚀复合管制冷蒸发器
GB2302901B (en) * 1995-07-06 1999-06-02 Showa Entetsu Co Ltd Cladding material
CN2443836Y (zh) * 2000-10-08 2001-08-22 西北有色金属研究院 一种覆有金属保护层的钢板
CN2460290Y (zh) * 2000-12-28 2001-11-21 南京宝色钛业有限公司 改进型钛－钢爆炸焊接复合管板
DE102004001787A1 (de) * 2004-01-12 2005-12-22 Behr Gmbh & Co. Kg Wärmeübertrager, insbesondere Abgaswärmeübertrager für Kraftfahrzeuge

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101097125B (zh) * 2006-06-26 2011-10-12 斯南普罗吉蒂联合股票公司 耐蚀双金属管、其制造方法以及它在管束设备中的应用
CN103629655A (zh) * 2012-08-20 2014-03-12 韩国水力原子力 具有防腐层的蒸汽发生器管板及其制备方法
CN103629655B (zh) * 2012-08-20 2016-01-27 韩国水力原子力 具有防腐层的蒸汽发生器管板及其制备方法
CN113476880A (zh) * 2017-10-27 2021-10-08 斯塔米卡邦有限公司 高压氨基甲酸盐冷凝器
US11766627B2 (en) 2017-10-27 2023-09-26 Stamicarbon B.V. High pressure carbamate condenser

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