专利名称：通过焊接更换设备中的腐蚀的流体传导部件的方法和由此获得的部件的制作方法
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。
背景技术：
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)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、Safurex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。
前述不锈钢/锆紧配合双-层汽提塔管是在严格的要求条件下进行制造，以便更好的保证非常牢固地机械配合。尽管如此，各层的机械连接仍表明对企图长期使用寿命的管是问题的来源。因为耐腐蚀锆衬和不锈钢外管之间没有冶金结合，所以细小的狭缝存在于锆内衬和不锈钢外管之间。部分细缝产自锆和不锈钢不同的机械性和物理性能。例如，材料具有非常不同的热膨胀系数，并且当加热时，不锈钢膨胀程度比锆要大。另外，因为材料的不相似的性能，它们不能熔焊在一起，因而必须从汽提塔管端除去部分锆衬，以将管熔焊到不锈钢管板上。不管不锈钢管和锆衬制造得多好，管的构件机械配合得多紧密，还是发现了经历时间过程中腐蚀的尿素工作介质能够穿过不锈钢和锆之间的小细缝，导致缝隙腐蚀，最终渗入不锈钢的外管。在某些具有这种设计的尿素汽提塔中，因这种理由管开始损坏，尿素合成装备必须停止运转以进行检修并导致大量的维修费用。
还有另一种，最近发展的是一种适于尿素合成汽提塔管束用的设计，其包括固体锆汽提塔管，锆包层管板和一种在所有内部湿润的表面上的爆炸结合的锆包层。然而，给定尿素合成装备的费用，典型的是维修现存装置的腐蚀部件比置换具有这种新的耐腐蚀设计的装备费用为少。对于包含固体锆汽提塔管，锆包层管板和湿润表面上的锆包层的汽提塔装置来说，部件置换可以是成本-有效的选择方案，假若钛包层汽提塔单元能用具有改进耐腐蚀性的汽提塔管制造将会是有利的。这因为钛包层汽提塔单元的制造费用比锆包层显著的低。
因此，有利的是提供一种适于尿素合成装置的汽提塔管的改进设计。另外有利的是提供一种以耐腐蚀置换汽提塔管的形式更新现存尿素合成装置用的汽提塔的方法，同时利用汽提塔的现存管板。
更具体的是，提供一种适于在促进腐蚀条件下操作的装置制品用的耐腐蚀流体传导部件的改进设计将是有利的。除了尿素合成装置的汽提塔单元外，所述装置的制品包括，例如，其它化学处理装置、冷凝器单元和热交换装置。另外有利的是，提供一种以耐腐蚀性置换部件更新现存装置的易于侵蚀和/或腐蚀部件的方法，其中置换部件是由耐腐蚀材料如锆、锆合金、钛、钛合金和不锈钢制造的。
概述为了提供上述的优点，按本发明的一个方面，提供适于置换具有装配区域的装置制品的至少一种流体传导部件的第一方法。第一方法包括提供一种含有耐腐蚀性第一材料的流体传导第一区域的置换部件，和一种包含与装配区域材料相同或基本相同的第二材料的流体传导第二区域。第一区域和第二区域是通过固态焊接直接或间接结合，以便形成整体的流体传导置换部件。置换部件是通过一种包括将置换部件的第二区域的第二材料固定到装置制品的装配区域的方法而固定到装置制品上。
在第一方法的某些非限制性实施方案中，置换部件选自圆柱形部件、管材、管道、喷嘴、管端、管连接器、管道连接器、汽提塔管、热交换器管和流体传导部件。
在第一方法的某些非限制性实施方案中，装置制品是尿素合成装置的汽提塔单元，置换部件是汽提塔管，装配区域是汽提塔管板区。
在第一方法的某些非限制性实施方案中，置换部件通过包括将置换部件的第二区域的第二材料焊接到装置制品的装配区域的方法而固定在装置制品上。在第一方法的某些非限制性实施方案中，使用例如选自自热焊和使用填料金属的熔焊焊接技术而把第二区域的第二材料固定到装配区域。
在第一方法的某些非限定性实施方案中，将第一区域以直接或间接固态焊接到第二区域，其包括选自冷焊、扩散焊接、爆炸焊接、锻焊、摩擦焊、惯性焊、热压焊、滚焊和超声焊中的固态焊接技术。
在第一方法的某些非限定性实施方案中，第一区域是单一材料且第二区域是单一材料。在第一方法的某些非限定性实施方案中，耐腐蚀的第一材料是选自锆、锆合金、钛、钛合金、铌和铌合金中的至少一种。在第一方法的某些非限定性实施方案中，第二材料选自钛、钛合金、和不锈钢。
在第一方法的某些非限定性实施方案中，第二区域包括耐腐蚀材料的内层和第二材料的外层。在第一方法的某些非限定性实施方案中，方法包括熔合内层和外层以形成第二区域。可用于熔合内层和外层技术的一个非限定性实施例是挤压结合。在第一方法的某些非限定性实施方案中，冶金结合第二区域的内层和外层形成第二区域。这种冶金结合方法可包括，例如，进行至少一种选自挤压结合、爆炸结合、热等静压制和离心浇注的冶金结合技术。在某些非限定性实施方案中，所述的内层是一种选自锆和锆合金的材料，而外层是一种选自钛和钛合金的材料。
按照第一方法的另外非限制性实施方案，装置制品是尿素合成装置的汽提塔单元，置换部件是汽提塔管，装配区域是管板区，置换部件的第一区域是锆，而置换部件的第二区域包括选自锆和锆合金材料的内层，和选自钛和钛合金材料的外层。
在第一方法的某些实施方案中，装置制品是尿素合成装置的汽提塔单元；置换部件是汽提塔管；装配区域是管板区；置换部件的第一区域是锆；而置换部件的第二区域包括选自锆和锆合金材料的内层，和选自钛和钛合金材料的外层。在这些实施方案中的某些，将内层通过包括例如选自挤压结合、爆炸结合、热等静压制和离心浇注技术中的至少一种方法冶金结合到外层。在这些实施方案中的某些，通过直接或间接将第一区域固态焊接到第二区域而形成的焊接区，基本上没有组合第一材料和第二材料的合金。在实施方案中，其中第一区域是间接固态焊接到第二区域，至少一种第三材料可配置在第一区域和第二区域之间。这样至少一种第三材料可选自例如钛、钛合金、钒、钒合金、钽、钽合金、铪、铪合金、铌和铌合金。
按照本发明的另一方面，提供第二方法。所述第二方法是用于以置换汽提塔管更换尿素合成装置的汽提塔中的汽提塔管。第二方法包括提供置换汽提塔管，它包括含有耐腐蚀第一材料的流体传导第一区域，和包括含有第二材料的流体传导第二区域，所述第二材料是与构建汽提塔管板的材料相同或基本相同的。第一区域和第二区域直接或间接通过固态焊接结合以形成整体流体传导置换部件。为了使置换汽提塔管固定到汽提塔上，使第二区域的第二材料焊接到与管板相同或基本上相同的材料上。所述焊接方法可以是例如选自自热焊和使用填料金属的焊接的熔焊技术。
在第二方法的某些非限制性实施方案中，耐腐蚀第一材料是至少一种选自锆和锆合金中的材料。可用的锆合金的非限制性实施例包括Zr700(UNSR60700)、Zr702(UNS R60702)、Zr705(UNS R60705)以及锆锡合金(Zircaloys)。在第二方法的某些非限制性实施方案中，第二材料选自钛和钛合金。
在第二方法的某些非限制性实施方案中，通过选自冷焊、扩散焊、爆炸焊、锻焊、摩擦焊、包括惯性焊、热压焊、热滚焊和超声焊的固态焊接技术将第一区域以直接或间接焊接到第二区域。在第二方法的某些非限制性实施方案中，通过直接或间接将第一区域固态焊接到第二区域以形成的焊接区基本上没有耐腐蚀的第一材料和第二材料的合金。
在第二方法的某些非限制性实施方案中，置换汽提塔管的第一区域是单一材料且第二区域是单一材料。或者，在第二方法的某些非限制性实施方案中，第二区域包含耐腐蚀材料的内层和第二材料的外层。在另一个第二方法的某些实施方案中，第二区域是通过挤压结合而形成的，致使第二区域的内层和外层熔合。在可替换的第二方法的某些实施方案中，所述第二区域包括选自锆和锆合金材料的内层和选自钛和钛合金材料的外层。
在第二方法的某些非限制性实施方案中，第一区域是间接固态焊接到第二区域，致使至少一种第三材料配置在第一区域和第二区域之间。在这种非限制性实施方案中配置在第一区域和第二区域之间的至少一种第三材料的非限定性实例包括钒、钒合金、钽、钽合金、铪、铪合金、铌、铌合金。
按照本发明的另外一方面，提供装置制品的第一部件。第一部件包括包含耐腐蚀第一材料的流体传导第一区域和包含第二材料的流体传导第二区域。第一区域和第二区域是以直接或间接通过固态焊接而结合以形成整体的流体传导部件。第一部件可以是例如置换部件或装置制品用的原部件。可能形式的非限制性实施例，其中可提供的第一部件包括圆柱形部件、管材、管道、喷嘴、管端、管连接器、管道连接器、汽提塔管、热交换器管和流体传导部件。装置制品的非限制性实施例包括化学处理装置、汽提塔单元、冷凝器单元和热交换器。
已用于将第一部件的第一区域以直接或间接固态焊接到第二区域的固态焊接技术的非限制性实施例包括冷焊、扩散焊、爆炸焊、锻焊、摩擦焊、惯性焊、热压焊、滚焊、和超声焊。在第一部件的某些非限制性实施方案中，耐腐蚀第一材料是选自锆合金、钛、钛合金、铌和铌合金中的一种材料。可能的锆合金的非限制性实施例是Zr700(UNS R60700)、Zr702(UNSR60702)、Zr705(UNS R60705)和锆锡合金(核用锆级)。另外，在第一部件的某些非限制性实施方案中，第二材料选自钛、钛合金和不锈钢。
