RU2448295C2

RU2448295C2 - Коррозионно-стойкая биметаллическая трубка и ее применение в оборудовании с трубным пучком

Info

Publication number: RU2448295C2
Application number: RU2007124618/06A
Authority: RU
Inventors: Алессандро ДЖАНАЦЦА (IT); Алессандро Джанацца; Лука МАЙРАНО (IT); Лука МАЙРАНО; Джузеппе МЕРЕЛЛИ (IT); Джузеппе МЕРЕЛЛИ; Доменико САНФИЛИППО (IT); Доменико САНФИЛИППО
Original assignee: Снампроджетти, С.п.А.
Priority date: 2006-06-26
Filing date: 2007-06-25
Publication date: 2012-04-20
Also published as: RU2007124618A; JP2008045739A; CH701215B1; NL1034028C2; AR061692A1; JP5124753B2; ITMI20061223A1; CN101097125A; MY149755A; DE102007029339A1; US9341419B2; US20160216050A1; EG26268A; DE102007029339B4; US20080093064A1; CN101097125B

Abstract

Изобретение относится к коррозионно-стойкой биметаллической трубке и ее применению в изготовлении оборудования с трубным пучком. Сущность изобретения: биметаллическая трубка состоит из одного трубчатого элемента, изготовленного из первого металла, устойчивого к коррозионному и/или эрозионному действию технологических текучих сред, с которыми он контактирует, на внешнюю поверхность которого на одном конце или на зоне вблизи конца нанесено покрытие из второго металла, отличного от первого и более пригодного для образования герметичного сварного шва между ним и опорной конструкцией. Теплообменник с трубным пучком предназначен для проведения теплообменных операций при высоком давлении и при высоких температурах и в условиях, включающих воздействие высокоэрозионных и/или коррозионных агрессивных технологических текучих сред, и включает трубку, имеющую вышеуказанные характеристики. Техническим результатом изобретения является улучшенная рабочая характеристика химического оборудования с трубным пучком за счет высокой коррозионно/эрозионной стойкости трубок. 4 н. и 20 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Настоящее изобретение относится к коррозионно-стойкой биметаллической трубке и ее применению в изготовлении оборудования с трубным пучком.

Более конкретно, настоящее изобретение относится к биметаллической трубке, выполненной из металла, устойчивого к коррозионному и/или эрозионному действию технологических текучих сред, с которыми это оборудование контактирует, сконструированной так, что она может быть установлена в оборудовании с трубным пучком, предназначенном для проведения теплообменных операций при высоком давлении и в условиях, включающих высокоэрозионные и/или коррозионные агрессивные среды.

Техника конструирования оборудования, работающего при высоких давлениях, независимо от того, включает ли оно разлагатели, реакторы, сепараторы, бойлеры и другую аппаратуру, в которой происходит теплообмен, обычно включает монтаж компактного армированного корпуса, способного выдерживать рабочие давления и гарантирующего максимальную безопасность и долговечность механических параметров, снабженного необходимыми каналами для ввода и вывода технологических текучих сред.

Наиболее широко используемым материалом для изготовления армированного корпуса является углеродистая сталь, поскольку она обладает оптимальным сочетанием механических свойств, относительно небольшой себестоимостью и коммерческой доступностью. Для получения максимальной поверхности теплообмена внутрь армированного корпуса обычно помещают трубный пучок, который на каждом конце заканчивается пластиной или трубной пластиной, обращенной к сборной камере или камере распределения текучей среды. Теплообмен, создаваемый при помощи трубного пучка, обеспечивают протеканием второй текучей среды, находящейся при другой температуре, обычно обладающей пониженной агрессивностью и циркулирующей в межтрубном пространстве в непосредственном контакте с внешней стороной труб.

В химических способах, связанных с обработкой высокоагрессивных текучих сред, по меньшей мере одна из двух поверхностей каждой трубки и трубной пластины и по меньшей мере часть внутренней поверхности армированного корпуса подвергаются непосредственному воздействию указанных текучих сред и поэтому на эти поверхности должен быть нанесен соответствующий защитный слой, выполненный из подходящего металла и/или металлического сплава.

Некоторые способы и оборудование, обычно применяемые для осуществления теплообмена в подобных случаях, описаны, наряду с другой информацией, в технической публикации "Perry's Chemical Engineering Handbook", McGraw-Hill Book Co., 6^th Ed. (1984), стр.11-18. Типичный пример такого оборудования представляет собой десорбер, включенный в цикл высокого давления в производстве мочевины.

Для решения проблемы коррозии и/или эрозии предлагались различные подходы как на существующих промышленных предприятиях, так и в литературе. В самом деле, существует большое количество металлов и сплавов, способных в течение достаточно длительного времени выдерживать воздействие чрезвычайно агрессивных условий, создаваемых внутри оборудования при проведении способов, включающих применение высококоррозионных текучих сред, подобных, например, средам, получаемым в производстве азотной кислоты и мочевины. Среди этих металлов могут быть отмечены свинец, титан, цирконий, тантал, ниобий и их сплавы различных сортов, наряду с разнообразными нержавеющими сталями, например аустенитной нержавеющей сталью (AISI 316L класс мочевины), нержавеющей сталью типа 25/22/2 Cr/Ni/Mo, аустенитно-ферритными нержавеющими сталями.

Несмотря на то, что стоимость таких металлов, как титан и цирконий, более высока, чем у нержавеющих сталей, их высокая коррозионная стойкость и удовлетворительные механические свойства часто делают их использование более предпочтительным, чем использование стали, при изготовлении трубок для теплообменного оборудования высокого давления, применяемого в синтезе мочевины и азотной кислоты. В частности, как известно, цирконий обладает прекрасной стойкостью по отношению как к химической коррозии, так и к эрозионному действию контактирующих с ним технологических текучих сред, в то время как титан обладает сходной коррозионной стойкостью, но меньшим сопротивлением к эрозионному действию.

Одна из проблем, наиболее часто встречающаяся в данной области техники при использовании специальных материалов для конструирования и изготовления теплообменников описанного выше типа, связана с разработкой и изготовлением долговечных герметичных соединений между различными поверхностями, подвергающимися действию коррозионных сред. В самом деле, хорошо известно, что предпочтительными точками атаки коррозионных сред всегда являются сварные соединения, поскольку кристаллическая структура металла в месте соединения имеет большее количество дефектов. Соединения двух различных металлов также представляют собой проблему, поскольку при этом легко образуются области диффузии одного металла в другой, что ведет к нестабильности системы из-за различий в химическом потенциале, несовместимости при образовании сплава (как, например, между титаном или цирконием с одной стороны и нержавеющей сталью или углеродом, с другой стороны).

В частном случае теплообменника с трубным пучком, например десорбера, включенного в цикл (контур) высокого давления в производстве мочевины, решение проблемы коррозии чрезвычайно затруднено из-за особенностей геометрии оборудования, обеспечивающей максимально контролируемое распределение и воспроизводимость температур и состава текучих сред, в особенности, если теплообмен связан с протеканием химических реакций. В указанном случае были предприняты относительно успешные попытки предотвращения коррозии при помощи нанесения подходящих покрытий на поверхность трубной пластины и другие поверхности армированного корпуса, находящиеся в контакте с коррозионными средами; однако эти попытки не увенчались созданием оборудования с приемлемой себестоимостью, способного работать более длительный промежуток времени без остановки ремонт.

