整体锻焊式氨合成塔主要设备材料的选择及论证

整体锻焊式氨合成塔主要设备材料的选择及论证

1.1 氨合成塔材料的选择原则

在氨合成塔设计过程中，选择材料是重要的一环。材料选择的正确与否，将直接影响到设备的成本、订货、材料消耗量以及设备能否长期安全运行等。

通常选材时应当考虑以下几个方面：

1．材料的资源符合国情、价格便宜、容易获得；

2．使用安全，具有良好的综合机械性能。即强度高、塑性和抗断性好，以及有较低的冷脆倾向、缺口和时效敏感性；

3．制造和加工性能良好；

4．具有良好的抗氢、氮腐蚀的能力。

由于氨合成塔的制造方法不同，各个组成部分工作条件不同，因而对材料的要求也不相同，例如对层板包扎式的内筒主要要求是：组织严密、质量好、强度高、延伸率大、冲击韧性好、可焊性好以及耐腐蚀等，而对层板则首先要求机

械性能高及焊接性能良好。

一般对筒体和内件以及废热锅炉用材还有如下具体要求：

1．宜用电炉、平炉或氧气顶吹转炉冶炼的镇静钢；

2．有良好的可焊性；

3．除了要求在使用温度下有较高强度外，还应有良好的塑性(内筒的材料通常要比层板或钢带有更好的塑性)，一

般要求内筒

s 16%

δ≥、层板及钢带s14%

δ≥，单层筒体s15%

δ≥；同时还须有良好的冲击韧性和较低的缺口敏感性；

4．和介质直接接触的材料（如内筒和单层容器等），还必须具有抗氢、氮、氨腐蚀的性能；

5．热稳定性好。

1.2 外筒材料的选择与论证

1.2.1 筒体材料的选择与论证

整体锻焊式筒体常用材料有Q235-B，16Mn，Cr-Mo-V 钢，SAE3230，SAE6130，AOS1135E等。

本设计氨合成塔外筒的材料选择16Mn锻造用钢。由查机械设计手册（第一卷）第3篇可知16Mn的许用应力及机械性能如表4-1和表4-2。

表4-1 16Mn的许用应力

表4-2 16Mn的力学性能

性和焊接性能良好，冲击韧性较好，一般在热轧或正火状态下使用，强度比Q235钢高约20%~30%，耐大气耐腐蚀性能提高了20%~38%。

锻造工艺性能及其它性能：始锻温度1220℃，终锻温度800℃，锻后900℃正火再冷却（空冷、砂冷或炉冷，可视尺寸不同而定），无回火脆性。

焊接要求：焊接性尚属良好，锻件焊前应预热100~150℃。焊后，电弧焊需600~650℃回火，电渣焊焊后需900~930℃正火，600~650℃回火消除应力。

焊条：手工焊焊条用结502、结506、结507；自动焊焊丝用H10Mn2、H10MnSiA、焊剂431；电渣焊焊丝用H08MnMoA，焊剂431，360。

1.2.2 端部法兰材料的选择与论证

端部法兰常用材料为有16Mn，20MnMo，15MnMoV，18MnMoNb，14MnMoVB，15CrMo，14CrMnMoVB，12Cr3MoA等。

本设计端部法兰材料选用16Mn锻造用钢。

1.2.3 底部封头材料的选择与论证

封头常用材料为16Mn，20MnMo，15MnMoV，18MnMoNb，15CrMo等。

本设计底部封头的材料选用16Mn锻造用钢。

1.2.5 主螺栓、主螺母及密封件材料的选择与论证

通常螺栓与螺母应采用不同材料或同种材料但不同的热处理条件，使其具有不同的硬度，螺栓材料硬度应比螺母高30HB以上。

本设计主螺栓的材料选用30CrMoA，主螺母的材料选用40MnB。

电加热器端盖与顶盖间平垫密封平垫片材料常用退火

铝、退火紫铜或10号钢，本设计选用退火铝。

外筒与顶部封头间双锥密封双锥环可选用20、25、35、16Mn、20MnMo、15CrMo及0Cr18Ni9等材料，本设计选用16Mn。

1.3 内件材料选择及论证

1.3.1 内件用材的基本要求

触媒筐部分处于高温下操作，选材时既要考虑到介质的腐蚀又要注意金属材料在高温时的一些特性。例如：碳钢在≥420℃时，会出现显著的蠕变。当温度愈高，作用的应力愈大时，蜕变的速度愈快。因蠕变而破坏的材料，其应力远远低于常温下的机械强度。因此在温度超过420℃选用碳钢；超过470℃选用耐热低合金钢；超过550℃选用奥氏体不锈钢，对不锈钢还必须考虑蠕变的影响。

目前我国大、中型的氨合成塔内件一般采用1Cr18Ni9Ti，其抗氢腐蚀性能较好，但对抗氨化作用来说必须控制钢中钛含量的上限。一般控制在Ti>5×C%<0.7%刷的