吳 迎，劉三軍，周啟春，李要合，朱圣東

（1.中國五環(huán)工程有限公司，湖北 武漢 430223；2.武漢工程大學(xué)化工與制藥學(xué)院，湖北 武漢 430073）

尿素的合成，無論采用什么生產(chǎn)工藝，也不管生產(chǎn)規(guī)模的大小如何，都不可避免地要在高溫高壓的條件下進(jìn)行，因此，在尿素裝置的設(shè)計(jì)過程中會(huì)涉及到大量高壓管線的設(shè)計(jì)。據(jù)高壓管道內(nèi)介質(zhì)的性質(zhì)和工藝操作條件，我們把尿素生產(chǎn)高壓管線分成三種不同類型：尿素溶液和甲銨介質(zhì)高壓管線、液氨介質(zhì)高壓管線和一般工藝流體（無腐蝕或低腐蝕）高壓管線。結(jié)合興安博源30·52尿素裝置管線布置的實(shí)際情況，對(duì)這三類高壓管線的設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹，并對(duì)設(shè)計(jì)過程中的關(guān)鍵問題進(jìn)行討論，以供同行參考。

1 尿素溶液和甲銨介質(zhì)高壓管線（1 500LB）

尿素裝置高壓系統(tǒng)中介質(zhì)有尿素溶液、工藝混合氣、甲銨溶液，設(shè)計(jì)壓力為17.0～19.0 MPa，溫度為115～229℃。據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范定義為GC1（3）級(jí)別管線，此類管線設(shè)計(jì)需要4級(jí)簽署。

尿素裝置中此類管線主要連接幾臺(tái)高壓設(shè)備：合成塔、汽提塔、高壓冷凝器、高壓洗滌器、高壓甲銨泵、高壓噴射器。該類管線不僅設(shè)計(jì)壓力和設(shè)計(jì)溫度高，并且介質(zhì)具有腐蝕性或有毒，屬于特殊高壓管線，其材質(zhì)應(yīng)選用ASME標(biāo)準(zhǔn)下的尿素級(jí)不銹鋼（ASME B3.19MA312－TP316LMod）。尿素級(jí)不銹鋼制作較復(fù)雜，價(jià)格昂貴，一般均為國外采購。興安博源項(xiàng)目給予了該類管線專門的材料等級(jí)。

對(duì)于此類等級(jí)管線，法蘭通常不選用1 500LB（注：LB為ANSI標(biāo)準(zhǔn)單位，1 500LB＝25.0MPa）高壓等級(jí)下的對(duì)焊法蘭，而是選用高壓螺紋法蘭和環(huán)焊接頭為一套組。螺紋法蘭的法蘭盤是A105（相當(dāng)于國標(biāo)中的16Mn），環(huán)焊接頭材料為尿素級(jí)材質(zhì)，環(huán)焊接頭套入螺紋法蘭內(nèi)成為法蘭套組，這樣，法蘭的成本就可以大幅度降低。如果整片對(duì)焊法蘭用尿素級(jí)材料，則供貨周期長，成本高昂。這個(gè)等級(jí)的螺紋法蘭配套標(biāo)準(zhǔn)，以前只有少數(shù)幾個(gè)工藝商和制造商掌握，如BHDT標(biāo)準(zhǔn)。這個(gè)螺紋法蘭的工藝等級(jí)大致為325bar，轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的ASME法蘭，為安全起見取最高的2 500LB（42.0MPa）。項(xiàng)目上可以分開購買法蘭套組（環(huán)焊接頭國外采購，螺紋法蘭國內(nèi)采購），也可以成套購買（全部國外采購），據(jù)業(yè)主要求或者項(xiàng)目上綜合考慮而定。尿素溶液介質(zhì)特殊法蘭高壓螺紋法蘭和環(huán)焊接頭套組如圖1、圖2所示。