在第一部件的某些非限制性实施方案中，第一区域是间接固态焊接到第二区域，致使至少一种第三材料配置在第一区域和第二区域之间。在这种非限制性实施方案中至少一种配置在第一区域和第二区域之间的第三材料的非限制性实例包括钒、钒合金、钽、钽合金、铪、铪合金、铌和铌合金。
在某些非限制性实施方案中，第一部件的第二区域包括耐腐蚀性材料的内层和第二材料的外层。在某些非限制性实施方案中，第一部件的第二区域包括选自锆和锆合金材料的内层和选自钛和钛合金材料的外层。第二区域的内层和外层可以是，例如，直接或间接冶金结合在一起。在一实施方案中，内层和外层是通过选自挤压结合(共挤压)、爆炸结合、热等静压制、和离心浇注的方法而直接冶金结合。在某些实施方案中，在直接冶金结合的内层和外层之间没有形成基本的相互扩散层致使制品在制造流体传导部件的工艺过程中易于冷加工。
按本发明另一方面，提供第三方法。第三方法是以置换汽提塔管更换尿素合成装置的汽提塔中的汽提塔管。第三方法包括以具有上述第一部件的设计的耐腐蚀性汽提塔管置换尿素合成装置的现存汽提塔管。
按照本发明的另一方面，提供第一装置制品。该装置制品包括具有第一部件设计的部件。按照某些非限制性实施方案，装置的第一制品是化学处理装置、汽提塔单元、冷凝器单元、和热交换器中的一种。另外，按照某些非限制性实施方案，包括在第一装置制品中的第一部件是圆柱状部件、管材、管道、喷嘴、管端、管连接器、管道连接器、汽提塔管、热交换器管和流体传导部件中的一种。
按照本发明的另一方面，提供第四方法。第四方法是用于制备包含围绕流体传导通道的耐腐蚀材料的内层和不同材料的外层的流体传导部件。在第四方法的某些实施方案中，流体传导部件是由包含锆或锆合金的第一层的制品形成的，其直接冶金结合到钛或钛合金层并且其中在结合的第一和第二层之间没有明显的扩散夹层。
按照本发明的另一方面，提供第五方法。第五方法是用于更换具有装配区域的装置制品的至少一种流体传导部件。第五方法包含提供一种置换流体传导部件，该部件含有通过流体传导部件围绕流体传导通道的耐腐蚀第一材料的内层，以及第二材料的外层。内层是直接或间接冶金结合到外层。在第五方法中可用于直接或间接冶金结合层的技术的非限制性实施例包含挤压结合、爆炸结合、热等静压制以及离心浇注。
在第五方法的某些非限制性实施方案中，置换部件是通过包含将置换部件的外层固定到装置制品装配区域的方法而固定到装置制品上。在第五方法中用于将外层固定到装配区域的有效的方法的非限制性实施例包括焊接、熔焊、自热焊和使用填料金属的熔焊。在第五方法的某些非限制性实施方案中，所述的装配区域包括与置换部件的第二材料相同或基本相同的第三材料，以及把置换部件固定到装置制品上包括将外层区固定到装配区域的第三材料上。
前述第五方法的流体传导部件可以选自，例如，圆柱形部件、管材、汽提塔管、热交换器管、管道和喷嘴。还有，在第五方法的某些非限制性实施方案中，耐腐蚀第一材料选自锆和锆合金，(例如，Zr700(UNS R60700)、Zr702(UNS R60702)、Zr705(UNS R60705)以及锆锡合金)。还有，在第五方法的某些非限制性实施方案中，第二材料选自钛和钛合金。
在第五方法的某些非限制性实施方案中，内层和外层是通过包含至少一种选自挤压结合、爆炸结合、热等静压制、和离心浇注技术的方法直接或间接冶金结合。还有，在第五方法的某些非限制性实施方案中，当直接或间接冶金结合内层和外层时没有产生基本的相互扩散层。在这种情况下，所产生的部件可易于冷加工，例如，通过使用冷拔或冷轧管法。
在前述第五方法的某些非限制性实施方案中，所述装置制品是尿素合成装置的汽提塔单元，置换部件是汽提塔管而装配区域是管板的区域。另外，在第五方法的某些非限制性实施方案中，装置的制品是尿素合成装置的汽提塔单元；置换部件是汽提塔管；装配区域是管板区；置换部件的内层选自锆和锆合金；以及置换部件的外层选自钛和钛合金。
在第五方法的某些非限制性实施方案中，把置换部件固定到装置制品上包括熔焊外层的第二材料区到装配区域的第三材料上，以便由此形成的焊接区相对于第一材料和第二材料而言基本上没有耐腐蚀性显著降低的合金。
在第五方法的某些非限制性实施方案中，内层直接冶金结合到外层。在第五方法的某些另外的非限制性实施方案中，内层是间接冶金结合到外层，致使至少有一层包含不同于第一材料和第二材料的第三材料，其置于内层和外层之间。
按照本发明的另一方面，提供第六方法。第六方法适于以置换汽提塔管更换尿素合成装置的汽提塔中的汽提塔管。第六方法包括提供置换汽提塔管，该管包括通过汽提塔管环绕流体传导通道的耐腐蚀第一材料的内层和第二材料的外层，其中内层是以直接或间接冶金结合到外层，并且其中第二材料是与构成汽提塔管板的材料相同或基本相同。外层的第二材料固定到与管板材料相同或基本相同的材料上。
在第六方法的某些非限制性实施方案中，耐腐蚀的第一材料是选自锆和锆合金(例如，Zr700(UNS R60700)、Zr702(UNS R60702)、Zr705(UNSR60705)和锆锡合金)中的至少一种材料。在第六方法的某些非限制性实施方案中，第二材料选自钛和钛合金。
按照第六方法的某些非限制性实施方案，把外层的第二材料固定到与管板相同或基本相同的材料上，其包括把外层的第二材料焊接到和管板基本相同的材料上。可使用的焊接技术的非限制性实施例包括自热焊和使用填料金属的熔焊。在第六方法的某些非限制性实施方案中，通过将外层的第二材料焊接到与管板相同或基本相同的材料上而形成的焊接区基本上没有相对于第二材料的显著降低耐腐蚀性的合金。
在第六方法的某些非限制性实施方案中，汽提塔管的内层和外层是通过包括选自挤压结合、爆炸结合、热等静压制和离心浇注中至少一种技术的方法以直接或间接冶金结合。另外，在第六方法的某些非限制性实施方案中，内层是直接冶金结合到外层，在某些实施方案中，当内层冶金结合到外层时，不产生基本的相互扩散层。在第六方法的某些其它非限制性实施方案中，内层是间接冶金结合到外层，以致包含不同于第一材料和第二材料的材料的至少一层配置在内层和外层之间。
按照本发明的另外一方面，提供用于装置制品的第二部件。第二部件选自汽提塔管和热交换器管并且包括通经流体传导部件环绕流体传导通道的耐腐蚀第一材料的内层，以及第二材料的外层，并且其中的内层以直接或间接冶金结合到外层。第二部件可以是置换部件或用于装置制品的原部件。在第二部件是汽提塔管的情况时，装置制品可以是，例如，尿素合成装置用的汽提塔单元。
如上所述，在第二部件中内层是以直接或间接冶金结合到外层。在可用于直接或间接冶金结合层的技术的非限制性实施例包括挤压结合、爆炸结合、热等静压制、和离心浇注。
在第二部件的某些非限制性实施方案中，第二部件的内层是直接冶金结合到外层。在某些所述实施方案中，在直接冶金结合的内层和外层之间没有基本的相互扩散层存在，这使得产生的部件易于进行冷加工，例如，冷拔或冷轧管。在第二部件的另外非限制性实施方案中，内层是间接冶金结合到外层，致使至少一层包含不同于第一材料和第二材料的第三材料层配置在内层和外层之间。
按照本发明的另一方面，提供第七方法。第七方法用于制造包含环绕流体传导通道的耐腐蚀性第一材料的内层和第二材料的外层的流体传导部件。第七方法包括冶金结合内层和外层，并在内层和外层之间不会产生任何基本的相互扩散层。
在第七方法的某些实施方案中，通过冶金结合内层和外层所产生的部件可易于冷加工，在这种情况下，该方法可以进一步包括冷加工中间部件。可用于冷加工部件的可能技术的非限制性实施例包括冷拔、冷轧管、用内辊和外辊的轧管以及流动成型。
在第七方法的某些非限制性实施方案中，耐腐蚀的第一材料是至少一种选自锆和锆合金(例如，Zr700(UNS R60700)、Zr702(UNS R60702)、Zr705(UNS R60705)和锆锡合金)的材料。还有，在第七方法的某些实施方案中，第二材料选自钛和钛合金。
按照本发明另外的方面，提供第八方法。第八方法适用于使用置换汽提塔管更换尿素合成装置汽提塔中的汽提塔管。第八方法包括使用具有第二部件设计的耐腐蚀汽提塔管更换尿素合成装置的现存汽提塔管。
按照本发明的另一方面，提供装置制品，其中装置制品包括第二部件。该装置制品的可能的非限制性实施例包括化学处理装置、汽提塔单元、冷凝器单元和热交换器。
基于考虑如下详细地阐述本发明的方法、制品以及部件的某些非限制性实施方案，读者将会理解上述细节和优点，以及其它。读者还可能基于实施或使用本文中所描述的方法、制品和部件而理解另外的优点和细节。
附图的简要说明通过参照附图可以更好地理解方法的特征和优点，其中
图1说明按照本发明汽提塔管的一个实施方案，其中管包括由锆制成的第一流体传导区并通过惯性焊接或另外的固态焊接技术结合到由钛制造的第二流体传导区。