В патенте США 4899813 (заявленном заявителем) описана конструкция и применение вертикального оборудования высокого давления с трубным пучком, особенно пригодного для проведения десорбции раствора мочевины, поступающего из реактора синтеза. Для предотвращения коррозии внутренней поверхности трубок, в которых происходит теплообмен и разложение карбамата, то есть там, где химическая и эрозионная агрессивность среды максимальна, применяют пучок трубок, состоящий из биметаллических трубок, т.е. трубок, состоящих из изготовленной из нержавеющей стали внешней части и внутренней части меньшей толщины (0,7-0,9 мм), изготовленной из циркония и механически присоединенной к внешней части, но не приваренной к ней. С другой стороны, остальная часть теплообменника/десорбера, находящаяся в контакте с раствором мочевины, состоит из армированного корпуса, выполненного из обычной нержавеющей стали, на внутреннюю поверхность которого нанесено покрытие из соответствующей нержавеющей стали. Таким образом, проблемы, связанные с коррозией и эрозией внутри трубок, были решены за счет прекрасной коррозионной стойкости циркония, но при этом удалось избежать трудностей, связанных с образованием специальных соединений сталь/цирконий, поскольку эти металлы не могут быть эффективно соединены друг с другом сваркой; в то же самое время производство такого оборудования оказалось достаточно экономически выгодным.

Несмотря на прекрасные результаты, полученные при применении такой технологии, было обнаружено, что в некоторых областях теплообменника, особенно в областях, сосредоточенных вокруг нижней трубной пластины десорбера и в соответствующей камере, происходят непредсказуемые коррозионные явления, вызываемые агрессивностью текучих сред. Та же проблема может со временем возникать в другом оборудовании с трубным пучком, работающем в условиях со сравнимой агрессивностью.

Также было предложено использовать в теплообменниках с трубным пучком, работающих в экстремальных условиях, трубки, полностью изготовленные из металла с высокими техническими характеристиками, такого как цирконий, ниобий или тантал, в то время как на остальные поверхности теплообменника, т.е. поверхности трубных пластин и стенки сборной и распределительной камеры, подвергающиеся воздействию агрессивных сред, может быть нанесено покрытие, выполненное из другого, более пригодного и/или доступного материала, например из титана или нержавеющей стали, обладающего при этом меньшей коррозионной и/или эрозионной стойкостью. Аналогичная ситуация может быть обнаружена в случае обслуживания или ремонта уже существующих теплообменников, в которых прокорродировавшие или разрушившиеся трубки заменяют на новые трубки, изготовленные из более стойких материалов, отличных от первоначально установленных, но с другой стороны, остальные разрушившиеся в меньшей степени поверхности оборудования не заменяют, оставляя первоначальный материал. В последнем случае еще более важной становится проблема образования долговременного соединения между различными металлами, поскольку на поверхность уже имеющейся трубной пластины практически невозможно нанести новое покрытие из-за трудностей, возникающих при установлении большого количества трубок на единице площади поверхности.

Однако в обоих вышеописанных случаях остается проблема герметичного соединения трубок с защитным покрытием трубной пластины. Небольшое свободное пространство, доступное при монтаже трубок на пластине, где они расположены близко друг к другу, усложняет использование специальных методик соединения, например холодной сварки, сварки в твердой фазе, или применения совместной экструзии, которая часто необходима для герметичного соединения металлов, несовместимых при традиционной сварке.

В патентной заявке EP 1577632 описан теплообменник с трубным пучком, пригодный для обработки карбамата аммония на установках синтеза мочевины; указанный теплообменник с трубным пучком состоит из титановых трубок, покрытых тонким слоем циркония с той стороны, которая подвергается действию коррозионной текучей среды, и герметично закрепленных на трубной пластине сваркой титан-титан. Слой циркония не обязательно покрывает всю протяженность поверхностей трубок, но может быть расположен в той области, на которую приходится самое агрессивное воздействие среды. Способы изготовления указных трубок могут включать горячую сварку или горячую штамповку, способствующую образованию металлургической связи между слоем циркония и поверхностью титана. Однако решение, предлагаемое этой патентной заявкой, не вполне удовлетворительно с точки зрения механических характеристик титановых трубок, толщина которых должна быть больше обычной, что снижает эффективность теплообмена. Эта проблема становится еще более серьезной, если учесть, что титан имеет более низкую теплопроводность, чем цирконий.

В патентной заявке US 2006027628 предложено другое решение этой проблемы, включающее изготовление трубного пучка, в котором трубки включают промежуточный трубчатый металлический элемент, в основном выполненный из металла с улучшенными противокоррозионными свойствами и приваренный в твердом состоянии к одному или к обоим концам трубки, и второй двухслойный коаксиальный трубчатый элемент, в котором один слой выполнен из того же металла, что и промежуточный элемент, а второй слой пригоден для сваривания с металлом покрытия трубной пластины.

Однако задача разработки оборудования, работающего под давлением и включающего трубки, находящиеся в контакте с чрезвычайно коррозионными текучими средами, в частности, для оборудования с трубным пучком, применяемого в цикле синтезе мочевины, имеющего прекрасное сочетание долговечности, дизайна и конструкционной простоты, изготавливаемого с небольшими капитальными затратами и удовлетворяющего наиболее важным требованиям безопасности, так и не была полностью решена. Кроме того, некоторые конструкционные проблемы, связанные с остановками на обслуживание, ремонт и усовершенствование существующего трубчатого оборудования, разработанного для применения в сложных условиях, все еще остаются нерешенными.

В процессе непрерывных поисков в связи с улучшением собственной технологии, заявитель обнаружил, что вышеизложенные задачи и проблемы, связанные с ними, могут быть успешно решены при помощи изготовления трубок особой конфигурации, особенно в оборудовании с трубным пучком, включающем трубки, изготовленные из антикоррозионного материала, отличного от нержавеющей стали.

Таким образом, первым объектом настоящего изобретения является биметаллическая трубка, включающая:

первый трубчатый элемент E₁, выполненный из металла M₁, выбираемого из Zr, Та, Nb и Al, или сплава указанных металлов, стойкий по отношению к агрессивному действию технологической текучей среды, контактирующей с внутренней его поверхностью, однородный по всей длине трубки, и

по меньшей мере, второй трубчатый элемент E₂, выполненный из второго металла или сплава M₂, отличного от M₁, расположенный по окружности снаружи указанного первого трубчатого элемента вблизи от одного из его концов на участке, составляющем менее одной третьей части длины всей трубки, и герметично соединенный с указанным элементом E₁.

Вторым предметом настоящего изобретения является способ изготовления вышеуказанной биметаллической трубки, беря за основу трубку, состоящую по всей ее длине по меньшей мере из одного трубчатого элемента E₀, выполненного из указанного металла M₁, включающий следующие операции:

а) преобразование внешней поверхности по меньшей мере на одном из концов E₀, на участке, достаточном для размещения второго трубчатого элемента E₂, с образованием подходящего установочного гнезда, внешний диаметр трубки которого предпочтительно меньше исходного диаметра;

б) размещение трубчатого элемента E₂, длина которого меньше или равна трети длины E₀, выполненного из металла M₂, отличного от металла M₂, сконструированного в виде кольца вокруг по меньшей мере отрезка указанного установочного гнезда;

в) соединение поверхностей металлов M₁ и M₂ по меньшей мере на части поверхности контакта между указанными трубчатыми элементами E₀ и E₂ с образованием герметичного соединения, предпочтительно усиленного, по всему периметру полученной таким образом биметаллической трубки.

