尿素装置及尿素合成塔的安全生产×××股份有限公司据不完全统计，在尿素运行装置中仅尿素合成塔爆炸事故在世界范围內至今已发生四起：美国路易斯安南州Aradian公司尿素合成塔、1995“10.7”河北迁安化肥厂Ø1.4米多层承压筒体尿素合成塔、2004“7.30”緬甸Ø1.3米单层承压筒体尿素合成塔、2005“3.21”山東平阴化肥厂Ø1.4米多层承压筒体尿素合成塔。

由于尿素生产工艺的未知因素对尿塔設計、制造、使用、維护、捡修过程中产生的问题目前还不能完全解决，特别是通过调查发现国内为数不少的氮肥企业对设备本质安全的重视程度比较肤浅，在安全生产的先进技术装备、资金投入和科学管理等方面离防患于未然还相差甚远，所以解决企业管理者认识上的误区加强尿素合成塔的安全生产管理很有必要。

1.浅谈在役尿素合成塔故障、缺陷与事故1.1在役尿素合成塔结构特点目前在役的尿素合成塔承压筒体结构可分为单层和多层板包扎卷制两种型式，都是内衬不锈钢（或钛材）衬里。

单层承压筒体结构因各种因素相对较少；而多层承压筒体结构又分为以下几种型式：⑴ 单个筒节多层包扎再焊接成筒体的深环焊缝结构，内衬8～11mm不锈钢衬里。

国内在用尿素合成塔大部份都是这种型式，例如七十年代国家引进的美荷型化肥装置Ø2800mm尿塔也就是这类结构，此后国产化尿塔制造大都属此例。

⑵ 多层热套筒体结构。

三层40mm厚的筒体热套加工，内衬不锈钢衬里，目前国内约3台均为进口设备。

⑶ 碳钢内筒导衬包扎结构。

12mm厚衬筒包扎焊接6层卷板，借助焊接热收缩力加强包扎强度，例如日本型大化肥装置的尿塔属于这类结构。

⑷ 整体多层夹紧式包扎结构。

不锈钢内衬筒与两端封头连接成型后再夹紧卷板多层包扎，筒体不存在深环焊缝；目前这种结构的Ø2100mm尿塔是从德国AEX公司购买的二手设备；最大的Ø2500mm尿塔目前还在制造过程中。

从尿素合成塔结构特点分析：单层承压筒体结构的尿塔要考虑制造热处理能力、检测检验能力和较高的制造成本；随着化工工艺技术的发展，目前尿素合成塔操作压力和温度已经不是在很高的范围，降低到了多层包扎筒体结构强度的允许范畴，所以选择高成本的单层筒体结构塔就比较少。

多层包扎筒体结构尿素合成塔在国内外应用较为广泛，也有比较成熟的制造工艺和技术。

例如在尿塔筒体制造过程中对层板质量的ɼ射线无损探伤检验、消除层板表面损伤缺陷和卷制机械应力工序、筒体检漏孔采用先堆焊后钻孔等加工工艺，逐步解决不锈钢衬里泄漏后生产介质进入多层卷板之间的腐蚀应力问题。

整体多层夹紧式包扎结构尿塔的使用有十多年的历史，要广泛应用可能有许多工作要做，还需要逐渐成熟的技术发展过程。

1.2在役尿素合成塔故障与缺陷任何工艺流程的尿素装置由于高温高压的运行条件，其化工物料具有极强烈的腐蚀特性，为了防止高压容器和管道的腐蚀损坏，除选择尿素级不锈钢或者价格昂贵的银（Ag）、钛（Ti）、锆（Zr）等贵金属材料制造尿素合成塔衬里和管路外，还普遍采用Co₂入釜时注入少量空气（或双氧水）使衬里表面生成钝化膜，以减轻（或延缓）尿素、甲铵融熔液对设备的腐蚀侵害。

一旦尿素合成塔衬里层发生穿透性缺陷，化工物料与碳钢承压筒体接触即发生快速腐蚀，造成严重的设备故障或者事故。

尿素生产业内同行都明白，对尿塔内表面耐蚀衬里的检测查漏、维护检修质量的好坏直接关系到设备的本质安全，根本不敢掉以轻心。

但是长时期（或者此前）忽视了检查尿塔碳钢承压筒体外表面和卷制层板的腐蚀侵害，认识误区的形成是因为尿塔碳钢承压筒体在正常情况下不与化工物料接触哪来的腐蚀？异常工况有检漏系统报警即时停车检查修理就不会出问题,所以大多数管理者只重视衬里内表面的检查而忽略承压筒体卷板材料缺陷的检查修理。