图2说明将图1的汽提塔管安装到汽提塔管板的钛包层表面的布置图并且包括使用多层流体传导管端。
图3示意性说明用于制造多层流体传导部件方法的实施方案。
图4示意性说明按图3的方法中作为中间制品制造的焊接的双层坯件的端部。
图5说明将包含本发明多层管端的汽提塔管具体实施安装到汽提塔管板的钛包层表面的配置。
图6描述经惯性焊接到钛管段的锆管段的未截面和截面样品。
图7描述惯性焊接到钛管段的锆管段的两个样品，其中所产生的锆/钛流体传导管已经加工以除去毛刺。
图8是在惯性焊接样品的管壁中锆与钛焊接界面的横截面的照片。
图9是示于图8中焊接界面的高倍放大图。
图10是示于图9中的焊接界面区的部分的高倍放大相片。
图11和12是图示表明本发明用于制造多层流体传导部件或部件段方法的实施方案的步骤。
图13说明在图12中所包括的工艺步骤之一中制成作为中间制品的一个焊接的双-层坯件的端图。
图14是通过本发明方法的实施方案制成热处理多层管的冶金结合区的显微照片。
某些实施方案的详细说明在本发明中提供的一些实施方案包括新型的耐腐蚀性流体传导部件，包括一个或多个所述部件的装置以及使用耐腐蚀性流体传导置换部件更换经受腐蚀和/或侵蚀条件的装置的流体传导部件。流体的实施例包括气体、液体或气体/液体的混合物。新型部件的非限制性实施方案包括，例如，具有圆柱或其它形状的部件、管材、管道、喷嘴、管端、管连接器、管道连接器和其它流体传导部件。流体传导部件的某些非限制性实施方案包括由至少一种耐腐蚀性材料，诸如，锆、钛、钽、铌、任何这些金属的合金、或另外耐腐蚀金属或合金制成的至少一个第一流体传导区。所述部件还包括至少一个第二流体传导区，该区包含一种与构成该部件将要装配到的现有装置装配区域的材料在组成上相同或基本相同的材料。耐腐蚀的第一区域通过固态焊接直接或间接连接到第二区域以形成整体的流体传导部件，例如，管或管道。所述部件可通过将类似第二区域的材料和装置的装配部件焊接在一起而固定到装置的制品。类似的材料可熔焊，例如自热焊或使用焊接填料金属，在临近熔焊处没有产生显著促进腐蚀的条件。
可采用在本发明中所说明的部件和方法以用于各种类型的化学处理和其它装置中。这种装置和按本发明可构建的这种装置的特定流体传导部件的非限制性实施方案包括尿素汽提塔用的导管、氨甲酸酯冷凝器、和双-金属汽提塔以及热交换器导管和化学和石油化学工艺用的管道。
在本文中描述的特定非限制性实施方案是一种用含耐腐蚀金属或合金区，如锆或锆合金区的置换管更换尿素合成装置中的腐蚀的和/或侵蚀的钛汽提塔管的方法，锆或锆合金管在对管内尿素工艺介质的腐蚀性/侵蚀性有高的抗性。该方法可使汽提塔的现存钛包层管板和交换器头重复使用，以致不需要更换整个的汽提塔单元。所述方法包括提供置换汽提塔管，它具有(i)由例如锆或耐腐蚀锆合金制造的管式耐腐蚀性区，和(ii)至少一种由例如钛或另外的金属或合金制成的管式装配区域，其可以熔焊至汽提塔的钛包层管板上，在临近熔焊处不会产生显著促进腐蚀或侵蚀的条件。耐腐蚀区和装配区域是通过固态焊接技术直接或间接结合以形成流体传导置换部件。
图1是按本发明构建的汽提塔管10的一种非限制性实施方案的截面图。管10，例如，可以作为汽提塔单元的原部件提供，或如上所述，可以用作置换汽提塔管以更新现存的汽提塔单元。汽提塔管10包括由连续壁13限定的圆柱形通道12。管10的连续壁13的中心部分是耐腐蚀的锆管14。钛管16的长度是惯性焊接至锆管14的每个端部。钛管端部16可熔焊至汽提塔单元的现存钛包层管板而不产生不同的锆与钛的熔焊。图2表示一种用于管对管板焊接的可能布置图以确保汽提塔管10通过在管板20的管孔。可以理解的是，示于图2中的装配构型在开始制造汽提塔时可以使用，或当置换在处于使用的现存汽提塔中的汽提塔管时可以使用。包括钛管端16在区域17惯性焊接到锆管区14的管10是经管板20的钛包层板24中的孔而配置。区26是管板20的碳钢或不锈钢区。管10通过在钛管端16和钛包层板24的结合点通过钛强焊28固定到管板20。这样，熔焊区完全是钛，并在熔焊区内没有产生钛与锆组合的合金。
如下文所述，认为当熔焊不同金属时，熔焊区内形成合金，例如当熔焊锆和钛时形成锆和钛合金，当经受腐蚀性物质和/或条件时具有侵蚀的倾向。然而，固态焊接在任何明显的大量下都不会产生合金。因此，通过提供具有高耐腐蚀区的流体传导部件，固态焊接至包括与装置的装配部件相同的材料的区，或者当熔焊至装配部件时不产生易于腐蚀的合金，本发明方法可用耐腐蚀性部件制造或更新装置而不产生促进腐蚀的条件。
当用于本文中时，固态焊接指的是在基本上低于要结合的基底材料的熔点温度下产生结合的焊接方法，而没有加入铜焊填料金属。在各种固态焊接工艺中可以使用或不使用压力。可用于本发明所公开的方法实施方案中的固态焊接技术的非限制性实例包括，例如，冷焊、扩散焊、爆炸焊、煅焊、摩擦焊(包括惯性焊接)、热压焊、滚焊、以及超声焊。这些技术在其它应用中已使用多年并且已为本领域的一般技术人员所熟知。因此，这种结合技术的扩大讨论没有必要，以使本技术领域的一般技术人员实现本方法。
固态焊接基本上是不同于熔焊，熔焊时待结合的材料在结合过程中融化。在熔焊材料不同的情况下，熔焊区必须包括结合材料的合金。锆直接与钛熔焊，例如，在临近焊接区时将产生提高腐蚀/侵蚀速率的合金。锆和钛的熔焊还将在所得焊接中产生硬化的固溶体，因而降低了焊接延性并显著地提高焊接硬度。穿过锆到钛的焊接结合点所获得的合金混合物包括锆-钛合金混合物的范围(100％的钛到100％的锆，以及在其间的所有的组合)。在不相同的锆与钛焊接所发现合金的组成具有不同的机械性能和腐蚀性能，这不可能在焊接过程中精确控制。用机械的方法，锆和钛的合金强度非常高并且具有很高的硬度，可以高到两倍于单独的纯金属的硬度。受熔焊影响的其它机械性能是切口敏感性和可成形性。因此，如果在装置中产生相当大的压力，锆/钛熔焊的某些区可以具有不可接受的机械性能。某些合金组合物(焊接混合物区)将经历很高的氧化和腐蚀速率。
通常，焊接到不同金属的金属所产生的抗蚀性对比任一单独纯金属的抗蚀性要低得多，这在锆与钛熔焊的情况也是这样。即使使用纯的锆或钛填料金属，锆-钛合金所在的焊接区相对任一纯金属具有低的耐腐蚀性。Huey腐蚀实验对于用于接触硝酸和/或尿素的材料来说，是标准的腐蚀筛选试验。现已确定在Huey腐蚀实验中，例如，锆-钛熔焊将具有高速率的腐蚀，而钛-钛或锆-锆焊接将具有很低的腐蚀速率。
因此，通过固态焊接锆和钛的流体传导区和熔焊一个或多个钛管区一起至管板的钛包层，本文所述非限制性实施方案避免了不同材料的熔焊。这样，当在尿素合成装置的汽提管中暴露于尿素工作介质和其它促进腐蚀条件下时，避免在具有较高腐蚀/侵蚀速率的焊接区内产生合金。显著提高了新制造的或更新的汽提塔的使用寿命。
指定其再生性以及预备采用熔合管形和圆柱形元件，惯性焊接可易于采用以形成本文所述新型部件的实施方案。正如在现有技术中已知的，惯性焊接是一种摩擦焊接类型的固态焊接技术，其中待结合的材料被锻造在一起而没有熔化材料。在惯性焊接时首先通过焊机贮存的旋转动能而供应进行焊接所必须的能量。使两个工件中的一个固定在连接到特种质量飞轮的旋转主轴上。另一工件固定在夹具设备中并限制转动。加速飞轮至预定的转动速度然后断开，使转动的部件在特定动能下自由旋转。在飞轮驱动马达断开时，以轴向施加压力同时使工件受压，在焊接循环中可提高某些技术。储藏于旋转飞轮中的动能在焊接界面在工作件之间通过摩擦作为热而消散，这种强大的局部能量结合工件。维持轴向压力直至旋转质量中的全部能量在焊接中消散完，从而停止转动。在焊接循环中，处于界面中的材料由于消散摩擦热而成为塑性的，而锻出焊接。剩余的塑性材料经热加工一起完成焊接。当施加力时工件在长度上产生损失，塑性材料压出接触区成为“镦锻”。在惯性焊接管状组件以形成导管的长度时，所得到的管的内径和外径都会因镦锻而有毛刺。使用抛光技术可以除去毛刺。因为通过惯性焊接连接的材料在工艺过程中不融化，所以没有发生显著的合金化，由此避免了合金形成而对焊接区中的机械和腐蚀性能产生不利的影响。
惯性焊接可用于结合通常不认为是兼容的金属的组合，例如，铝与钢、铜与铝、钛与铜、以及镍合金与钢。通常，能锻造的任何金属材料都能摩擦焊接，例如，通过惯性焊接，包括马氏体时效钢、工具钢、合金钢和钽。通常惯性焊接工艺较熔焊快得多，并且该工艺主要由机器控制，由此消除了人为的错误，使所产生的焊接与操作人员的技术无关。也不需要大量的焊接结合制剂，并且不需要焊接线或焊接能耗。