Дополнительный аспект настоящего изобретения относится к оборудованию с трубным пучком, пригодному для осуществления эффективного теплообмена при высоком давлении и высокой температуре между по меньшей мере двумя текучими средами, одна из которых в условиях осуществления способа обладает повышенной агрессивностью и контактирует с внутренними стенками трубок трубного пучка, включающему полый корпус или армированный корпус, способный выдерживать рабочие давления и состоящий из материала, подвергающегося коррозии под воздействием указанной текучей среды с повышенной агрессивностью, в центральной части которого смонтирован трубный пучок, концы которого закреплены на двух прикрепленных к армированному корпусу трубных пластинах, на поверхность которых, контактирующую с агрессивной текучей средой, нанесен металл M₃, стойкого по отношению к коррозии, отличающемуся тем, что указанный трубный пучок включает по меньшей мере одну биметаллическую трубку, предлагаемую согласно настоящему изобретению, установленную на трубной пластине таким образом, что, по меньшей мере, один из ее концов включает герметичный сварной шов между металлом M₂ указанного трубчатого элемента E₂ и металлом M₃ покрытия трубной пластины.

Еще одним предметом настоящего изобретения является способ изготовления указанного оборудования и применение указанного способа для реконструкции и ремонта уже существующего оборудования при помощи введения в него указанной биметаллической трубки.

Другие цели настоящего изобретения будут ясны специалистам в данной области техники, ознакомившимся с настоящим описанием.

Используемый в настоящем описании и формуле изобретения термин «сплав», относящийся к некоторому металлу, относится к металлической композиции, включающей указанный металл в количестве по меньшей мере 40% мас.

Используемый в настоящем описании и формуле изобретения термин «коррозия» или «коррозионное действие», относящийся к действию технологической текучей среды, контактирующей с поверхностью некоторого металла или сплава, в общем случае означает исчезновение или изменение свойств материала, образующего поверхность, и включает как коррозионное действие, вызываемое химической атакой поверхности, так и эрозионное действие, вызываемое физическим удалением материала за счет ударных сил, трения и иссечения.

В соответствии с настоящим описанием, термин «коррозионно-стойкий», относящийся к материалу в отношении некоторой текучей среды в определенных условиях проведения способа, означает материал, показатель коррозии которого, измеренный в соответствии со стандартом ASTM А 262 п. С (HUEY Test), составляет менее 0,1 мм/год. Показатели коррозии материалов, обычно применяемых в промышленности, указаны в различных руководствах, известных специалистам в данной области техники, например в таблицах с 23-22 до 23-24 вышеуказанной публикации "Perry's Chemical Engineering Handbook", в графе «карбамат аммония».

Используемый в настоящем описании и формуле изобретения термин «силовая сварка» или «сварка герметичным сварным швом» относится к следующим определениям, выбранным из Правил ASME VIII Div. 1 UW20:

- силовая сварка - это сварка, характеристики которой удовлетворяют предписаниям проекта на основании механических характеристик и напряжений, полученных при растяжении сваренных частей;

- сварку герметичным сварным швом выполняют с целью избежать потерь, и размеры шва не определяют на основании нагрузок, указанных выше, для силовой сварки.

Используемый в настоящем описании термин «однородный» и «однородно», относящийся к трубчатому элементу E₁, указывает на отсутствие любого нарушения непрерывности, вызываемого сваркой или другим способом герметичного или силового соединения различных частей металла M₁. Это определение не исключает того, что сечение или толщина указанного трубчатого элемента может различаться в пределах трубки.

Используемый в настоящем описании термин «металлургически присоединенный», относящийся к взаимодействию между двумя соединенными друг с другом металлическими телами (например, два тела, выбираемые из трубы, трубчатого элемента, металлического покрытия, пластины или металлического слоя), указывает на наличие поверхности или сечения контакта между указанными металлическими телами, при котором соответствующие составляющие (которые могут быть изготовлены из одного металла или из разных металлов) соединяют непосредственно или опосредовано друг с другом с образованием соединения, характеризующегося механической прочностью и сопротивлением к разъединению того же порядка величины, как по меньшей мере соответствующие характеристики одного из указанных металлов. В соответствии с этим определением, примеры металлургически присоединенных тел включают соединения металлов дуговой сваркой с плавящимся электродом или без него, пайкой твердым припоем, холодной сваркой (фрикционной сваркой, сваркой взрывом), совместной экструзией, горячей вытяжкой или аналогичными способами.

Поперечное сечение трубки, предлагаемой согласно настоящему изобретению, не ограничено какой-либо определенной формой и, следовательно, оно может быть круглым, яйцевидным, прямоугольным или другой формы, возможно неправильной, в соответствии с требованиями конкретного применения. Для облегчения обработки и установки, а также для придания наилучших механических характеристик, предпочтительным является сечение круглой формы по всей длине трубки. Кроме того, форма трубки, предлагаемой согласно настоящему изобретению, не ограничена линейной формой в продольном направлении, но может быть дуговидной, коленчатой или изогнутой, несмотря на то, что для простоты изготовления и установки обычно используют линейную форму.

Размеры указанной трубки могут колебаться в широких пределах в зависимости от разнообразия ее применений. Для достижения оптимальных характеристик при работе в условиях высокого перепада давлений, обычно составляющего от 2 до 30 МПа между внешней поверхностью (сторона оболочки, контактирующая с теплообменной текучей средой, обычно представляющей собой водяной пар низкого, среднего или высокого давления) и внутренней поверхностью (контактирующей с коррозионной жидкостью), внутренний диаметр (или максимальная ширина сечения) трубки находится в диапазоне от 5 до 150 мм, предпочтительно, от 10 до 100 мм, а толщина трубчатого элемента E₁ в центральной зоне трубки, где отсутствует элемент E₂, предпочтительно находится в диапазоне от 1 до 15 мм, предпочтительно от 1,5 до 10 мм, за исключением тех зон, где присутствуют другие трубчатые элементы, концентрические к E₁.

Предпочтительными металлами для изготовления элемента E₁ являются цирконий и ниобий, в особенности, цирконий и его сплавы, включающие по меньшей мере 60% Zr, например Zircalloy® и Zircadyne®, что объяснятся прекрасной коррозионной и эрозионной стойкостью этого металла и его удовлетворительной коммерческой доступностью.

Трубка, предлагаемая согласно настоящему изобретению, кроме указанных элементов E₁ и E₂, может включать и другие трубчатые элементы, образующие соответствующие слои, расположенные концентрически снаружи элемента E₁, и простирающиеся на всю длину трубки или более короткие участки. В этом случае толщина трубчатого элемента E₁ может составлять даже менее 1 мм, например находиться в диапазоне от 0,3 до 5 мм. В этом случае, вокруг элемента E₁, образованного металлом M₁, располагают один или несколько слоев трубчатой формы, составляющих одно целое с металлом M₁ и соприкасающихся с ним, выполненных, например, из третьего металла или сплава (например, нержавеющей стали), способного выдерживать перепад давлений, но предпочтительно менее дорогостоящего, который может быть металлургически присоединен к металлу M₁ или просто контактировать с ним, образуя структуру, в которой E₁ меньше подвергается воздействию давления. Металл указанных одного или нескольких дополнительных слоев предпочтительно выбирают из металлов или сплавов, определенных выше для металла M₂, но этот металл не обязательно должен быть металлом, из которого изготовлен трубчатый элемент E₂, даже если предпочтительно, чтобы этот указанный третий металл образовывал металлургическое сварное или паяное соединение с металлом M₂.

