吴 迎，刘三军，周启春，李要合，朱圣东

（1.中国五环工程有限公司，湖北 武汉 430223；2.武汉工程大学化工与制药学院，湖北 武汉 430073）

尿素的合成，无论采用什么生产工艺，也不管生产规模的大小如何，都不可避免地要在高温高压的条件下进行，因此，在尿素装置的设计过程中会涉及到大量高压管线的设计。据高压管道内介质的性质和工艺操作条件，我们把尿素生产高压管线分成三种不同类型：尿素溶液和甲铵介质高压管线、液氨介质高压管线和一般工艺流体（无腐蚀或低腐蚀）高压管线。结合兴安博源30·52尿素装置管线布置的实际情况，对这三类高压管线的设计进行介绍，并对设计过程中的关键问题进行讨论，以供同行参考。

1 尿素溶液和甲铵介质高压管线（1 500LB）

尿素装置高压系统中介质有尿素溶液、工艺混合气、甲铵溶液，设计压力为17.0～19.0 MPa，温度为115～229℃。据标准规范定义为GC1（3）级别管线，此类管线设计需要4级签署。

尿素装置中此类管线主要连接几台高压设备：合成塔、汽提塔、高压冷凝器、高压洗涤器、高压甲铵泵、高压喷射器。该类管线不仅设计压力和设计温度高，并且介质具有腐蚀性或有毒，属于特殊高压管线，其材质应选用ASME标准下的尿素级不锈钢（ASME B3.19MA312－TP316LMod）。尿素级不锈钢制作较复杂，价格昂贵，一般均为国外采购。兴安博源项目给予了该类管线专门的材料等级。

对于此类等级管线，法兰通常不选用1 500LB（注：LB为ANSI标准单位，1 500LB＝25.0MPa）高压等级下的对焊法兰，而是选用高压螺纹法兰和环焊接头为一套组。螺纹法兰的法兰盘是A105（相当于国标中的16Mn），环焊接头材料为尿素级材质，环焊接头套入螺纹法兰内成为法兰套组，这样，法兰的成本就可以大幅度降低。如果整片对焊法兰用尿素级材料，则供货周期长，成本高昂。这个等级的螺纹法兰配套标准，以前只有少数几个工艺商和制造商掌握，如BHDT标准。这个螺纹法兰的工艺等级大致为325bar，转换成标准的ASME法兰，为安全起见取最高的2 500LB（42.0MPa）。项目上可以分开购买法兰套组（环焊接头国外采购，螺纹法兰国内采购），也可以成套购买（全部国外采购），据业主要求或者项目上综合考虑而定。尿素溶液介质特殊法兰高压螺纹法兰和环焊接头套组如图1、图2所示。

图1 高压螺纹法兰结构示意

图2 环焊接头结构示意

此类垫片采用同为尿素级材料的透镜垫。分为有孔和无孔两种类型。有孔透镜垫相当于一般等级设计中的垫片；无孔透镜垫主要用在管端，用两个法兰夹住，相当于一般等级设计中的盲板法兰，这样就会多伸出一段螺纹短管。如果使用盲板法兰＋有孔透镜垫，两者效果是一样的。但是盲板法兰＋有孔透镜垫，其密封面尺寸加工有一定难度，尺寸强度较难把握，推荐用两个螺纹法兰夹住无孔透镜垫来实现管道盲端。尿素溶液介质尿素级材料的透镜垫和盲板法兰如图3～5所示。

此类高压管线上的温度计连接与低压管线上的温度计连接有区别。低压管线上的温度计连接，通常由螺纹接管台（出口为螺纹连接的支管补强焊接管件）与主管连接，然后接100mm短管再接法兰垫片紧固件、仪表配对法兰垫片紧固件和温度计套管。高压管线上的温度计连接不可以选择螺纹接管台，可以考虑采用特殊件连接，如图6所示。高压管线温度计套管机加工要求为，将螺纹接头与管子焊好后，再将螺纹接头底部的管子钻通、扩孔、除刺。该类管线焊接质量等级为GB／T3323II级，无损检测比例100%。

图3 有孔透镜垫结构示意

图4 无孔透镜垫结构示意

图5 盲板法兰结构示意

图6 高压管线温度计套管结构示意

2 液氨介质高压管线（2 500LB）

尿素装置中液氨介质高压管线，操作压力为17.1MPa，操作温度基本在20℃左右，设计压力按24.3MPa来考虑，设计温度范围－33～93℃；据标准规范定义为GC1（3）级别管线，此类管线设计需要4级签署。液氨介质高压管线基本上连接在高压氨泵、高压喷射器、氨循环冷却器之间，设计压力高但是设计温度不高，可考虑ASME标准中2 500LB等级的管材。兴安博源项目中，管线材料选用ASME B36.10标准中2 500LB等级的A333Gr6；法兰选用ASME B16.5标准中2 500LB等级的带颈对焊RJ（环连接面）A350LF2法兰。该类管线焊接质量等级为GB／T3323Ⅱ级，无损检测比例100%。

3 一般工艺流体高压管线（1 500LB）

尿素装置中一般工艺流体（无腐蚀或低腐蚀）高压管线，操作压力为14.7～17.26MPa，操作温度基本在98～120℃，设计压力按16.4～19.0 MPa来考虑，设计温度范围115～145℃；据标准规范定义为GC1（3）级别管线，此类管线设计需要4级签署。此类管线为单纯高温高压管线，介质无腐蚀或者低腐蚀，可以考虑ASME标准中2 500LB等级的碳钢管材。兴安博源项目中，管线材料选用GB5310－2008标准中1 500LB等级的20G；法兰选用HG／T20615－2009标准中1 500LB等级的带颈对焊RJ（环连接面）A105法兰。该类管线焊接质量等级为GB／T3323Ⅱ级。