可是因为工业用水中的氯离子富集、包扎层板卷制时的残余应力、检漏系统故障、塔体外表面的防腐层与保温失效……等等因素都可能引起尿塔碳钢承压筒体应力腐蚀开裂，其破坏程度也是触目惊心的。

长期的生产实践证明尿素合成塔的设计、制造、使用、维护、检测检修等各个环节稍有不慎就会酿成大祸，轻者故障停车，重者灾难性事故，以下收集的国内部份在役尿塔缺陷状况足以反映它的危害。

塔壁穿孔、开放性裂纹及破坏的晶相组织破损失效的塔壁及破坏的晶相组织尿塔316L不锈钢衬里焊缝腐蚀尿塔气液相交界部位以上衬里穿透性故障引起的承压筒体腐蚀裂纹和坑洞尿塔气液相交界部位以上衬里穿透性故障引起的承压筒体腐蚀裂纹和坑洞γ射线检测发现尿塔承压筒体内部环焊缝埋藏横向裂纹，气刨修磨后呈现的裂纹由筒体内表面向外总共跨越5层卷板，致使14层卷制板近30％失效。

尿塔承压筒体卷板剖面发现的裂纹尿塔承压筒体卷板剖面发现的裂纹尿塔承压筒体外侧周向裂纹尿塔承压筒体外侧纵向裂纹尿塔承压筒体筒节环焊缝裂纹尿塔承压筒体环焊缝丁字型裂纹尿塔承压筒体外侧明显的裂纹缺陷尿塔承压筒体多层卷板腐蚀破损尿塔承压筒体外侧大面积破损1.3尿素合成塔爆炸事故教训1.3.1单层承压筒体结构尿素合成塔爆炸事故缅甸某260t/d尿素装置1985年建成投产，荷兰斯塔米卡邦CO2汽提工艺，大部分设备为二手货系上世纪七十年代中期产品，尿素合成塔是西欧一家制造厂生产的设备，采纳了斯塔米卡邦公司后来的不少改进措施，例如增加CO2脱H2系统、0.4MPa吸收系统和水解系统等，加氧量0.8-1.0%。

运行近20年开停车约600次，工厂管理水平不太高。

该厂尿素合成塔Ø1300mm，厚度53mm的单层碳钢承压筒体内衬5mm的316L（尿素级）不锈钢板，碳钢封头厚39mm松衬5mm的316L（尿素级）不锈钢板，内设8块多孔塔板，总重49吨，设计压力15.8MPa(A)，设计温度183℃，水压力试验压力20.1MPa，环焊缝焊后未作热处理。

运行过程中不锈钢衬里有泄漏和修理的记载，工艺介质与碳钢筒体有接触腐蚀的历史。

2004年7月29日下午装置停运后重新开车，操作状况不太稳定，7月30日凌晨5时40分突然发生尿素合成塔爆破，下封头沿环焊缝断开并被撕裂成两半且飞出100多米远，重约45吨的整段筒体和上封头反方向飞出约300米砸落在厂外公路上，由于路面较硬仅砸入地下2米多，筒体膨胀变形为椭圆状。

尿塔爆破后下封头飞出约100米下封头撕裂的断口飞出约300米的变形筒塔封头与塔体的环焊缝断口尿塔上封头膨胀变形框架和电梯井被毁框架18米楼面设备和管道被毁一、二段蒸发系统被毁据该国保险公司调查结论为材料疲劳所致，理由是该塔运行近20年并且开停车频繁，53mm厚的单层碳钢承筒体环焊缝焊接技术要求未规定焊后热处理消除应力，因此可能存在残余应力腐蚀。

据该国的有关专家怀疑是入塔物料管产生强烈振动造成管口断裂，大量高温高压的化工物料外泄冲刷产生静电引起爆炸，爆炸使尿塔筒体底部深环焊缝断裂，瞬间形成的巨大爆破力将下封头和塔体断成两段，塔体上部飞出近百米，强大的冲击波还将尿素框架和电梯井推毁。

