专利名称：用于处理强腐蚀剂的装置的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及一种旨在用于处理需要专门、有效和长期保护的强腐蚀性化学试剂的装置。
特别地，本发明涉及一种其中腐蚀剂的处理实质上是热处理的上述类型的装置。
更具体地，本发明涉及一种上述类型的装置，所述装置包括管束热交换器或实质上由管束热交换器组成，所述管束热交换器构造成在两个流体之间进行热交换，其中一种流体是强腐蚀性的。
例如，在本发明保护范围内的热交换装置是合成、分解、冷凝(或缩合)或蒸发反应器，汽提(或洗提)装置、煮器、浓缩器和需要在工艺流体和操作流体之间热交换的其它相似的装置。
特别地，但不排他地，本发明分别涉及能够用于尿素生产设备内且用于把氨基甲酸铵分解成氨和二氧化碳，也被称作汽提器的装置；和用于把氨和二氧化碳浓缩成氨基甲酸铵，也被称作冷凝(或缩合)器的装置。
为了简化下述说明和权利要求，术语“管束热交换器”或“管束热交换装置”，指的是所有上述装置。
背景技术：
上述具体类型的热交换器装置在尿素生产设备中，在临界操作条件，即通常是工艺流体(或过程流体，处理流体)的高压和高温条件下操作，并因此持续承受高机械和热应力是已知的。
此外，像临界操作条件一样，工艺流体特别地由于强腐蚀剂(高腐蚀性腐蚀剂)的存在经常在与之接触的表面上施加腐蚀性和/或侵蚀性作用。
腐蚀性和/或侵蚀性作用本身特别呈现在存在于尿素生产设备的高压部分(或高压段)中的汽提和冷凝装置的管束上并且通常呈现在构成管束的管的内部。
这种热交换装置(汽提器和冷凝器)的管束的管实际上由工艺流体在它们的内部通过，在尿素作为主要化合物的情况下，所述流体具有像氨基甲酸铵和二氧化碳一样的强腐蚀剂。这些物质对它们与之接触的这些管的内表面施加侵蚀性消耗和侵蚀作用。
因此，运行很短的时间之后，在一些情况下仅仅在几个月的作用之后，这些装置就已经严重地被损坏了。这意味着不得不关掉整个尿素生产设备用以修理，但更经常地是更换新的装置，对生产和维护的成本造成负面影响。而且，设备的经常性停车和重新启动能够引起其他装置的损坏或它们的迅速磨损，也增加了额外的能量消耗。
为了避免这种缺点，在本领域内已经提出了上述具体类型的热交换装置，所述热交换装置的管束由不锈钢管组成，它们的内表面完全用锆层涂敷。然而，虽然锆涂层对上述试剂的化学腐蚀具有公认的有效性，但是这种类型的装置也不能完全达到令人满意的结果。
实际上，考虑到锆与不锈钢通过焊接的紧密结合以及它们对机械应力和热膨胀的抗力的不同物理性能，众所周知的锆与不锈钢的“不相容(或不匹配，不可混用)性”是在根据现有技术的热交换管的抗腐蚀涂层(锆/钢)中，在材料、点及区域之间存在脱层，其中在所述点和区域内所需的涂层与不锈钢管分离。因此，工艺流体设法渗透进入这样的“关键”区域内，因为钢管没有得到保护，因此，承受这种流体的腐蚀攻击，结果迅速并严重地损坏了热交换装置。
根据上述，考虑到由于在钢管束上实现锆涂层的客观困难，这里所考虑的类型的热交换器从维护的角度上看是麻烦的，需要频繁的检修干预。
发明内容
因此，本发明所要解决的技术问题是提供一种上述具体类型的管束热交换装置，所述管束热交换装置克服现有技术中提到的缺点，换句话说，所述管束热交换装置在管中确保对腐蚀化学试剂具有有效而长期的抵抗，所述管束热交换装置容易实现并且可靠，且不需要频繁而麻烦的维护干预。
所述问题通过上述类型的管束热交换装置解决，所述管束热交换装置特征在于所述管束包括涂敷有锆或锆合金层的至少一个钛或钛合金管。
优选地，钛管在内部涂敷有锆或锆合金层。
优选地，钛或钛合金管具有到1.0至10mm的厚度，其中，锆或锆合金涂层具有0.3至2.0mm的厚度。