Неограничивающий пример многослойной трубки, включающей несколько наложенных друг на друга трубчатых элементов, предлагаемый согласно настоящему изобретению, схематически изображен на Фиг.3. В этом случае дополнительный трубчатый элемент примыкает к элементу E₂ и установлен на центральном участке длины трубки; кроме того, настоящее изобретение также включает решение, в котором дополнительный трубчатый элемент простирается на всю длину E₁, а элемент или элементы E₂ установлены на концах трубки, располагаясь по окружности поверхности указанного дополнительного трубчатого элемента.

Длина трубки, предлагаемой согласно настоящему изобретению, может колебаться в широких пределах в соответствии с размерами оборудования, в которое ее устанавливают. В общем случае длина трубки по меньшей мере в 5 раз превышает ее диаметр и предпочтительно составляет от 1 до 20 метров, более предпочтительно, от 2 до 10 метров. В то время как трубчатый элемент E₁ по существу расположен во всю длину трубки, второй элемент E₂ располагается на одном или обоих ее концах или близко к ним, и длина его составляет предпочтительно от 0,2 до 20%, более предпочтительно от 1 до 10% от всей длины трубки.

Толщину E₂ удобно выбирать в соответствии с механическими характеристиками и рабочими условиями предполагаемого использования. Обычно толщина может составлять от 1 до 15 мм, предпочтительно от 2 до 10 мм.

Указанный элемент E₂ состоит из металла или сплава M₂, отличного от M₁, и его предпочтительно выбирают в соответствии с другими составляющими оборудования, в которое помещают биметаллическую трубку. В общем случае, M₂ удобно выбирать из металлов или сплавов, совместимых при сварном соединении с защитным покрытием оборудования, находящимся в зонах, контактирующих с коррозионной текучей средой вблизи соединения с трубкой. Например, в случае теплообменника типа десорбера в синтезе мочевины, указанный металл M₂ предпочтительно выбирают из титана или одного из его сплавов, или нержавеющей стали марки, пригодной для работы с мочевиной, в соответствии с металлом, из которого изготовлено покрытие сборной и распределительной камеры десорбера. Типичными не ограничивающими примерами таких металлических материалов, кроме титана и его соответствующих сплавов, являются AISI 316L стали (марки, пригодные для работы с мочевиной), сталь INOX 25/22/2 Cr/Ni/Mo, специальные аустенитно-ферритные стали.

Особенно предпочтительными металлами M₂ являются титан и его сплавы, устойчивые к коррозионному воздействию карбамата аммония.

В соответствии с настоящим изобретением, как более подробно описано ниже, указанный элемент E₂ может быть подходящим образом соединен герметичным сварным швом с покрытием трубной пластины теплообменника. В обычной практике, применяемой в данной области техники, указанное сварное соединение предпочтительно также образует область усиленного (силового) соединения трубки с пластиной, устойчивого к механическим нагрузкам, возникающим под действием разности давлений. В соответствии с использованием и конструкцией теплообменника, элемент E₂ может быть подходящим образом установлен таким образом, что один из его концов совпадает с концом трубки, или он может вставлен, располагаясь по окружности элемента E₁, вблизи от отверстия трубки, так что она состоит только из элемента E₁ (как показано элементом 3 на Фиг.1В).

В соответствии с предпочтительным примером реализации, указанный элемент E₂ однородно расположен по всей длине конечного отрезка биметаллической трубки, образуя непрерывный слой вплоть до ее конца.

С другой стороны, в соответствии с другим примером реализации настоящего изобретения, указанный элемент E₂ может выступать на небольшое расстояние, предпочтительно, от 0,1 до 15 см, за пределы элемента E₁.

Кроме того, для образования более широкой и поддерживающей поверхности соединения для возможного герметичного сварного соединения трубки с трубной пластиной внешний диаметр элемента E₂ также может быть больше внешнего диаметра центральной части биметаллической трубки. Толщина указанного элемента E₂ предпочтительно находится в диапазоне от 0,5 до 8 мм, более предпочтительно от 1 до 4 мм; эта толщина должна быть достаточна для образования основания сварного соединения биметаллической трубки с соответствующей опорой, например с трубной пластиной теплообменника или разлагателя.

В особенно предпочтительном примере реализации, трубка, предлагаемая согласно настоящему изобретению, включает трубчатый элемент E₁, изготовленный из чистого циркония или сплава, содержащего, по меньшей мере, 60% циркония, и по меньшей мере, один трубчатый элемент E₂, изготовленный из титана или одного из его сплавов, расположенный по окружности вокруг E₁ вблизи от конца трубки, и металлургическое герметичное соединение, предпочтительно усиленное (силовое), образованное между элементом E₂ и поверхностью контакта и приваренное по меньшей мере в зоне, находящейся в непосредственной близи от отверстия трубки.

В соответствии с особенно предпочтительным примером реализации, указанная металлическая трубка включает два трубчатых элемента E₂, изготовленных из одного и того же материала или из разных материалов, каждый из которых расположен вблизи от одного из концов трубки. Такая конфигурации удобна для изготовления теплообменников с трубным пучком, в которых обе трубные пластины включают металлическое покрытие, изготовленное из металла M₃, отличного от металлов и сплавов, которые были определены для M₁ и использованы для изготовления внутренних стенок биметаллических трубок.

Трубка, предлагаемая согласно настоящему изобретению, может быть изготовлена в соответствии с обычными металлургическими способами, которые специалисты в данной области техники могут подходящим образом адаптировать для каждого конкретного случая. Тем не менее, заявитель разработал оригинальный и эффективный способ изготовления указанной трубки, который, как уже было сказано, представляет собой второй аспект настоящего изобретения.

В операции (а) указанного способа отрезок внешней поверхности трубки E₀, расположенный на одном конце или не обоих концах трубки, обрабатывают таким образом, что на нем можно расположить второй трубчатый элемент E₂, изготовленный из металла M₂. Обработка может состоять в очистке поверхности указанного отрезка для создания достаточной адгезии к поверхности элемента E₂, или обработка может включать удаление тонкого слоя метала с поверхности трубки, например, при помощи шлифовки или токарной обработки, с целью изготовления подходящего установочного гнезда, диаметр которого (или эквивалентный диаметру размер, если трубка некруглого сечения) меньше, чем первоначальный диаметр трубки, предпочтительно, меньше на величину от 0,1 до 2 мм (или более, в соответствии с геометрическими характеристиками), и которое может лучше удерживать элемент E₂. Подходящие способы очистки и шлифовки включают способы, обычно используемые в данной области техники для обработки металлов типа M₁.

Подготовку поверхности осуществляют на участке трубки, длина которого соответствует размерам элемента E₂ и соответствующим технологиям сборки. В общем, предпочтительно, подготавливают установочное гнездо, длина которого превышает длину перекрывания между элементами E₁ и E₂ в биметаллической трубке на величину от 1 до 20 мм.

В операции (б) предлагаемого способа изготовления трубчатый элемент E₂ располагают на установочном гнезде, приготовленном в соответствии с операцией (а). Для этой цели элемент E₂, если он был сформован заранее, должен иметь внутренний диаметр, соответствующий диаметру установочного гнезда, за исключением небольших деформаций, которые могут произойти в результате установки за счет нагрузки или давления.