爆炸焊接是众所周知的用于结合不同材料的固态焊接技术，所述技术通常描述于各种文献。这些描述的例子包括“爆炸焊接”，卷6，ASM手册，Welding，Brazing and Soldering(ASM intern.1993)，705-718页；以及A.Nobil等人，“Recent Developments in Characterizations of Titanium-Steel ExplosionBond Interface”，1999，Reactive Metals in Corrosive Application ConferenceProceedings，September 12-16，1999(Sunriver，Oregon)89-98页。在爆炸焊接中，引起爆炸的可控能量是用于在两种或更多种类似的或不同的金属材料之间产生冶金结合。在材料的高速碰撞过程中，在合适的条件下材料之间形成射流，其清除污染的表面膜。通过射流作用清洗的表面膜材料，在接近碰撞点获得的非常高的压力影响下在内点上进行结合。
当用于本文时，“冶金结合”指的是通过使用压力和/或温度所实现的配对金属表面之间的结合。在爆炸焊接的过程中不会发生材料的扩散，所以有问题合金不会产生。一种技术是冷焊方法，其中由于材料的高压碰撞污染的表面膜塑性地喷出基底材料。
在前述用于制造尿素合成汽提塔管的实施方案中，例如，爆炸包层焊接连接可在置换汽提塔管的钛段和锆段之间形成。在一个所述方法的实施方案中，例如，锆和钛可爆炸结合在一起并且由板机制为小管。该管由锆侧和钛侧组成。之后锆将熔焊于锆管部分，而钛将熔焊于钛管部分。爆炸包层管转变连接是目前生产的，尽管发明者没有注意这种管具有锆-钛金属结合。
虽然前述具体的实施方案的目的在于尿素合成装置中使用汽提塔管，其中汽提塔管包括锆区和一个或多个钛区，应当理解本文所说明的部件和方法在此没有如此限制。例如，本发明的方法可适合于提供原始的或更换的用于其它类型的化学处理装置以及其它类型的装置的流体传导部件，其中部件包括含耐腐蚀性材料的第一区，域其通过固态焊接技术直接或间接结合到第二区域，以致使所获得的焊接区相对于第一和第二材料不会大大降低机械和/或耐腐蚀性能。第二区域内的材料要经过选择，以便通过熔焊而固定到化学处理或其它由相容材料制造其它装置的区域。所谓“相容”指的是熔焊方法在焊接区不产生具有显著降低机械和腐蚀性能的合金。一个实施例是用于热交换器的原始的或更换的管，其中管是由耐腐蚀区和刚才说明的第二区域制造的。
而且，尽管上述非限制性具体的实施方案包括固态焊接的具有包含锆和钛的分离区的流体传导部件，本方法还可以用于下列的情况中，其中耐腐蚀区包括一种或多种锆合金或其它耐腐蚀材料和/或其中第二区域包括钛合金或其它材料。可能的锆合金的非限制性实例包括，例如，Zr700(UNSR60700)、Zr702(UNS R60702)、Zr705(UNS R60705)和锆锡合金(包括，例如，Zr-4、Zr-2、和Zr2.5Nb)。作为非限制性实施例，考虑到按本发明构建的部件可用于装置中，其中流体传导部件熔合到的现存结构是钛合金或不锈钢，在这种情况下部件的相应区可以分别由类似的或基本类似的钛合金或不锈钢制造。在构建这种部件中，包含钛合金或不锈钢的区域是直接或间接地固态焊接到另外的锆、锆合金、和/或能提供所要的机械、腐蚀和/或其它性能的金属或合金的另外区域。
本发明方法的上述实施方案的另外可能的改进方案是提供多层流体传导端或区域，它包括围绕流体通道的耐腐蚀性内层和一个另外材料的外层。当用于本发明中时，“多层”指的是存在两层或更多层的冶金结合在有关结构的不同材料层。内层的耐腐蚀材料可以是，例如，锆、锆合金、或其它耐腐蚀性的金属或合金。多层端或区可以由任何适合的方法制成，例如，通过共挤压，也可称为挤压结合，这是一种易于为一般技术人员熟悉的制管方法，并且在本文中也将进一步讨论。多层流体传导端或区可以是固态焊接，如通过惯性焊接到由锆或另外的耐腐蚀性材料制成的耐腐蚀性流体传导区。用这种方法，沿着流体传导部件的整个内长度提供高耐腐蚀性金属或合金。如果多层端或区域的外层是由钛制成的，例如，它可以熔焊至汽提塔单元管板的钛包层上而在焊接附近没有显著危及材料的机械和耐腐蚀性。
多层制管设计对于容纳燃料球团的核包层是已知的。就这一特殊应用来说，专利文献包括锆基合金的冶金结合层的已知方法。例如，用于核包层管的薄的纯锆内衬描述于U.S.专利号4200492中。锆衬抑制因应力腐蚀破碎引起的破裂开始和蔓延。合金化锆的厚得多的外层构成包层的基底材料并提供合适的耐腐蚀性和机械性能。另外的专利，例如，U.S.专利5383228、5524032和5517540，描述了用于多层核燃料球团包层的化学、层堆积以及用于多层核燃料球团包层的处理方案。在一种装配中，薄的外衬已用于燃料球团包层以改进包层的水-侧的耐腐蚀性。本发明人设想采用多层核燃料包层的某些方面以具体化包括多层流体传导部件配置的本发明流体传导部件。然而，与本发明流体传导部件的某些实施方案相反，前述专利的目的在于核燃料包层和类似锆基合金的结合层，并且，例如，并未报导或建议冶金结合不同的反应性金属，如钛和锆。
如上所述，不同的反应性金属如钛和锆合金难于结合，由于例如它们的热膨胀性能的差异、晶格尺寸的差异、以及当材料结合时焊接完整性方面的缺乏。爆炸焊接已用于冶金结合不同的合金，但是这种技术具有已知的缺点。例如，结合层的局部变形或变薄是由于爆炸力的变化而产生的。按此，已使用后-结合机械加工，但是在机械加工过程中精确地控制内衬的厚度却是困难的。另外，在爆炸焊接的过程中产生的压力能引起金属的性能像粘性流体，这可导致结合材料间的波纹状的边线。边线的波状特性使保持精确的衬的厚度是困难的或成为不可能，因为边线的范围可以明显变化。在某些已知的爆炸结合的设计中，例如，结合的材料间的波状边线之间从0.5mm变化到1mm(0.0197英寸-0.0394英寸)的峰对峰。当使用爆炸焊接时，结合的部件的几何学是有限制的抑制。在某些爆炸焊接技术中，外层组件为爆炸物所环绕，以爆聚在用棒支撑的不同材料的内衬上，以防止远于点的向里塌陷。在这种技术中外层组件的壁厚和强度是限制性因素。在另一技术中，爆炸物放置在衬组件的内径范围内，并且爆炸力扩大至外层组件内表面上的内衬。在这种情况下，内径必须大到足以包含足够的爆炸物，这在制造小内径、厚壁管和其它流体传导部件中不可能使用该技术，如用于高压热交换器中。
一些用来冶金结合不同材料和合金的可替换方法是已知的。例如，U.S.专利4518111提供一种用于结合锆和钢组件的两步法。在开始的步骤中，爆炸焊接用于冶金结合两种组件成为坯件。在第二步骤中，钢的第三层是通过共挤压坯件而冶金结合的，因此提供了三结合层。当然，爆炸焊接的使用具有如上所述的限制性，并且使应用结合多层的两步法提高了最终产品的成本。U.S.专利号5259547也阐述了两步法，该方法包括爆炸焊接步骤，接着在外形为圆形心轴上扩大结合的坯件以牢固地冶金结合各层。尽管本发明中的多层流体传导部件能使用多步制造方法生产，但是存在着与一步结合法有关的巨大成本益处，如本文中详细描述的。
另外已知的冶金结合不同金属或合金的途径是，在以挤压固态结合前使用热等静压制(HIP)以预-结合圆柱状组件。U.S.专利号6691397在压力超过15000psig和温度在2000以上持续至少2小时直到24小时的情况下使用HIP。HIP在不同的金属之间产生冶金结合，这使不同流动应力的材料在热挤压成管的过程中保持完整性。当然如上所述，两步结合法相对于一步法增加了成本。另外，通过HIP开始在材料之间形成冶金结合其在压力和温度下要求大量的时间。不同的材料能在其界面处形成脆性扩散层，或者在用于扩展期的加热时能经历过量的晶粒生长。如果挤压的管其后要冷加工则不要求任何性质。
还有另外一种在不同金属或合金之间形成冶金结合的途径阐述于U.S.专利5558150中，其中外合金层是离心浇注到内层上的。复合浇注的层是在冷却下冶金结合的。该专利方法的设计是用于结合钢和反应性金属，它要求浇注是在真空中进行以消除来自大气中的氧和氮污染。另外，浇注材料的晶粒结构是非精炼的，阻碍以后的冷加工。
一种方法的非限制性实施方案，通过该方法在本发明中有用的圆柱状锆/钛多层流体传导部件或部分部件，包括一般示于图3中的步骤，在下文进一步说明。
在图3的方法第一步骤中，以适当形式提供各个要结合的中空圆柱状钛和锆的构件，使圆柱形锆衬组件的大小匹配于圆柱状钛基底构件的内径。作为实施例，基底部件可以是钛等级3(ASTM名称)和锆衬部件可以是锆锡合金702TM(Zr702)合金。适合制备一种结合在一起的部件表面以更好的保证另人满意的构件间的冶金结合。有利的是将要结合在一起的表面进行机加工、表面调节和清洗。例如，发明人已确定在冶金结合前制备钛和锆时，有利的是制备要结合的表面，以使每一个都具有不大于约63微-英寸(0.0016mm)RA的表面粗糙度。认为提供具有这样的表面光洁度的表面能更好地确保适当清洗表面粗糙外形的峰和谷。另外，还认为没有深槽和刻痕，例如，有助于在无污染物表面间保持连续冶金结合。
另外有利的是，清洗外来污染物如脏物和油腻的待结合表面，以能获得高质量的冶金结合的结果。一种可以用于清洗反应性金属表面方法的例子是喷冰(ice blasting)，它描述于U.S.专利5483563中。喷冰技术涉及对着要清洗的金属或合金表面推进结晶水，导致机械洗涤和液体冲洗。喷冰相对于常规表面清洗法能导致改进表面间的冶金结合的完整性，因为喷冰不会使清洁剂残余物沉积在清洗过的表面上。这种残余物的实例是残余的氟化物它可留在以氟化氢-硝酸蚀刻的表面上。另一表面清洗技术的非限制性实施例包括机械调节、酸蚀刻和使用溶剂或碱性清洗剂。另外适合的表面清洗技术为本技术领域的一般技术人员所周知。