而且，优选地，所述至少一个钛或钛合金管仅部分地涂敷有锆或锆合金层，优选地，从管的作为工艺流体进口的末端或接近其末端开始朝着其相对的另一末端，锆或锆合金层在所述管内延伸在5％和30％之间的部分上。
优选地，钛或钛合金管和锆或锆合金涂层，例如通过热拉或通过焊接，冶金地(通过冶金方式)结合在一起。
通过申请者进行的研究，惊奇地发现，与现有技术的持续的教导相反，通过把锆涂层与钛管结合在一起，与现有技术相关的上述缺点以简单而有效的方式被有利地克服了。
特别地，根据本发明的由钛/锆结合获得的热交换管对机械和热应力以及热交换管与之接触的工艺流体的腐蚀/侵蚀攻击都具有非常好的抵抗性。
而且，由于在这两种金属之间特别的相容(或匹配，可混用)性和它们相似的化学/物理性能，把锆涂层与钛管紧密而持久地结合在一起是可能的。在所述装置的操作期间，利用简单而传统的实现技术且不用这两种金属的所有的管和涂层趋于脱开，或并且彼此相对地经受张力的作用，由此保持这种材料的结构和抗腐蚀性随着时间而不变并且避免任何类型的涂层撕裂或裂纹是不可能的。
从下面参考附图对本发明实施例的描述，本发明的特征和优点将变得清晰，所述实施例用于显示本发明而不是限制本发明。
图1示意性地示出了根据本发明的管束热交换装置的横截面；图2示意性地示出了图1所示的装置的细节的横截面。
具体实施例方式
参考上述附图，特别参考具有竖管的下降薄膜管束热交换器10说明根据本发明的热交换装置，所述热交换器10具有用作尿素生产设备的汽提器的有利和特定的用途，但是很清楚，它也能被用作冷凝器、蒸发器、煮器(或锅炉)、反应器或基于在两种流体之间热交换的类似的装置。
特别地，，根据本发明的热交换器10具有用作尿素设备(更精确地为所谓二氧化碳和氨汽提的尿素设备)的高压合成部分(或高压合成段)中的汽提器或冷凝器的有利的和特定的作用，因为所述尿素设备传统的，因此没有示出。所述高压合成部分通常包括至少一个合成反应器；汽提器，所述汽提器用于氨基甲酸铵的分解和来自于反应器中的反应混合物中存在的自由氨的分解；冷凝器，所述冷凝器用于蒸汽的冷凝，所述冷凝器包括来自于汽提器的二氧化碳和氨。这些装置彼此流体连通，以便形成所谓的大体等压的合成环，即，通常在140-170巴之间的相同的压力下操作。
热交换器10包括壳体11和管束14(其中为了简化目的图中仅示出一个管14a)，所述壳体11具有垂直的轴线A-A且通过各个壁或底12、13在相对的末端封闭，所述管束14通过分别位于壳体11上部和下部的管板15、16被纵向地支撑在所述壳体11内，所述管板15、16沿周边气密地固定(例如焊接)至壳体11。
由于这种管板15、16的存在，在所述热交换器10的壳体11内限定了沿轴向排列的三个腔室第一腔室17，所述第一腔室17位于上底12与上管板15的外壁15a之间；第二腔室18，所述第二腔室18位于管板15和16之间；和第三腔室19，所述第三腔室19位于下管板16的外壁16a与壳体11的下底13之间。
为了简化说明的目的，术语“管板的外壁”是指所述管板的面向管束外面的壁。
第一腔室17，或上腔室，与装置10的外面例如通过形成在上底12上的工艺流体的进口导管20流体连通，其中第三腔室19，或下腔室，与形成在下底13的流体出口导管21与外部流体连通。
其次，第二腔室18，或中间腔室，通过上导管23与壳体11的外部相通，所述导管23用于将例如预定压力和温度下的蒸汽的操作热交换流体引入其中，并能够用于与待汽提的工艺流体进行期望的热交换；下导管22用于从所述第二腔室18中排出所述操作热交换流体。
管束14的管14a具有各自的上端部分和下端部分14b、14c，所述上端部分14b和下端部分14c例如通过图2所示的焊接24固定在相应的管板15和16中，并且在第一腔室17和第三腔室19中分别是敞开的，因此它们是相互流体连通的。