В последующей операции (в) поверхности элементов E₁ и E₂, контактирующие друг с другом, обрабатывают с образованием по всему периметру поверхности герметичного соединения, способного выдерживать проектируемую осевую нагрузку, с образованием металлургической связи. Это соединение может быть выполнено сваркой в соответствии с известными методиками сварки металлов типа металла M₁ с металлами типа металла M₂, например Ti с Zr или Al с Zr и т.д., или взрывной сваркой (английский термин «взрывное соединение»), при помощи вакуумной или и/или горячей протяжки, или при помощи другой методики сцепления или соединения различных металлов, при котором получают металлургическую связь между поверхностями двух элементов E₁ и E₂, таким образом гарантируя стабильное герметичное соединение с металлической трубкой в рабочих условиях. Даже если в этом нет необходимости, в соответствии с настоящим изобретением предпочтительно, чтобы зона соединения (т.е. площадь герметичного соединения металлов M₁ и M₂) распространялась на максимально возможное расстояние, более предпочтительно, совпадала со всей площадью контакта и наложения металлов М₁ и M₂ друг на друга.

В соответствии с предпочтительным примером реализации указанного способа, биметаллическая трубка, предлагаемая согласно настоящему изобретению, может быть изготовлена посредством образования при сварке наплавки из металла M₂ в установочной области, подготовленной в операции (а), при последующем выполнении необходимых доводочных операций. Такое изменение позволяет одновременно выполнять операции (б) и (в) указанного способа, предлагаемого согласно настоящему изобретению.

Специалисты в данной области техники могут внести и другие изменения в указанном способе и других способах изготовления указанной биметаллической трубки, применяя свои знания в данной области техники к конкретному примеру реализации. Вышесказанное включает возможность изготовления биметаллической трубки, длина которой больше рабочей длины и последующее удаление лишних частей.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения, указанную биметаллическую трубку изготавливают таким образом, что элемент T₁ и элемент T₂ соединяют друг с другом, предпочтительно, образуя металлургическую связь вдоль поверхности контакта, имеющей не цилиндрический профиль, а профиль усеченного конуса. В этом случае операция (а) способа, заявляемого для изготовления указанной биметаллической трубки, включает изготовление на E₀, например, при помощи токарной обработки, установочного гнезда, имеющего форму усеченного конуса, предпочтительно, длиной от 20 до 50 мм, с непрерывным уменьшением диаметра E₀ вдоль профиля усеченного конуса на величину от 0,5 до 6 мм, предпочтительно, от 1 до 3 мм. Затем на установочное гнездо надевают элемент Е₂, внутренняя поверхность которого также имеет форму соответствующего усеченного конуса, подходящего для соединения с E₀, и фиксируют на этом коническом гнезде в соответствии с операциями (б) и (в) настоящего способа, соответственно.

Трубка, предлагаемая согласно настоящему изобретению, благодаря своим оригинальным и эффективным характеристикам, позволяющим образовывать герметичное соединение между ее концами и антикоррозионным слоем по меньшей мере части оборудования, из которого выступает указанная трубка, может найти применение при осуществлении многих промышленных химических способов; в то же время эта трубка сохраняет высокую коррозионную/эрозионную стойкость по отношению к технологическим текучим средам по всей своей длине благодаря присутствию неотъемлемого трубчатого элемента E₁, выполненного из материала с высокими техническими характеристиками и не образующего зон соединения, или, в любом случае, неднородной поверхности, которая может контактировать с коррозионной текучей средой, который соединен с элементом E₂, металлургически связанным с Е₁, готова для герметичного введения в крепеж конструкции вывода, например трубную пластину, и образует монтажный узел, устойчивый к коррозии в целом в стандартных условиях проведения способа.

Таким образом, трубка может быть использована, например, в качестве соединительной линии между оборудованием, в котором под давлением протекают коррозионные текучие среды, или, предпочтительно, для изготовления трубного пучка теплообменника, пригодного для обработки коррозионных текучих сред при средних или высоких давлениях. Особенно предпочтительным является ее использование в изготовлении теплообменников, в которых также происходят химические реакции или явления переноса фазы, включающие образование нескольких фаз, находящихся в контакте друг с другом, и в которых происходят значительные коррозионные изменения как под действием химического окисления, так и благодаря эрозионному действию турбулентных потоков и истиранию стенок частицами среды. Оборудование такого типа включает десорберы карбамата в установках синтеза мочевины.

Последнее из упомянутых оборудование обычно работает под давлением, значения которого находятся в диапазоне от 1 до 40 МПа, и температурах, лежащих в диапазоне от 70 до 300°C, в присутствии смесей, содержащих воду, аммиак, диоксид углерода и карбамат аммония, который представляет собой продукт конденсации указанных соединений, протекающей по реакции:

2NH₃+CO₂+nH₂O→NH₄OCONH₂·nH₂O

Рабочие условия, предпочтительно, включают давление, составляющее 12-25 МПа, и температуру, составляющую от 120 до 240°C.

В обычных промышленных установках производства мочевины, к которым, в частности, относится настоящее изобретение, вышеуказанное оборудование установлено на участках, давление в которых составляет от среднего до высокого, и объем такого оборудования обычно составляет от 2000 до 100000 литров.

Таким образом, другая цель настоящего изобретения относится к оборудованию, включающему серию трубок, предназначенных для теплообмена между двумя текучими средами (теплообменник с трубным пучком), в котором внутренняя стенка указанных трубок пригодна для контакта с текучей средой, имеющей чрезвычайно коррозионные свойства по отношению к обычным нержавеющим сталям (показатель коррозии > 0,2 мм/год), отличающемуся тем, что по меньшей мере одна, предпочтительно часть указанных трубок, состоит из металлической трубки, предлагаемой согласно п.1 формулы настоящего изобретения. Более предпочтительно, все указанные трубки представляют собой биметаллические трубки, предлагаемые согласно настоящему изобретению.

Оборудование, работающее под давлением, предлагаемое согласно настоящему изобретению, может принимать различные геометрическое формы как снаружи, так и внутри, в зависимости от функций, для которых оно предназначено. Предпочтительно, оборудование конструируют в соответствии с типичными критериями, разработанными для теплообменников с трубным пучком, способных выдерживать высокие или средние давления. Поэтому оборудование обычно имеет цилиндрическую форму с двумя полукруглыми крышками (головками), расположенными по концам этого цилиндра для лучшего распределения давления. В полусферических крышках и вдоль цилиндрического корпуса подходящим образом изготавливают отверстия для ввода и вывода текучих сред и установки соответствующих датчиков, а также отверстие для инспекции аппарата (смотровое отверстие). В соответствии с использованием расположение оборудования может быть горизонтальным или вертикальным, последнее верно для десорберов, используемых в способе производства мочевины, упомянутых выше.