1.3.2单个筒节多层包扎深环焊缝焊接筒体结构的尿素合成塔爆炸事故第一段残留在尿素合成塔的爆炸现场，残留塔体整体向南偏西倾斜约15度第二段破墙而入打入南侧主厂房三层的爆口呈多处不规则断裂一个房间内第三段向北偏东方向飞过一排厂房后，上合成塔第三段环焊缝断口宏观状况封头朝下、筒体朝上斜插入土中，落地点距塔基约90米2005年3月21日山东省平阴县的山东鲁西化工集团第三化肥厂Ø1400mm多层包扎筒体结构尿素合成塔发生爆炸事故，4人死亡，30多人受伤，直接经济损失上千万元。

3月21日中班接班后生产稳定，21时20分左右，尿素合成塔突然发生爆炸并起火，整个尿素车间主框架燃起大火，由十个筒节焊接而成的尿塔塔体断为三段，由上往下第十节在原地与基础连接，第九节向西南方向打入框架二楼楼梯方向，第一节至八节整体向东北方向飞出约86m落至造气车间将外管架上的部分蒸汽、软水、提氢等管道砸断，坠入地下七、八米深，爆炸产生的强烈冲击波使尿素车间主框架遭到严重破坏，并且振毁了生产厂区内的大部分门窗玻璃。

10年前（1995年10月7日）河北省迁安化肥厂Ø1400mm多层包扎筒体结构尿素合成塔曾经发生过此类爆炸，目前国内仍有上千套化肥装置使用这种结构的尿素合成塔。

国内相继两次尿素合成塔事故爆炸的原因众说纷芸：一说“引起尿素合成塔爆炸的原因为塔体材料（包括焊缝）的应力腐蚀开裂，应力腐蚀开裂导致了塔体承载截面积严重下降，尤其是发生在爆炸筒节处环焊缝上侧的应力腐蚀开裂使得该处的承载截面积急剧下降，最终产生快速断裂，引起塔内介质迅速泄漏导致塔内介质爆沸和该筒节的爆炸。

”二说“尿素合成塔爆炸最主要的原因可能是装置进料出了问题，入塔合成的化工原料二氧化碳与氨配比不当最容易产生危险，达到爆炸极限的混合气体通过尿素合成塔塔顶出料阀时，气体与阀门以及出料管壁之间高速摩擦产生静电火花，引起塔内气相空间的混合气体爆炸，然后向下扩散叠加，产生第二次化学爆炸。

”三说“物理性质的爆炸往往选择在设备的薄弱部位，而能量巨大的化学性质爆炸产生的破裂部位并不取决于塔体哪个部位材料强度的差异。

也就是说不在于塔体什么地方薄弱，而是在能量最集中的部位炸开，即使这个部位采用再好的钢板也挡不住这类爆炸的破坏力。

”……2.尿素合成塔的安全生产技术2.1设计与制造目前国内大、中、小型尿素生产装置中的在役尿素合成塔，承压筒体结构主要为多层包扎式和单层厚壁式两种。

多层包扎式筒体衬里又有松衬结构和热套结构之分；单层厚壁式衬里一般采用热套结构。

封头衬里分松衬、爆炸贴紧、带极堆焊等结构。

国内制造尿素合成塔的主要制造厂为南化机和金重，占国内总量的95%，其中南化机又又80%左右份额，这两个厂均采用的是化四院（现五环化学工程公司）的工程标准，尿塔结构均为多层包扎式。

尿素合成塔的设计国内绝大部分采用化四院的技术，即凯洛格大陆工程公司（KC）和斯塔米卡邦公司（StamiCarbon）的技术。

衬里的检漏是纵缝检漏，环缝由于结构原因（堆焊结构）不能进行检漏；少部分尿素合成塔采用意大利Tecniment的技术，衬里环缝采用盖板结构，则衬里环缝可以进行检漏，纵缝不能进行检漏。

尿素合成塔衬里板的材料一般采用牌号为X2CrNiMo18-143mod或材料号1.4435mod（DIN17440等），即316L改良型，焊接材料采用CrNiMo25-22-2型。

焊接材料耐腐蚀性能远远优于母材。

国内所用衬里材料绝大部分采用瑞典AVESTA和日本住友板材，近年来也部分使用了法国板和比利时板材。

2.2使用与维护1995年7月和2005年3月，国内相继发生了2起严重的尿素装置合成塔爆炸事故，造成极为严重的伤亡悲剧和财物损失，因此引起各方面的高度重视。