在图3中的方法第二步骤中，组装构件以便使锆衬部件适当地位于钛基的构件中，并且焊接构件之间的端连接，以便提供适合于挤压的多层坯件。示于图4中的多层坯件110的示意端视图，其中114是圆柱状钛外层基底材料，116是圆柱状锆内衬，以及118是在基底材料和内衬之间的焊接端连接。焊接可以是，例如，自热熔焊，在这种情况下焊接包括钛-锆混合物。如前所述，在焊接区内熔焊不同的反应性金属会产生合金，相对于各个金属其一般具有低强度和低的可延展性。然而，结合坯件端连接的焊接的完整性是关键的，以在随后步骤中，在坯件挤压前的预热坯件的过程中，防止大气污染构件的界面。另外，在挤压过程中焊接经受非常大的应力。在挤压过程中，焊接失败能导致大气污染或者在挤压过程中基底和内衬构件的不均匀性减少。
在图3方法的一种实施方案中，另一技术，电子束焊接，是用于焊接基底和衬构件之间的端连接以产生坯件。已发现电子束焊接可提供可接受的焊接渗入和焊接宽度，以及提供适当的保护以免界面之间的大气污染。优选的是，焊接渗入的端连接5到50mm(0.197到1.97英寸)(在焊接表面的平面中测量的)并具有适于密封对置的基底表面和衬构件的宽度以隔绝大气。合适的另一技术是提供自热焊或填料焊接这对焊接反应性金属领域的一般技术人员是熟知的。
在图3说明的方法第三步骤中，在先前步骤中形成的坯件加热和挤压以形成冶金结合、具有基本均匀的衬厚度的不同金属的无缝管。在该方法的实施方案中，钛/锆坯件感应加热至550℃-900℃(1022-1652)的范围的温度。另一方法，例如，气体或电子炉在挤压之前可用于加热坯件，但这种加热技术相对于感应加热花费的时间明显多并且在坯件上产生更多的表面污染。
将加热的坯件装进具有合适工具的挤压机中，以由坯件生产同心管。在该方法的一个实施方案中，挤压压头在挤压循环过程中在基本一致的50-900mm/分(1.969-35.4英寸/分)下行进，以避免挤压管的内衬厚度的不可接受的波动。影响从挤压产生的冶金结合质量的因素包括温度、在温度下的时间、压力、和表面清洗度。在本非限制性实施方案中，例如，挤压比值范围在3∶1-30∶1，以更好地保证基底和衬构件的冶金结合的适当压力。
感应加热坯件后挤压坯件至冶金结合各层的显著优点是在加热坯件的过程中的时间间隔和在挤压温度下的保持时间是非常受限制的。当挤压温度下的时间小时，在挤压过程中形成冶金结合时，钛和锆层之间相互扩散很小或几乎没有。相互扩散，或简单“扩散，”在已冶金结合的不同金属层之间一般存在层。扩散层可包括中间化合物或组成梯度，较之各个合金它更硬或更脆。因为在感应加热坯件后进行挤压坯件以冶金结合层时，没有明显的相互扩散，所以相对于锆和钛层材料是脆性并具有高强度的材料不能大量形成。这一点使得挤压、多层部件易于冷加工，如通过，例如，冷拔或冷轧管，假若必须制造最终流体传导部件。因此，本文所述方法的某些实施方案一个值得注意的方面是生产包括不同的、冶金结合的层，而在层之间不形成任何显著的相互扩散层。业已确定在来自挤压、退火、或可以替代的结合工艺的热暴露过程中没有值得注意的共扩散层形成，假若产生的冶金结合的多层结构可易于冷加工，如通过冷拔或冷轧管。
在图3中说明的方法的任选第四步骤，在应用冷加工之前在材料和/或使再结晶材料中热处理经挤压的多层管以消除应力。优选的是，热处理技术使反应性冶金结合层之间的相互扩散层产生减至最小程度。对于更好地抑制相互扩散层的发展，优选是热处理要适应以实现所要求的解除应力和/或使用最低必要的温度和时间在多层管道的构成材料中进行中重结晶。作为实施例，由本发明的实施方案制成的钛/锆多层管道可以在500℃-750℃(932℃-1382℃)范围内的温度下退火1-12小时，以限制相互扩散层的发展。在热处理技术中的一般技术人员易于制成用于按本发明制成的特定多层流体传导部件的合适热处理制度。
图3方法的第五步骤是冷加工多层管道。冷加工反应性金属能提供有利的性质如改进的晶粒结构、机械性能、尺寸和表面光洁度。如上所述，限制产生脆性相互扩散层的制管的方法是优选的。可能冷加工技术有利于按本发明制成多层管道，其包括，例如，冷拔、冷轧管和用内辊和外辊轧制管，如通过流动成型。按本发明制成的适合冷加工多层流体传导元件的另外技术基于考虑本发明对本领域一般技术人员是显而易见的。
已发现冷轧管(还称作“pilgering”)在涉及本发明方法的实施方案是特别有利的冷加工技术。冷轧管使用凹槽、锥形模，其在管上纵向滚压该管同时在锥形轴上压制材料。逐渐减少凹槽的横截面积，压缩在相应渐缩的圆形心轴上的管壁。管纵向喂入模具并围绕其纵轴旋转，致使整个的周围长度的尺寸均匀地减少。当冷轧管减少反应性金属的管状件时达到的一般的缩减范围在20％-90％。
应当理解尽管图3说明的方法实施方案和上述利用钛基底组件和锆衬，可替换的材料可用于基底和衬组件，例如，无论如何并不想限制本发明的范围，可使用钛的外基底和铌的内衬，或钽外衬和钛的内基底。其它材料组合物可基于应用加以选择，对此采用管道合适的，而且这种组合对基于考虑本发明对一般技术人员将是明显的。
还应当理解的是按本发明制造的多层流体传导部件或部分部件不需要使用图3概述的方法。例如，本文公开了可替换的方法。另外，基于阅读本发明公开的内容，具有普通技术的一般技术人员，可以很容易地设计出用于提供所述多层部件或部分部件的另外方法。
然而，虽然本申请涉及多层部件及部件部分，大于2层的也可以提供在这种部件及部件部分中。如果希望，该部件可包括3层或更多层，它们可安装进坯件中并加工成流体传导部件如，通常，上述的有关双层部件。这样，人们可以理解，本发明的范围包括有3层或更多层的流体传导部件，该部件含有耐腐蚀的内层或穿过该部件围绕流体传导通路的衬，一个外层，以及一个或多个介于内层与外层之间的中间层。在这种情况下，内层与外层指的是本文的“间接”结合，其不同于其中内层与外层直接彼此结合的情况。在每种情况下，然而，多层结构中的紧密靠近层是冶金结合在一起。应该注意的是，这种多层流体传导部件与部件部分，可以使用本文内容和具有普通技术的那些人的技术知识进行制造。
一种用于固定原始件或替置换件的装置具有单层管段的锆/钛汽提塔管固态焊接到管板的多层管末端，以断面示于图5。可以制造图5表示的双层管端，例如，通过共挤出以提供一种钛的外管与一种耐腐蚀的锆内衬。参见图5，汽提塔管210包括由管状壁213限定的中心圆柱型通道212。管状锆区域214是固态焊接至在焊接区217的双层管末端部位216。双层末端区216包括管状钛外区219a，其冶金结合在管状锆内衬219b上。管板220包括结合在炭钢或不锈钢区226上的钛包层片224。钛的强焊接228，是通过熔焊钛外区219a至钛包片224上而形成的。人们理解，因为类似材料是熔接的，以固定汽提塔管210焊至管板220上，所以具有低耐腐蚀性的有问题的合金不会产生，且在焊接区附近的材料的机械性质不明显兼容。
在上述改进中，管子包括锆、锆合金，或另一种耐腐蚀材料的耐腐蚀的管状区，以及包括不锈钢的管状区，且这两个区域通过惰性焊接或另外的固态焊接技术直接或间接结合，以形成一整体管。这样制造的汽提塔管可作为原始设备用于新制造的含有不锈钢管板的汽提塔中，或可用作置换管以更新含有不锈钢管板的汽提塔。汽提塔管的不锈钢选自基本相同于管板的不锈钢在其上熔合管道。在管的不锈钢与管板的不锈钢的结合点形成强焊接以固定管于汽提塔单元中。当然，这里所述的用于汽提塔管的任何可能的材料组合及设计，也可以在特别的汽提塔设计中用作原始的或置换汽提塔管。
对本文所述的部件及方法的又一可能的改进，包括通过固态焊接结合部件的一种或多种材料的中间区域。用这种中间材料结合的区域，这里是指通过固态焊接而“间接”结合。固态焊接的情况下锆或锆合金的第一区域固态焊接至钛或钛合金的第二区域，例如，配置介于第一及第二区域的可能的材料，包括，例如一种或多种低氧的钛、钒、钽、铪、铌以及这些材料的合金。这些间接材料如使用熔焊是有问题的，但可通过惰性焊接适当结合至其他材料上。
下面的实施例进一步说明本文描述的部件与方法的特征。
实施例1-固态焊接与熔焊结合的比较研究关于本文公开的方法，锆对钛熔焊结合的机理与腐蚀特征，相对于采用固态焊接的焊接结合进行评价。人们已知，锆与钛能进行熔焊，其采用的技术是，例如气态钨弧焊、金属气态弧焊、等离子体焊接以及电阻焊，以产生高强度焊接结合。但如上所述，通过熔化在结合不同材料时产生的焊接，可受到腐蚀的影响，并遭受固溶体硬化，这可明显增加焊接区的硬度及强度。在自热熔焊(即，不使用填料金属)锆到钛上时，在焊接区产生的锆-钛合金将从100％锆到100％钛变化。使用锆或钛填料金属时合金化的影响将稍稍降低。甚至在使用填料金属时，焊接区域将由各种锆-钛合金组分组成，并且这种合金区域可具有明显平衡的抗腐性与机械性质。管状部件的固态焊接已进行研究，作为一种避免在焊接中结合材料的熔化以及焊接区产生有问题合金的一种手段。