有利地，根据本发明，管束14的管14a由钛或钛合金制成，并涂覆有锆或锆合金层25。在图2中的示例中，涂层25位于钛或钛合金管14内部，即施加到这些管的内表面。无需说明，在工艺流体在管束14外部(壳体侧)流动的情况下，是钛或钛合金管14a的外表面被有利地根据本发明被涂敷锆或锆合金层25。
优选地，使用的钛是钛ASTM GR.1-2-3-4-5-6-7-或其等同物，而锆是ASTM GR.60702/60704/60705型，或其等同物。
优选地，钛管14a也具有在2.0至5.0mm的厚度，其中内部的锆涂层25具有0.5至1.2mm的厚度。
有利地，根据本发明的优选实施方案，锆涂层25仅部分地覆盖钛热交换管14a。优选地，锆涂层25仅覆盖在热交换管14a的上端部分14b，特别地，覆盖在管14a的紧接地或直接地位于上管板15下面的部分。而且，优选地，在从管14a的作为工艺流体进口的上末端26开始朝着其相对末端27，锆涂层25在管14a内延伸在10-20％之间的部分上。
由此，抗腐蚀保护涂层在根据本发明的热交换器10内仅在管束14的关键点和区域处实现，其中，通过申请者进行的研究，在设法由于钛或钛合金管的排列而在管束的其他部分内确保有效而长期的抗腐蚀的任何情况下，工艺流体的腐蚀/侵蚀作用更高。
根据此，作为涂层材料的锆的使用相对于现有技术大大地降低了，并简化了这种涂层的施加步骤并且同时获得了实现本装置的成本的节约。
当然，如果操作流体的操作条件和类型要求，锆涂层25能够完全涂敷在管束14的管14a的内表面上。
根据本发明的进一步特别的有利的方面，钛管14a和锆涂层25优选地彼此冶金地(通过冶金方式)，例如通过热拉或通过焊接，结合在一起。通过这种方法，在这两种金属之间获得了很强的、稳定的且持久的连接，这使得它们即使在经受最极端的操作条件时也不可能分离，因此确保了持续的抗腐蚀性。特别地，由于钛和锆(及它们的合金)的相似的化学/物理性能，也使持续的抗腐蚀性成为可能，这也使得它们对于这种类型的组合是相容的。方便地，根据本发明的管的热拉或焊接通过使用本身已知的技术实现。
相对根据现有技术的装置，本发明进一步的优点通过这样的事实给出钛或钛合金管14a的布置确保了在其下末端和上末端的持久和有效的抗腐蚀性。实际上，进入腔室17和19的所述末端特别承受在这些腔室内存在的工艺流体(液体或气体)的腐蚀攻击。
为了本发明的目的，管束14外面的部分，特别是在管板15和16内的部分优选地由钛或钛合金制成或涂敷(包覆)钛或钛合金层，从而，使管14a与所述管板容易固定。例如，根据本发明，上管板15和下管板16由碳或不锈钢制成，且在其外面涂敷大约3-15mm的钛或钛合金层。
使用中，工艺流体通过进入导管20被供给到根据本发明的交换器10的第一腔室17，从这里沿管束14的管14a的内壁下降，且没有装满，在所述内壁上形成薄膜，所述薄膜在管的中心留有一致的空间(见图2的垂直轴线B-B)。此时，操作热交换流体通过上进入导管23供给到热交换器10的第二腔室18，并在第二腔室18内循环，且与所述管束14的每一个单独管14a的外壁接触。从管14a出来的产品收集在第三腔室19中，从所述第三腔室19产品通过出口导管21被排出至热交换器10外部。然后，操作热交换流体通过下出口导管22从第二腔室18流出。
在具有竖管和下降膜、用于在尿素生产设备的高压和高温合成部分的管束汽提器的图1-2所示示例的特定情况下，工艺流体包括液体尿素溶液、氨基甲酸铵、氨和二氧化碳，其中氨基甲酸盐和二氧化碳是强侵蚀剂，对与它们接触的金属表面施加强的腐蚀作用。
有利地，从上面可以看出，这种侵蚀作用在这种装置的管束的管内部是特别致命的，但通过在内部至少部分地涂敷一层锆或锆合金的钛或钛合金管的布置被抵消。