Внешняя стенка оборудования, на которую практически полностью приходится нагрузка, вызываемая давлением, состоит из толстого защитного покрытия, изготовленного из металла или сплава с высокими техническими характеристиками, обычно из углеродистой стали, обычно называемого армированным корпусом, толщину которого рассчитывают в соответствии с выдерживаемым давлением; толщина обычно находится в диапазоне от 20 до 350 мм. В теплообменниках высокого давления толщина внешней стенки, выбранная подходящим образом, может отличаться от указанных величин. Обычно центральная цилиндрическая область находится в контакте с насыщенным паром, находящимся под давлением от 0,2 до 5 МПа, и предпочтительно ее толщина находится в диапазоне от 20 до 100 мм, в то время как стенки крышек и цилиндрического кожуха вблизи крышек, которые должны выдерживать большее давление технологических текучих сред, имеют пропорционально большую толщину, предпочтительно, составляющую от 80 до 300 мм. Внешняя стенка может состоять из одного слоя или нескольких слоев углеродистой стали, смонтированных в соответствии с любыми известными способами.

Внутри оборудования выделяют зону, включающую серию трубок, или трубный пучок, поскольку обычно трубки располагают параллельно друг другу и устанавливают на двух перегородках или пластинах, обычно расположенных перпендикулярно главной оси оборудования и включающих плоский элемент, способный выдерживать перепад давлений, обычно изготовленный из нержавеющей стали, толщина которого составляет от 40 до 500 мм. В наиболее общем случае каждая из двух пластин расположена вблизи от двух крышек и отделяет центральный объем, имеющий по существу цилиндрическую форму. Каждая из пластин герметично закреплена по окружности стенки сварным швом во избежание протекания какого-либо массообмена между смежными полостями. В альтернативном случае трубный пучок может иметь U-образную форму и быть закрепленным на одной и той пластине, разделенной перегородкой, через которую производят как ввод, так и вывод текучей среды, на которую действует по существу одно и то же давление.

В оборудовании с трубным пучком, предлагаемом согласно настоящему изобретению, серия трубок закреплена между двумя трубными пластинами или частями одной и той же пластины, которые подходящим образом перфорируют с целью изготовления отверстий для протекания текучей среды между двумя полостями, расположенными на концах трубок. Для осуществления теплообмена через стенку трубки, в межтрубном пространстве, обычно со стороны кожуха (рубашки), циркулирует вторая текучая среда, обычно смесь воды и водяного пара.

Количество указанных трубок может быть разным, в зависимости от предполагаемых требований, но обычно оно составляет от минимум 2 до приблизительно 10000 в более крупном оборудовании. Предпочтительно, обычно имеется от 100 до 6000 трубок, а их диаметр составляет от 10 до 100 мм. Длина трубок обычно совпадает с длиной центральной части оборудования и предпочтительно находится в диапазоне от 1 до 20 м; форма трубок обычно линейная, но не исключено использование трубок, включающих изогнутые или тороидальные части; толщина трубок может быть разной, в зависимости от выдерживаемой нагрузки и диаметра, и может составлять от 2 до 25 мм. Для поддержки трубок в межтрубном пространстве могут быть установлены промежуточные перегородки (также называемые «распределительными перегородками»). Их обычно изготавливают из нержавеющей стали; их толщина составляет несколько миллиметров и они не предназначены для выдерживания осевой нагрузки, оказываемой давлением.

В соответствии с предпочтительным аспектом настоящего изобретения, все трубки указанного теплообменного оборудования представляют собой биметаллические трубки, предлагаемые согласно настоящему изобретению.

Высококоррозионные технологические текучие среды, например водный раствор карбамата и мочевины или раствор концентрированной азотной кислоты, находятся внутри крышек, расположенных по концам оборудования и протекают внутри указанных трубок, образуя текучую среду высокого давления. Насыщенный водяной пар обычно загружают в межтрубное пространство под давлением, значения которого составляют от 0,2 до 5 МПа, который после конденсации высвобождает количество теплоты, необходимое, например, для разложения карбамата.

Для обеспечения необходимой механической устойчивости и герметичности в рассматриваемом оборудовании биметаллические трубки приварены силовой сваркой к трубной пластине. Трубная пластина обычно состоит из толстого слоя или нескольких слоев нержавеющей стали, перфорированных для введения трубок, и одного или нескольких слоев антикоррозионного покрытия, нанесенного на ту сторону пластины, которая контактирует с технологической текучей средой. По меньшей мере один из указанных слоев антикоррозионного покрытия состоит из металла или сплава, совместимого с металлом или сплавом, образующим элемент E₂ трубки, предлагаемой согласно настоящему изобретению, т.е. он может образовывать с указанным металлом или сплавом сварное или паяное соединение, обладающее удовлетворительными механическими свойствами и коррозионной устойчивостью.

Например, трубную пластину с одной или обеих сторон от трубного пучка покрывают слоем титана или сплава титана, возможно приваренного взрывной сваркой к промежуточному слою нержавеющей стали. Указанный слой приварен герметичным сварным усиленным швом к элементу E₂ каждой биметаллической трубки вблизи от ее выхода на поверхность, и в оптимальном случае небольшой отрезок элемента E₂, например длиной от 1 до 5 см, выдается над поверхностью трубной пластины. Толщину антикоррозионного слоя выбирают подходящим образом так, чтобы обеспечить сопротивление коррозии в течение адекватного периода времени; предпочтительно, толщина находится в диапазоне от 2 до 20 мм, предпочтительно, от 3 до 15 мм.

Подходящие способы сварки антикоррозионного слоя покрытия пластины с концом трубки в общем случае известны специалистам в данной области техники. Это специальные, но хорошо известные методики соединения деталей, изготовленных из титана и титановых сплавов.

Биметаллические трубки, предлагаемые согласно настоящему изобретению, могут быть с успехом использованы для полной или частичной замены трубок трубного пучка в уже существующем теплообменнике.

В соответствии с дополнительным примером реализации настоящего изобретения рассматриваемый трубный пучок может быть подходящим образом использован для замены одной или нескольких трубок трубного пучка в уже существующем теплообменнике, в соответствии с обычной практикой обслуживания или модернизации (или реконструкции), которую обычно применяют на промышленных предприятиях. Указанная реконструкция может иметь две цели: восстановление функциональных свойств теплообменника путем замены существующих трубок, которые по каким-либо причинам уже не функционируют и/или подверглись разрушению (например, из-за истончения или перфорации под действием коррозии, что привело к закрытию рабочих отверстий трубок), и улучшения работы и безопасности оборудования заменой уже имеющихся трубок, изготовленных из менее стойких материалов.

Таким образом, дополнительная цель настоящего изобретения относится к ремонту или улучшению рабочих характеристик химического оборудования с трубным пучком, пригодного для обработки коррозионной текучей среды, в котором указанная текучая среда контактирует с внутренней частью трубок, образующих трубный пучок, включающему замену по меньшей мере одной из указанных трубок биметаллической трубкой, предлагаемой согласно настоящему изобретению.

Оборудование, в котором выполняют указанный ремонт или модернизацию, предпочтительно представляет собой теплообменник, более предпочтительно, десорбер, применяемый в цикле синтеза мочевины, на трубную пластину которого нанесено покрытие из титана или одного из его сплавов. В соответствии с предпочтительным примером реализации способ, предлагаемый согласно настоящему изобретению, включает удаление по меньшей мере одной из уже имеющихся трубок; прочистку и высверливание полученных при этом отверстий; введение биметаллической трубки подходящей длины, предлагаемой согласно настоящему изобретению, в каждое из полученных отверстий; установку конца каждой трубки таким образом, что короткий отрезок трубки выступает на некоторое расстояние, обычно составляющее от 0,3 до 5 см, над пластиной, и, наконец, приваривание покрытия трубной пластины к внешней поверхности элемента E₂каждой трубки.