实验方法通过惰性焊接锆管段至钛管段，以制造整体管，而制成几个焊接样品。图6描述了未切断的惰性焊接样品及切断的惰性焊接样品2个，其中，锆管段(黑色材料)已惰性焊接至钛管段，在内径与外径上产生毛刺。该毛刺在焊接循环中从焊接区通过产生的镦锻而被加强。因为焊接工艺将在最终的焊接结合处产生热应力，某些惰性焊接样品，在550℃(1022)消除应力，用约1/2小时脱除焊接应力。在使用热处理消除应力的焊接样品中，样品既可在热处理前也可在热处理后进行评价。图7示出2个完全机械加工的惰性焊接样品，其中，毛刺已脱除。
为进行比较，制备与评价锆板段熔接至钛板段上的几个样品，制备自热熔焊样品与采用填料金属的熔焊样品。采用机械试验、硬度试验、冶金、扫描电子显微镜及腐蚀试验来评价与比较焊接样品。
机械试验与硬度试验结果采用标准抗张试验来测定焊接接点的机械强度，于室温试验亚尺寸的样品。用张力标准样品的中央的焊接区中心，机械加工抗张样品。样品按照ASTM E-8进行试验。表1示出几个不同的样品焊接的抗张试验的结果。这些结果表明，惰性焊接样品具有比熔焊样品更高的强度，稍低的屈服强度。采用上述应力消除退火到惰性焊接样品仅稍稍降低样品的机械强度。在观测实际的抗张试验步骤时，可看到所有的焊接样品(惰性焊接及熔焊)，在钛母体金属中都遭失败并不在焊接区。
表1
表1还列出ASTM对钛等级2、钛等级3、及Zr702的要求。在该样品焊接试验中，每个惰性焊接管(应力消除条件下)的机械性质满足Zr702等级的要求。
焊接样品的硬度的评价，开始在锆母体金属并穿过焊接至钛母体金属。进行硬度试验以测定在锆对钛的熔合及惰性焊接中固溶体硬化的程度。表2示出硬度试验结果。指出合金化的焊接金属在惰性焊接中不产生，列出“N/A”作为这种样品的焊接金属的硬度。该结果表明，在熔焊样品中，焊接金属的硬度高于各个母体金属的两倍。这归因于熔焊非常不良的弯曲延性，并可导致焊接的早期破坏。反之，试验的惰性焊接样品的热影响区的硬度，相对于直接相邻的母体金属仅稍有提高。比较结果表明，机械的不利是由于在熔焊区合金的固有产生。
表2腐蚀试验结果
按照ASTM技术规格A-262，在标准Huey试验环境(65％硝酸，于沸腾温度118℃(244))，对焊接样品进行耐腐蚀试验。Huey试验通常用于评价材料的耐腐蚀性，其暴露在硝酸或尿素环境中。它们进行五次48小时试验期，在每个试验期后使用新的硝酸。替换硝酸是由于Ti+4离子的浸出及溶解进入酸试验溶液中，将明显降低试验样品中钛的腐蚀速率。而且，酸溶液的更换，更好地模拟装置中发生的动力学条件，例如热交换，这时酸连续地进行补充。然而，锆的腐蚀速率不受硝酸溶液中钛离子或锆离子存在的影响。
把焊接样品以预定时间经受试验溶液处理，然后，用标准腐蚀速率计算结果评价重量损失。该腐蚀样品通过视觉及金相检查以确定焊接区是否优选被侵蚀。表3示出腐蚀试验结果。如表所示，熔焊的样品的腐蚀速率，对自热样品和用钛填料金属制备的样品，两者均超过15密耳/年(mpy)(0.39mm/年)。用锆填料金属制备的熔焊样品，显示平均腐蚀速率明显较低的5.7mpy(0.15mm/年)，但焊接界面的检查表明在接近焊接的底部呈现优选的侵蚀。
表3
通常，表3的结果表明，在高温/高压条件下，熔焊的样品比惰性焊接的样品适应性差，这是因熔焊的样品具有相当高的腐蚀速率。采用自热焊接的熔焊的腐蚀样品的视觉检验表明，在钛母体金属上有白腐蚀膜的存在，其易于去除。在焊接的钛侧，还呈现严重的白色氧化物，其开始易于去除，但随着试验时间增加，变成更加有韧性。通常，腐蚀在自热焊接面积的区域上被发现，那里没有白色氧化物。用锆填料金属形成的熔焊的腐蚀样品的肉眼观察表明，通过失色的氧化物膜而焊接显然无影响。钛侧是暗灰色，在焊接的熔化线上有淡的白线。在焊接的锆侧上熔化线上发现较严重腐蚀。采用钛填料金属的熔焊的腐蚀样品的肉眼观察结果表明，焊接区完全被硬的白层(氧化物)沉积物所覆盖。焊接沉积物的钛侧是灰色的，但比锆侧颜色更浅。在每个试验周期内，钛在样品上形成一种易于去除的淡灰色/白色膜。计算得到的平均腐蚀速率在两个试验之间明显不同。
用锆填料金属的锆对钛熔焊的样品，相对于用钛填料金属的锆对钛熔焊的样品(或自热焊接样品)，腐蚀试验结果的明显不同已被大大地证明，这是由于相对于钛合金的耐腐蚀性，锆合金的耐腐蚀性更高。另外，锆填料金属覆盖了大部分焊接区。因此，至少5.7mpy(0.15mm/年)的腐蚀速率部分是由于焊接的焊边面积在焊接区发生合金化。
在实验室难以评价侵蚀特性。然而，通常已知钛的耐侵蚀性比锆低。因此，提供具有原装的或置换的流体传导部件的装置主要用锆而不是用钛制造，或者除其他层外还包括锆内层，按照本发明的一个方面，必需抑制侵蚀性。此外，提供一种共挤出的多层管，如上所述，其包括锆内衬，其中管的末端是固态焊接至锆管段，将防止汽提塔管的全部长度的侵蚀与腐蚀。
金相学的及显微镜检查用金相学检查锆-钛焊接界面的特征。图8是惰性焊接样品的管壁中锆-钛焊接界面的断面图。表明毛刺材料清除出焊接连接，但不同金属间的界面是发亮并清晰。图9是同样的焊接界面的高倍放大图。每种金属的变黑的区域，相邻于焊接连接，是热影响区。在结合界面由于热的输入而引起变黑，但不是由于合金化。甚至在高倍放大时，锆与钛金属之间的界面是明亮且清晰的，并表明无合金化的证据。
用扫描电子显微镜(SEM)以更好地表征惰性焊接的界面。用SEM以更好地研究在界面区域是否产生任何程度的合金化并用于评价是否存在任何面积在其上两种金属不完全结合。图10是界面区域的高放大SEM图像，其在上述已进行金相学检查。在图像中没有合金化的区域是明显的。同样样品的界面的能量分散X-线分析证实，在惰性焊接界面内没有合金化的区域。另外，两种金属的结合区域包括纯锆与纯钛的机械混合物，或旋涡体。
由试验进行的一般观察因此，上述实验结果表明，锆对钛的惰性焊接的样品比熔焊的样品，其机械性质及耐腐蚀性更好，而惰性焊接样品在焊接区内呈现基本无合金化区城。在惰性焊接的样品中未看到明显的侵蚀性袭击，如在熔焊的样品中观察的那样。熔焊的样品具有高的超过15mpy(0.38mm/年)的侵蚀速率，当在实验中评价在硝酸与尿素环境中的耐腐蚀性，惰性焊接显示其侵蚀速率小于2mpy(0.05mm/年)。
实施例2-多层管的制造冶金结合不同反应性金属例如钛与锆，形成多层、管状流体传导构件的一个具体实施方案，涉及3个不同的工艺路线。第一工艺路线涉及制造外部坯件或基本部件。第二工艺路线涉及制造内衬部件。在第三工艺路线中，基本部件与内衬部件组合成为一个装配的坯件，然后，挤压坯件，冷加工，热处理，制成该多层管。在下列章节中，详细地说明该3个工艺路线，具体应用于多层管制造中，其包括钛等级3(UNS R50550)外部基材及Zircadyne 702TM(Zr702)(UNS R60702)内衬。Zr702合金可由ATI Wah Chang，Albany，Oregon得到，其具有下列化学物质(以合金总量的重量百分比表示)最小99.2的锆+铪；最大4.5铪；最大0.2铁+铬；最大0.005氢；最大0.25氮；最大0.05碳；及最大0.16氧。
第一工艺路线中包括的步骤，概略地示于图11的左侧。钛等级3(TiGr3)，采用常用的自耗电极真空-电弧熔炼技术浇铸成锭。把该锭在β相区进行加热，并锻造成中间尺寸，随后在α与α+β相区接着轧制，制成直径约210mm(8.27英寸)的圆柱形锻造品。该锻造品锯成单个坯件。每个坯件机械加工成中空，圆柱形坯件具有约201mm(7.91英寸)尺寸的外径与108mm(4.26英寸)的内径。为了更好地保证圆柱形TiGr3坯件与锆内衬之间令人满意地冶金结合，TiGr3坯件的内径机械加工成63微英寸(0.0016mm)RA的最大的表面粗糙度。较好的平滑表面光洁度可更好地保证在表面粗糙性曲线的峰及沟中的充分净化。并且表面上没有明显的沟与擦伤，能更好保证基材与衬构件之间的连续地冶金结合的形成，而不发生分层。
第二工艺路线中的步骤概略地在图11的右侧表示。该路线是关于制造多层管的Zr702合金内衬。将Zr702合金浇铸成锭，并锻造成类似于上述TiGr3合金的方式。衬是从115mm(4.53英寸)直径圆柱形锻件机械加工成的(在一个非限制性的另一种装置中，衬可通过挤压一个过大尺寸管，然后，在其后的机械加工中锯成单个衬而形成)。机械加工过的Zr702合金衬是约108mm(4.26英寸)外径×54mm(2.13英寸)内径，且具有63微英寸(0.0016mm)的RA最大的外径表面粗糙度。外径表面粗糙度应保持在为此上述提及的关于TiGr3柱形坯件内径的表面粗糙度的这种限度。衬是匹配加工而具有精确的容限，以在TiGr3坯件间滑动。基材内径与衬的外径之间的间隙的优选容限是约0.25mm(约0.010英寸)。