因此，对于本领域的普通技术人员而言，可以对本发明容易地作出变化和修改，所述变化和修改都落在有所附权利要求限定的保护范围内。
权利要求
1.一种用于处理强腐蚀剂的装置，包括管束(14)热交换器(10)，所述管束(14)热交换器(10)构造为用于执行两种流体之间的热交换，所述两种流体中的一种流体是强腐蚀性的并且在所述管束14的内部流动，其特征在于，所述管束(14)包括涂覆有锆或锆合金层(25)的至少一个钛或钛合金管(14a)。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述至少一个钛或钛合金管(14a)在内部涂敷有所述锆或锆合金层(25)。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述至少一个钛或钛合金管(14a)具有1.0毫米-10毫米的厚度，并且所述锆或锆合金层(25)具有0.3毫米-2.0毫米的厚度。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述至少一个钛或钛合金管(14a)仅部分地涂敷有所述锆或锆合金层(25)。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述锆或锆合金层(25)仅涂敷在所述热交换管(14a)的端部(14b)。
6.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，在所述至少一个钛或钛合金管(14a)内从进口端(26)开始朝着其相对端(27)，所述锆或锆合金层(25)延伸5％至30％的部分。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述至少一个钛或钛合金管(14a)和所述锆或锆合金层(25)冶金地或通过焊接结合在一起。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述至少一个钛或钛合金管(14a)和所述锆或锆合金层(25)通过热拉结合在一起。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述热交换器(10)包括用于支撑所述管束(14)的相应的上管板和下管板(15、16)，所述上管板和下管板(15、16)由钛或钛合金制成，或涂敷有钛或钛合金层。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述上管板和下管板(15、16)由碳或不锈钢制成，且在外部涂敷有3毫米-15毫米的钛或钛合金层。
11.一种在尿素生产设备中用于氨基甲酸铵的分解的汽提器，其特征在于，所述汽提器包括管束(14)热交换器(10)，所述管束(14)热交换器(10)包括涂覆有锆或锆合金层(25)的至少一个钛或钛合金管(14a)。
12.一种在尿素生产设备中用将氨和二氧化碳冷凝成氨基甲酸铵的冷凝器，其特征在于，所述冷凝器包括管束(14)热交换器(10)，所述管束(14)热交换器(10)包括涂覆有锆或锆合金层(25)的至少一个钛或钛合金管(14a)。
全文摘要
一种用于处理强腐蚀剂的装置，包括管束(14)热交换器(10)，所述管束(14)热交换器(10)构造为用于执行两种流体之间的热交换，所述两种流体中的一种流体是强腐蚀性的并且在所述管束(14)的内部流动，其中，所述管束(14)包括涂覆有锆合金层(25)的至少一个钛合金管(14a)。
文档编号C01C1/04GK101091099SQ200580008246
公开日2007年12月19日 申请日期2005年2月24日 优先权日2004年3月16日
发明者多梅尼科·罗米蒂 申请人:乌里阿·卡萨勒有限公司