Некоторые иллюстративные и неограничивающие примеры реализации настоящего изобретения показаны на прилагаемых чертежах. Детали, имеющие одно и то же назначение, обозначены на чертежах одними и теми же цифрами.

На Фиг.1 схематично представлены два вида в разрезе трубок, предлагаемых согласно настоящему изобретению, соответственно включающих:

(A) элемент E₂, расположенный только на одном конце трубки.

(B) сверху: элемент E₂, расположенный на каждом конце вплоть до конца трубки; снизу: элемент E₂, слегка сдвинутый кверху, ниже которого выступает участок полностью выполненный из металла M₁ элемента E₁.

На Фиг.2 схематично представлены два вида в разрезе, показывающие примеры установочной детали на трубной пластине трубки, предлагаемой согласно настоящему изобретению, где соответственно:

(A) элемент E₂ расположен на конечном отрезке трубки, вблизи от сварного соединения с покрытием трубной пластины;

(B) элемент E₂ расположен на внешнем участке вдоль оси трубки и выступает за пределы толщины трубной пластины.

На Фиг.3 схематично представлена деталь, аналогичная Фиг.2, но относящаяся к трубке, предлагаемой согласно настоящему изобретению и состоящей на промежуточном участке между концами из двух коаксиальных слоев, изготовленных из различных металлов, причем внутренний слой представляет собой трубчатый элемент Е₂.

Для большей простоты и ясности деталей пропорции между различными элементами рисунков изменены и не соответствуют реальным.

В нижеследующем описании, относящемся к некоторым иллюстративным и неограничивающим примерам реализации трубок и установок, предлагаемых согласно настоящему изобретению, размещение цифр и относительное положение различных частей не являются ни ограничивающими, ни представительными конфигурациями объектов, описываемых практическим примером реализации настоящего изобретения.

В соответствии с Фиг.1(А), биметаллическая трубка, предлагаемая согласно настоящему изобретению, включает однородный и непрерывный трубчатый элемент 1 цилиндрической формы, который простирается на всю длину трубки и состоит из металла M₁, определенного выше, предпочтительно, из циркония или одного из его сплавов. Указанный элемент, изготавливаемый при помощи одного из обычных способов изготовления трубок и пригодный для работы при высоких давлениях, а также для обеспечения желаемой коррозионной стойкости по отношению к контактирующей с его внутренней стенкой текучей среде, функционирует как контейнер для текучей среды и полностью выдерживает давление, оказываемое на большую часть длины трубки, и, следовательно, имеет такую толщину, которая адекватно выдерживает рабочие давления. В верхней части указанной биметаллической трубки толщину части стенки элемента 1 уменьшают на участке, длина которого составляет в интервале от 2 до 10% от длины всей трубки для концентрической пригонки на внешней стороне элемента 1 второго трубчатого элемента 2, выполненного из металла M₂, предпочтительно титана или одного из его сплавов. Металлы M₁ и M₂, конкретно, цирконий и титан, металлургически герметично соединены в месте контакта элементов 1 и 2. Два элемента 1 и 2 концентрически расположены по отношению друг к другу вплоть до верхнего отверстия трубки (А). Толщина элемента 2, который в этом случае частично противодействует давлению внутри трубки, предпочтительно находится в диапазоне от 20 до 50% от толщины элемента 1.

На Фиг.1(В) биметаллическая трубка включает однородный и непрерывный трубчатый элемент 1 цилиндрической формы, выполненный из металла M₁, который простирается на всю длину трубки, в верхней части которого расположен второй трубчатый элемент 2, выполненный из металла M₂, аналогичный указанному на Фиг.1(А). В нижней части указанной трубки элемент 1 сформован таким образом, что его внешняя поверхность включает углубление, длина которого составляет от 2 до 10% от всей длины трубки, изготовленное таким образом, что небольшая часть элемента 1, приблизительно 0,5-3% от отверстия трубки, остается такой же, как необработанная часть центрального отрезка трубки. Трубчатый элемент 3, изготовленный из титана или одного из его сплавов, предпочтительно, металлургически присоединенный к элементу 1 одним из способов, описанных выше, размещают в указанном углублении концентрически по отношению к элементу 1.

На Фиг.2(А) биметаллическая трубка, предлагаемая согласно настоящему изобретению, представлена сочетанием трубчатого элемента 1, изготовленного из металла M₁ и частично показанного на чертеже, элемента 2, изготовленного из металла M₂, расположенного в конечной части трубки, и канала 4 для прохождения текучей среды, ограниченного стенками трубки. Указанная трубка закреплена на опоре, состоящей из трубной пластины типичного теплообменника, предназначенного для обработки чрезвычайно коррозионных текучих сред под давлением, например, десорбера карбамата аммония, применяемого в промышленном синтезе мочевины. В этом случае трубная пластина включает армирующее тело 5, обычно перфорированный лист большой толщины, изготовленный из нержавеющей стали, пригодный для выдерживания осевой нагрузки, оказываемой давлением, и антикоррозионное покрытие 6, выполненное из коррозионно-стойкого металла, предпочтительно, образующего долговременное герметичное соединение с M₂ при помощи сварки или иного способа. В примере, показанном на Фиг.2(А), покрытие 6, которое в соответствии с известными в данной области техники методиками, например, описанными в заявке WO 03/095060, при необходимости может включать несколько металлических слоев, герметично и с усилием присоединено, предпочтительно, при помощи сварного шва 7 к трубчатому элементу 2, расположенному на выходной части биметаллической трубки.

Возможны различные варианты примера, показанного на Фиг.2(А), полностью включенные в объем настоящего изобретения и не показанные на чертеже, поскольку они могут быть выведены специалистами в данной области техники. Например, для повышения безопасности оборудования в трубную пластину и другие элементы могут быть введены одно или несколько смотровых отверстий.

На Фиг.2(В) показан вариант примера, изображенного на Фиг.2(А), в котором длина трубчатого элемента E₂ трубки, предлагаемой согласно настоящему изобретению (также обозначенного на этом чертеже цифрой 2), превышает толщину трубной пластины 5, так что указанная пластина контактирует только с внешней поверхностью из металла M.

В теплообменнике с трубным пучком, включающем технические решения, представленные на Фиг.2(А) и 2(В), герметичные соединения трубок с трубной пластиной могут быть выполнены на похожих металлах, совместимых при сварке, поскольку элемент Е₂, выполненный из металла M₂, установлен на элементе E₁ каждой трубки при помощи способов соединения, что можно осуществить непосредственно на трубке перед ее введением в трубную пластину, что полностью соответствует требованиям безопасности, предъявляемым для оборудования рассматриваемого типа, работающего под давлением.

Таким образом, соединение между металлом M₁ и металлом покрытия трубной пластины выполнять не обязательно, что облегчает и удешевляет изготовление теплообменника в том случае, когда указанные металлы не могут быть напрямую сварены друг с другом или образуют сварной шов, менее коррозионно-стойкий, чем любой из указанных металлов. В соответствии с настоящим изобретением, соединение между E₁ и E₂ может быть легко осуществлено при помощи описанных выше способов, в подходящей среде и при помощи подходящего оборудования, без недостатков, типичных для проведения работ на трубной пластине, вызываемых препятствиями, и ограниченным рабочим пространством, где высокая плотность труб (расположенных в среднем на расстоянии 3-5 см друг от друга) и общие размеры детали делают невозможным использование методик, отличных от традиционной сварки.