在第三工艺路线中，图12概略表示将TiGr3外构件与Zr702合金衬构件安装进坯件中，然后，进行冶金结合并减少为较小直径的多层管。在安装前，外构件与内衬构件通过喷冰清洗以脱除外来污染，例如灰尘与油。清洁表面是重要的，可形成高质量的冶金结合。
把清洁的与干燥的坯件及衬构件一起滑进一个装配的坯件。坯件的端部接点，用电子束枪，在真空度至少1×10-3托(0.133Pa)的条件下进行焊接。电子束集中于端部接点，以产生穿透10～40mm进入坯件并具有至少5mm的焊接宽度。焊接完整性对防止大气污染物是重要的，并在装配好的坯件的挤压时抑制冶金焊接的形成。图13示意地表示焊接组装的坯件310的端图，其中312是TiGr3外部基本构件，314是Zr702合金的内衬构件，316是含有钛与锆的混合物的焊接区，而318是通经坯件的圆柱形流体传导孔。
任何焊接喷溅，都研磨焊接组装的坯件。然后把坯件在圆柱形线圈中感应加热至650～775℃(1202～1427)，目的是在700℃(1292℃)并转送至3500吨Lombard水力挤压机。把坯件放置在一个圆柱形容器中，该容器具有一个插至衬构件内径的芯轴，以确定被挤压的内径尺寸。挤压机上的一个杆使用约1500吨(8.896×103N)的镦锻压力将坯件推经圆锥形模型，以挤压坯件为无缝多层管。挤压延长比是约11∶1，目的是提供一种挤压管，该管具有3.100±0.010英寸(78.74±0.254mm)外径及约0.525英寸(13.4mm)厚度。不同金属间互相作用并在挤压时冶金结合，作为下列条件的结果，该条件包括加工温度、该温度下加工时间、压力及衬垫表面的清洁度。通过锯切除去冶金结合的多层挤压的几英寸铅末端与尾端，以保证在剩余部分中的均匀的衬厚度。
把挤出管酸浸入HF/硝酸一段时间该时间足以使每壁脱除0.001～0.002英寸(0.0254～0.508mm)。然后，在皮尔格轧机上进行冷加工，以进一步降低管径与壁厚。在皮尔格轧机中，用带槽的锥形模具纵向轧制，在类似的锥形芯轴上压制材料。把该管送入模具及圈绕其纵轴旋转，以在轧机的每个冲程中，基本上均匀地降低管的整个圆周。使用在皮尔格轧机上的第一道次降低多层管，到外径的中间尺寸为44.5mm(1.75英寸)及6.3mm(0.25英寸)壁厚。用碱性清洁剂、水冲洗清洁周期法冷轧管并酸浸入70％硝酸中，然后，通过真空退火而加热处理以便重结晶与软化材料。包括管在温度621±28℃(1150±50)进行1～2小时退火的热处理。其它可能的退火条件包括在500℃(932)至750℃(1382)的另一温度加热1～12小时。采用热处理以降低金属间颗粒生长或组成梯度的形成，这比基材及衬合金更硬及更脆。一种易碎的及/或宽的扩散区能导致管层的分层。
接着，进行退火，把该管酸浸入70％硝酸以脱除任何真空退火斑点，然后旋转斜辊矫直。然后，把该管再次加热，并经受第二次通过皮尔格轧机道次，以使管降低至外径27.0mm(1.06英寸)及璧厚3.5mm(0.138mm)的最终尺寸。最终的锆衬厚度是约0.9mm(0.035英寸)。图14是采用本工艺制造的一个多层管的冶金结合区的显微图。该图像表示细微的晶粒结构(其具有基本均匀的机械性质)及钛与锆层之间的连续的冶金结合。该冶金结合防止在已知的冶金结合(滑配合)管设计中看到的缝隙腐蚀类型。
对采用本实施例的方法制造的TiGr3/Zr702合金多层管的机械强度进行评价及与TiGr3单层管的性质进行比较。在下表4中示出每种管型的27.0mm外径×3.5mm内径样品的性质。机械性质类似，其表示Zircadyne702衬没有明显降低所评价的TiGr3基底材料的机械性质。
表4
采用本实施例所述方法形成的管的部分可以是固态焊接至流体导管长度的末端，该管由锆或某些其他耐腐蚀金属或合金构成，以形成一种适用于尿素合成装置更新汽提塔的复合管。在这种情况下，如上所述，多层管的外层材料可选择，要使外层熔焊至管板而不会导致焊接区耐腐蚀性的明显降低。例如，本实施例制造的TiGr3/Zr702合金多层管，在用于更新含有钛包层管板的汽提塔中是尤其有利的。
也可使用本实施例制造的多层管与其他的流体传导部件，而不是固态焊接至单层流体传导部件上。在这种实施方案中，选择多层管或其他部件的外层材料，以使当该材料在熔焊至管板或装置的其他装配部位时，不产生有问题的合金，这种有问题的合金实质上对耐腐蚀性、机械性质、或管/部件或装配部位的其他重要性质有不良影响。
当然，应该理解的是，尽管本讨论是针对在汽提塔装置中本实施例形成的多层管的应用，该管还可以用作本文提出其他装置中的流体传导部件。
应该理解为，本说明书阐述的是有关公开内容的清楚理解的那些方面。某些方面，本领域的技术人员是清楚的，因此，为了简化本公开，将不促进更好理解的不再呈现。尽管本公开已描述了有关某些实施方案，但本技术领域的一般人员在考虑上述公开时，应认识到可使用很多改进与变化。认为上述说明书及下列权利要求书覆盖了所有的这种改进与变化。
权利要求
1.一种用于更新至少一种具有装配区域的装置制品的流体传导部件的方法，该方法包括提供一种置换部件，其包括包含耐腐蚀第一材料的流体传导第一区域，以及包含第二材料的流体传导第二区域，第二材料是与装配区域的材料相同或基本相同，其中，第一区域与第二区域通过固态焊接直接或间接结合，以形成整体的流体传导置换部件；以及将置换部件固定至装置制品上，采用的方法包含有将置换部件第二区域的第二材料固定到装置制品的装配区域。
2.按照权利要求1中所述的方法，其中，置换部件选自圆柱形状部件、管材、管道、喷嘴、管头、管连接器、管道连接器、用于尿素生产装置的汽提塔管、热交换器管以及流体传导部件。
3.按照权利要求1中所述的方法，其中，耐腐蚀第一材料是至少一种选自锆、锆合金、钛、钛合金、铌、及铌合金的材料，且其中第二材料选自钛、钛合金及不锈钢。
4.按照权利要求3中所述的方法，其中，装置制品是尿素合成装置的汽提塔单元，置换部件是汽提塔管，且装配区域是汽提塔管板区域。
5.按照权利要求1中所述的方法，其中，直接或间接固态焊接第一区域至第二区域的方法包含选自冷焊、扩散焊、爆炸焊、锻焊、摩擦焊、包括惰性焊、热压焊、滚焊及超声焊的固态焊接技术。
6.按照权利要求1中所述的方法，其中，第二区域含有耐腐蚀材料的内层和第二材料的外层。
7.按照权利要求6中所述的方法，其中，第二区域通过挤压结合而形成，致使第二区域的内层与外层熔合。
8.按照权利要求1中所述的方法，其中，第二区域包含选自锆与锆合金的材料的内层，和选自钛与钛合金的材料的外层。
9.按照权利要求8中所述的方法，其中，第二区域的形成方法包括冶金结合第二区域内层与外层。
10.按照权利要求9中所述的方法，其中，第二区域内层与外层的冶金结合，包括至少一种选自挤压结合、爆炸结合、热等静压制与离心浇铸的技术。
11.按照权利要求1中所述的方法，其中装置制品是尿素合成装置的汽提塔单元；置换部件是汽提塔管；装配区域是管板区；置换部件的第一区域是锆，以及置换部件第二区域包含选自锆与锆合金材料的内层与选自钛与钛合金材料的外层。
12.按照权利要求11中所述的方法，其中，内层是直接或间接冶金结合至外层。
13.按照权利要求12中所述的方法，其中，通过将第一区域直接或间接固态焊接至第二区域而形成的焊接区域，基本上没有第一材料与第二材料组合的合金。
14.按照权利要求11中所述的方法，其中，第一区域是间接固态焊接至第二区域，致使至少一种第三材料配置在第一区域与第二区域之间。
15.一种用置换汽提塔管置换尿素合成装置中的汽提塔管的方法，该方法包括提供一种置换汽提塔管，该管包括流体传导第一区域以及流体传导第二区域，该第一区域含有耐腐蚀第一材料，该第二区域含有第二材料，该第二材料与构成汽提塔板的材料是相同的或基本相同的，其中，第一区域与第二区域是通过固态焊接而直接或间接结合，以形成整体的流体传导置换部件；以及熔焊第二区域的第二材料至管板材料的相同的或基本相同的材料。
16.按照权利要求16中所述的方法，其中，耐腐蚀第一材料是至少一种选自锆、锆合金、钛、钛合金、铌、及铌合金的材料，且其中第二材料是至少一种选自钛、钛合金及不锈钢的材料。
17.按照权利要求15中所述的方法，其中，直接或间接固态焊接第一区域到第二区域，它是通过选自冷焊、扩散焊、爆炸焊、锻焊、摩擦焊、惰性焊、热压焊、滚焊及超声焊的固态焊接技术来实施的。
18.按照权利要求15中所述的方法，其中，第一区域是单一材料，且第二区域是单一材料。
19.按照权利要求15中所述的方法，其中，第二区域包含耐腐蚀材料的内层以及第二材料的外层。
20.按照权利要求19中所述的方法，其中，第二区域包含选自锆与锆合金的材料的内层，以及选自钛与钛合金的材料的外层。
21.按照权利要求20中所述的方法，其中，第二区域通过挤压结合形成，以致第二区域的内层与外层熔合。
22.按照权利要求15中所述的方法，其中，通过将第一区域直接或间接固态焊接至第二区域而形成的焊接区，基本上没有耐腐蚀第一材料与第二材料的合金。