圖1 高壓螺紋法蘭結(jié)構(gòu)示意

圖2 環(huán)焊接頭結(jié)構(gòu)示意

此類墊片采用同為尿素級(jí)材料的透鏡墊。分為有孔和無孔兩種類型。有孔透鏡墊相當(dāng)于一般等級(jí)設(shè)計(jì)中的墊片；無孔透鏡墊主要用在管端，用兩個(gè)法蘭夾住，相當(dāng)于一般等級(jí)設(shè)計(jì)中的盲板法蘭，這樣就會(huì)多伸出一段螺紋短管。如果使用盲板法蘭＋有孔透鏡墊，兩者效果是一樣的。但是盲板法蘭＋有孔透鏡墊，其密封面尺寸加工有一定難度，尺寸強(qiáng)度較難把握，推薦用兩個(gè)螺紋法蘭夾住無孔透鏡墊來實(shí)現(xiàn)管道盲端。尿素溶液介質(zhì)尿素級(jí)材料的透鏡墊和盲板法蘭如圖3～5所示。

此類高壓管線上的溫度計(jì)連接與低壓管線上的溫度計(jì)連接有區(qū)別。低壓管線上的溫度計(jì)連接，通常由螺紋接管臺(tái)（出口為螺紋連接的支管補(bǔ)強(qiáng)焊接管件）與主管連接，然后接100mm短管再接法蘭墊片緊固件、儀表配對(duì)法蘭墊片緊固件和溫度計(jì)套管。高壓管線上的溫度計(jì)連接不可以選擇螺紋接管臺(tái)，可以考慮采用特殊件連接，如圖6所示。高壓管線溫度計(jì)套管機(jī)加工要求為，將螺紋接頭與管子焊好后，再將螺紋接頭底部的管子鉆通、擴(kuò)孔、除刺。該類管線焊接質(zhì)量等級(jí)為GB／T3323II級(jí)，無損檢測比例100%。

圖3 有孔透鏡墊結(jié)構(gòu)示意

圖4 無孔透鏡墊結(jié)構(gòu)示意

圖5 盲板法蘭結(jié)構(gòu)示意

圖6 高壓管線溫度計(jì)套管結(jié)構(gòu)示意

2 液氨介質(zhì)高壓管線（2 500LB）

尿素裝置中液氨介質(zhì)高壓管線，操作壓力為17.1MPa，操作溫度基本在20℃左右，設(shè)計(jì)壓力按24.3MPa來考慮，設(shè)計(jì)溫度范圍－33～93℃；據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范定義為GC1（3）級(jí)別管線，此類管線設(shè)計(jì)需要4級(jí)簽署。液氨介質(zhì)高壓管線基本上連接在高壓氨泵、高壓噴射器、氨循環(huán)冷卻器之間，設(shè)計(jì)壓力高但是設(shè)計(jì)溫度不高，可考慮ASME標(biāo)準(zhǔn)中2 500LB等級(jí)的管材。興安博源項(xiàng)目中，管線材料選用ASME B36.10標(biāo)準(zhǔn)中2 500LB等級(jí)的A333Gr6；法蘭選用ASME B16.5標(biāo)準(zhǔn)中2 500LB等級(jí)的帶頸對(duì)焊RJ（環(huán)連接面）A350LF2法蘭。該類管線焊接質(zhì)量等級(jí)為GB／T3323Ⅱ級(jí)，無損檢測比例100%。

3 一般工藝流體高壓管線（1 500LB）

尿素裝置中一般工藝流體（無腐蝕或低腐蝕）高壓管線，操作壓力為14.7～17.26MPa，操作溫度基本在98～120℃，設(shè)計(jì)壓力按16.4～19.0 MPa來考慮，設(shè)計(jì)溫度范圍115～145℃；據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范定義為GC1（3）級(jí)別管線，此類管線設(shè)計(jì)需要4級(jí)簽署。此類管線為單純高溫高壓管線，介質(zhì)無腐蝕或者低腐蝕，可以考慮ASME標(biāo)準(zhǔn)中2 500LB等級(jí)的碳鋼管材。興安博源項(xiàng)目中，管線材料選用GB5310－2008標(biāo)準(zhǔn)中1 500LB等級(jí)的20G；法蘭選用HG／T20615－2009標(biāo)準(zhǔn)中1 500LB等級(jí)的帶頸對(duì)焊RJ（環(huán)連接面）A105法蘭。該類管線焊接質(zhì)量等級(jí)為GB／T3323Ⅱ級(jí)。