На Фиг.3 показан еще один вариант сборки, аналогичной представленной на Фиг.1. Однако в этом случае трубка состоит из непрерывного и однородного трубчатого элемента 1, соответствующего трубчатому элементу E₁, предлагаемому согласно настоящему изобретению, который имеет меньшую толщину, чем в предыдущем случае, и поэтому его предпочтительно устанавливают на большей части длины элемента, от 80 до 95% от его общей длины, внутри трубки 8, выполненной из более дешевого и доступного, чем M₁, металла или сплава с хорошими механическими свойствами, но меньшей коррозионной стойкостью. Вблизи конца трубки указанную трубку 8 заменяют трубчатым элементом 2, выполненным из M₂, в соответствии со способами, описанными выше при рассмотрении Фиг.2. Металлы элемента 2 и элемента 8 предпочтительно образуют соединение в зоне их контакта друг с другом, для которой в этом случае не требуется большой коррозионной стойкости, поскольку обычно она контактирует со сжатым водяным паром.

Для упрощения изображения на Фиг.2(А), 2(В) и 3 схематически представлена только одна зона ввода трубки в трубную пластину, что понятно из рисунка трубки с противоположной стороны трубной пластины.

В соответствии с различными практическими требованиями, специалисты в данной области техники могут произвести изменения в примерах реализации настоящего изобретения и получить модификации настоящего изобретения, отличные от примеров, описанных выше; тем не менее, эти модификации также включены в область, защищаемую формулой настоящего изобретения.

Claims

1. Биметаллическая трубка, стойкая к коррозионному действию технологической текучей среды, контактирующей с ее внутренней поверхностью, включающая:
первый трубчатый элемент E₁ (1), имеющий указанную внутреннюю поверхность, выполненный из металла M₁, выбираемого из Zr, Ta, Nb или AI или сплава указанных металлов, однородный по всей длине трубки, и
по меньшей мере второй трубчатый элемент E₂ (2), выполненный из второго металла или сплава M₂, выбранного из титана, сплава титана и нержавеющей стали, расположенный по окружности снаружи указанного первого трубчатого элемента вблизи одного из его концов на участке, составляющем менее одной третьей длины всей трубки, и герметично соединенный с указанным элементом E₁ посредством металлургической связи, распространяющейся по всей поверхности контакта элементов E₁ и E₂.

2. Биметаллическая трубка по п.1, включающая два указанных трубчатых элемента E₂, изготовленных из одинакового материала или разных материалов, каждый из которых расположен вблизи одного из концов трубки.

3. Биметаллическая трубка по п.1, в которой указанный элемент E₁ выполнен из циркония или сплава, включающего по меньшей мере 60 мас.% циркония.

4. Биметаллическая трубка по п.1, в которой указанный металл М₂ выбран из титана или сплава титана.

5. Биметаллическая трубка по п.1, включающая кроме указанных элементов E₁ и E₂ по меньшей мере дополнительный металлический трубчатый элемент, расположенный вокруг E₁ и в контакте с его внешней поверхностью.

6. Биметаллическая трубка по п.5, в которой указанный дополнительный трубчатый элемент, выполненный из металла, выбираемого из титана, сплава титана и нержавеющей стали, соприкасается с E₂ и установлен на центральном участке трубки.

7. Биметаллическая трубка по п.6, в которой указанный дополнительный трубчатый элемент выполнен из металла, совместимого при сварке с металлом M₂ элемента E₂.

8. Биметаллическая трубка по п.1, в которой толщина центрального участка указанного элемента E₁ составляет от 1 до 15 мм.

9. Биметаллическая трубка по п.1, в которой длина каждого элемента E₂ составляет от 0,2 до 20% от общей длины трубки.

10. Биметаллическая трубка по любому из предшествующих пунктов, в которой толщина указанного элемента E₂ равномерна и составляет от 1 до 15 мм.

11. Способ изготовления биметаллической трубки по любому из пп.1-10, беря за основу трубку E₀, состоящую по всей ее длине по меньшей мере из одного трубчатого элемента E₀, выполненного из указанного металла M₁, включающий следующие операции:
а) преобразование внешней поверхности по меньшей мере на одном из концов E₀, на участке, достаточном для соединения со вторым трубчатым элементом E₂, с образованием подходящего установочного гнезда;
б) размещение трубчатого элемента E₂, длина которого меньше или равна трети длины E₀, выполненного из металла M₂, отличного от металла M₁ и выбранного из титана, сплава титана и нержавеющей стали, сконструированного в виде кольца вокруг по меньшей мере отрезка указанного установочного гнезда;
в) соединение поверхностей металлов M₁ и M₂ по меньшей мере на части поверхности контакта между ними с образованием металлургической связи и герметичного соединения по всему периметру полученной таким образом биметаллической трубки.

12. Способ по п.11, в котором при проведении операции (а) с внешней поверхности трубки E₀ удаляют слой металла толщиной от 0,1 до 2 мм.

13. Способ по п.11 или 12, в котором при проведении операции (в) по всей поверхности контакта элементов E₁ и E₂ между двумя металлами M₁ и M₂ образуют металлургическую связь.

14. Теплообменник, используемый для обработки коррозионных текучих сред при высоком давлении, отличающийся тем, что он включает по меньшей мере биметаллическую трубку, предпочтительно серию биметаллических трубок по любому из пп.1-10, внутренняя поверхность которых контактирует с указанной текучей средой.

15. Теплообменник по п.14, состоящий из теплообменника с трубным пучком.

16. Теплообменник по п.15, в котором указанный трубный пучок включает от 100 до 6000 биметаллических трубок диаметром от 10 до 100 мм.

17. Теплообменник по любому из пп.14-16, включающий трубную пластину, к которой приварены указанные биметаллические трубки и которая покрыта по меньшей мере одним слоем металла, стойкого по отношению к коррозии, вызываемой указанной технологической текучей средой.

18. Теплообменник по п.17, в котором указанный слой металлического покрытия выполнен из металла M₃, совместимого с металлом элемента E₂ указанной биметаллической трубки.

19. Теплообменник по п.18, в котором указанный слой металлического покрытия герметично приварен к указанному элементу E₂.

20. Теплообменник по п.18 или 19, в котором указанное покрытие и указанный элемент E₂ выполнены из металла M₂, выбираемого из титана и сплава титана.

21. Способ модернизации химического оборудования с трубным пучком, пригодного для обработки коррозионной текучей среды, в котором указанная текучая среда контактирует с внутренней стенкой трубок, образующих трубный пучок, включающий замену по меньшей мере одной из указанных трубок биметаллической трубкой по любому из пп.1-10.

22. Способ по п.21, в котором указанное оборудование включает трубную пластину, покрытую металлом, выбираемым из титана, сплава титана и нержавеющей стали.

23. Способ по п.21, в котором указанное оборудование представляет собой десорбер карбамата в цикле высокого давления в установке синтеза мочевины.

24. Способ по одному из пп.21-23, включающий удаление по меньшей мере одной из уже имеющихся трубок, прочистку полученного при этом отверстия в трубной пластине, введение в каждое из отверстий биметаллической трубки по любому из пп.1-10, размещение конца каждой трубки таким образом, что он выступает над пластиной на расстояние от 3 до 50 мм, и приваривание покрытия трубной пластины к внешней поверхности элемента E₂ каждой трубки.