23.按照权利要求15中所述的方法，其中，第一区域是以间接固态焊接至第二区域，以致至少一种第三材料配置在第一区域与第二区域之间。
24.一种装置制品的部件，该部件包含流体传导第一区域，其包含耐腐蚀第一材料；以及流体传导第二区域，其包含第二材料；以及，其中，第一区域及第二区域是通过固态焊接直接或间接结合的，以形成整体流体传导部件。
25.按照权利要求24中所述的部件，其中，该部件选自圆柱形部件、管材、管道、喷嘴、管端、管连接器、管道连接器、用于尿素生产装置的汽提塔管、热交换器管以及流体传导部件。
26.按照权利要求24中所述的部件，其中，耐腐蚀第一材料至少是一种选自锆、锆合金、钛、钛合金、铌、及铌合金的材料，而其中第二材料选自钛、钛合金及不锈钢。
27.按照权利要求24中所述的部件，其中，直接或间接固态焊接第一区域到第二区域，它是通过选自冷焊、扩散焊、爆炸焊、锻焊、摩擦焊、惰性焊、热压焊、滚焊及超声焊的固态焊接技术来实施。
28.按照权利要求24中所述的部件，其中，第二区域包含耐腐蚀材料的内层以及第二材料的外层。
29.按照权利要求28中所述的部件，其中，第二区域的内层和外层是挤压结合在一起。
30.按照权利要求28中所述的部件，其中，第二区域包含选自锆与锆合金的材料内层，以及选自钛与钛合金的材料的外层。
31.按照权利要求24中所述的部件，其中，通过直接或间接固态焊接第一区域至第二区域所形成的焊接区域，基本上没有耐腐蚀的第一材料与第二材料的合金。
32.按照权利要求24中所述的部件，其中，第一区域是间接固态焊接至第二区域，以致至少一种第三材料配置在第一区域与第二区域之间。
33.一种用置换的流体传导部件更换装置制品中的流体传导部件的方法，该方法包括用具有权利要求24中所述设计的流体传导部件更换现有的装置制品的流体传导部件汽提塔管。
34.按照权利要求33中所述的方法，其中，流体传导部件选自圆柱状部件、管材、管道、喷嘴、管头、管连接器、管道连接器、用于尿素生产装置的汽提塔管、热交换器管以及流体传导部件。
35.按照权利要求33中所述的方法，其中，装置制品选自化学处理装置、汽提塔单元、冷凝塔单元与热交换器。
36.一种装置制品，其含有权利要求24中所述的部件。
37.一种用于更换至少一种具有装配区域的装置制品的流体传导部件的方法，该方法包括提供一种置换的流体传导部件，该部件包含经流体传导部件围绕在流体传导通路的耐腐蚀第一材料的内层，以及第二材料的外层，其中，内层是间接或直接冶金结合到外层；以及将置换部件固定到装置制品上，它是通过包含把置换部件的外层固定至装置制品的装配区域的方法。
38.按照权利要求37中所述的方法，其中，装配区域含有第三材料，该材料是与置换部件的第二材料相同的或基本相同的，以及进一步其中把置换部件固定至装置制品上，其包含把外层区域固定至装配区域的第三材料。
39.按照权利要求37中所述的方法，其中，把置换部件固定至装置制品上，其包括把外层区焊接至装配区域的第三材料。
40.按照权利要求37中所述的方法，其中，耐腐蚀的第一材料是至少选自锆及锆合金中的一种材料，而其中第二材料选自钛及钛合金。
41.按照权利要求37中所述的方法，其中，装置制品是尿素合成装置的汽提塔单元，置换部件是汽提塔管以及装配区域是汽提塔管板区。
42.按照权利要求37中所述的方法，其中，通过包括至少一种选自挤压结合、爆炸结合、热等静压制及离心浇铸的方法把内层与外层直接或间接冶金结合。
43.按照权利要求37中所述的方法，其中，装置制品是尿素合成装置的汽提塔单元；置换部件是汽提塔管；装配区域是管板区；置换部件的内层选自锆与锆合金；以及置换部件的外层选自钛与钛合金。
44.按照权利要求37中所述的方法，其中，固定置换部件至装置制品，其包括把外层的第二材料的区域熔焊至装配区域的第三材料，且其中由此形成的焊接区，相对于第一材料及第二材料，基本上没有具有明显降低的耐腐蚀性的合金。
45.按照权利要求37中所述的方法，其中，内层是直接冶金结合至外层或间接冶金结合至外层，以致，至少含有不同于第一材料及第二材料的第三材料的一层，是配置在内层与外层之间。
46.一种用于采用置换汽提塔管置换尿素合成装置的汽提塔中的汽提塔管的方法，该方法包括提供一种置换汽提塔管，该管含有通过汽提塔管围绕流体传导通路的耐腐蚀第一材料的内层，以及第二材料的外层，其中，内层是间接或直接冶金结合到外层，而其中第二材料是相同于或基本相同于构成汽提塔管板的材料，以及，把外层的第二材料固定于管板的相同的或基本相同的材料上。
47.按照权利要求46中所述的方法，其中，耐腐蚀第一材料是选自锆及锆合金，且其中第二材料是选自钛及钛合金。
48.按照权利要求46中所述的方法，其中，把外层的第二材料固定到管板的相同的或基本相同的材料上，其包含把外层的第二材料焊接至管板的基本相同的材料上。
49.按照权利要求46中所述的方法，其中，通过包括至少一种选自挤压结合、爆炸结合、热等静压制及离心浇铸技术的方法，把汽提塔管的内层与外层进行直接或间接地冶金结合。
50.按照权利要求46中所述的方法，其中，把外层的第二材料固定在管板的基本相同的材料上，其包含把外层的第二材料区域焊接至管板上，且其中，由此形成的焊接区，基本上没有相对于第二材料的明显降低的耐腐蚀性的合金。
51.按照权利要求46中所述的方法，其中，内层是直接冶金结合至外层上且不产生基本的相互扩散层。
52.按照权利要求46中所述的方法，其中，内层是间接冶金结合至外层，以致，至少含有不同于第一材料和第二材料的材料的一层配置在内层及外层之间。
53.一种用于装置制品的部件，该部件选自汽提塔管与热交换器管，该部件包括穿过流体传导部件围绕流体传导通路的耐腐蚀第一材料的内层，以及第二材料的外层，其中，内层是直接或间接冶金结合至外层。
54.按照权利要求53中所述的部件，其中，该部件是用于装置制品的置换部件及原始部件中的一种。
55.按照权利要求53中所述的部件，其中，耐腐蚀第一材料是至少一种选自锆及锆合金的材料，而其中第二材料是选自钛及钛合金。
56.按照权利要求53中所述的部件，其中，装置制品是尿素合成装置的汽提塔单元以及置换部件是汽提塔管。
57.按照权利要求53中所述的部件，其中，内层与外层是通过包含至少一种选自挤压结合、爆炸结合、热等静压制及离心浇铸法的一种方法，把内层与外层以直接或间接冶金结合。
58.按照权利要求53中所述的部件，其中，内层是直接冶金结合至外层。
59.按照权利要求58中所述的部件，其中，在内层与外层之间没有基本相互扩散层。
60.按照权利要求53中所述的部件，其中，内层是间接冶金结合至外层，以致，至少包含不同于第一材料及第二材料的第三材料的一层，其配置在内层与外层之间。
61.一种制造流体传导部件的方法，该部件包含围绕流体传导通路的耐腐蚀第一材料的内层及第二材料的外层，该方法包含冶金结合内层与外层而在内层与外层之间没有产生任何基本的相互扩散层。
62.按照权利要求61中所述的方法，其中，冶金结合内层与外层而在内层与外层之间没有产生任何基本相互扩散层，其提供一种中间体部件，该部件可易于冷加工，该方法还含有冷加工该中间体部件。
63.按照权利要求62中所述的方法，其中，冷加工中间体部件包括采用至少一种选自冷拔、冷轧管、用内外辊的管轧制以及流动成形的技术加工中间体部件。
64.按照权利要求62中所述的方法，其中，耐腐蚀性第一材料选自锆及锆合金，而其中第二材料选自钛及钛合金。
65.按照权利要求62中所述的方法，其中，内层及外层是通过包括挤压结合的方法而进行冶金结合。
66.一种采用置换汽提塔管置换尿素合成装置汽提塔中的汽提塔管的方法，该方法包括用具有权利要求53中所述设计的耐腐蚀汽提塔管置换现有的尿素合成装置的汽提塔管。
67.一种装置制品，其含有具有权利要求58中所述设计的部件。
68.按照权利要求67中所述的装置制品，其中，装置制品选自化学处理装置、汽提塔单元、冷凝器单元及热交换器。
全文摘要
一种装置部件，包括含耐腐蚀第一材料的流体传导第一区域，以及含有第二材料的流体传导第二区域。第一区域与第二区域通过固态焊接进行直接或间接结合，以形成整体流体传导部件。公开了一种用于更换装置制品的至少一个流体传导部件的方法，其中，提供的置换部件包括一种含一种耐腐蚀第一材料的流体传导第一区域，以及一种含有第二材料的流体传导第二区域。第二材料基本上相同于安装置换部件的装置内一个区域的材料。第一与第二区域通过固态焊接既可直接地也可间接地结合，以形成整体的流体传导置换部件。该置换部件固定到该装置上，其通过把置换部件的第二区域的第二材料熔焊至装置的装配区域的基本相同的材料上。
文档编号F28F19/06GK101031355SQ200580028772
公开日2007年9月5日 申请日期2005年7月26日 优先权日2004年8月2日
发明者理查德·C·萨瑟林, 布雷特·J·赫布, 罗纳德·A·格雷厄姆 申请人:Ati资产公司