尿素合成塔腐蝕及應(yīng)對(duì)措施探究

王培寶

山東華魯恒升化工股份有限公司

尿素合成塔腐蝕及應(yīng)對(duì)措施探究

王培寶

山東華魯恒升化工股份有限公司

尿素合成塔是尿素生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備，只有充分認(rèn)識(shí)和掌握尿素合成塔的腐蝕規(guī)律和影響因素，才能減緩或避免一些不必要的腐蝕情況發(fā)生。因此在實(shí)際應(yīng)用過程中需要相關(guān)工作人員充分認(rèn)識(shí)影響尿素合成塔的腐蝕因素，有針對(duì)性的采取措施進(jìn)行控制，從而控制設(shè)備的防腐，保障設(shè)備正常運(yùn)行。基于此本文分析了尿素合成塔腐蝕及應(yīng)對(duì)措施。

尿素合成塔；腐蝕；應(yīng)對(duì)措施

1、尿素合成塔的腐蝕情況

尿素的腐蝕從大體上可分為兩種：均勻腐蝕和局部腐蝕。均勻腐蝕表現(xiàn)為尿素合成塔內(nèi)部襯里的均勻腐蝕，一般是內(nèi)襯里母材的均勻腐蝕和焊縫的均勻腐蝕，雖有較大面積的質(zhì)量損失，但相對(duì)而言危險(xiǎn)性較小。局部腐蝕表現(xiàn)為尿素合成塔中金屬表面某些區(qū)域的不均勻腐蝕，如尿素合成塔頂?shù)追忸^的環(huán)焊帶部位、合成塔上封頭的人孔處等，腐蝕的分布和深度都是不均等的，因此常會(huì)在整個(gè)設(shè)備看似正常的情況下發(fā)生局部穿孔或破裂，從而導(dǎo)致嚴(yán)重事故，危險(xiǎn)性較大。

2、尿素合成塔的腐蝕原因分析

2.1 溫度

介質(zhì)溫度對(duì)設(shè)備腐蝕的影響十分明顯。這是由于溫度的升高可以增加金屬活化態(tài)和鈍化態(tài)的腐蝕速率，使不銹鋼的鈍化區(qū)變窄，加速材質(zhì)的活化。即加速了陰極、陽(yáng)極的氧化還原過程，從而提高了設(shè)備的腐蝕速率。在165℃以下時(shí)，溫度變化對(duì)不銹鋼腐蝕的影響較小。但溫度在165℃-200℃時(shí)，腐蝕速率將增加3-4倍。由于不銹鋼的材料不同，其耐高溫的區(qū)別也比較大。

操作溫度對(duì)設(shè)備腐蝕的影響很大，當(dāng)操作溫度超過設(shè)計(jì)溫度，即使只有1℃-2℃，設(shè)備的腐蝕增加也非常明顯。判斷設(shè)備腐蝕程度的大小，一般根據(jù)介質(zhì)中的鐵、鎳含量高低進(jìn)行判斷。當(dāng)介質(zhì)中的鐵、鎳含量增高，說明設(shè)備的腐蝕情況呈加劇趨勢(shì)應(yīng)及時(shí)查找原因，使其盡快恢復(fù)正常。

2.2 氨碳比(摩爾比)

氨碳比升高，有利于減緩設(shè)備的腐蝕，這是由于在氨碳比較高時(shí)，系統(tǒng)pH值升高，使系統(tǒng)的酸性降低，從而減少了COONH2-和CNO-在介質(zhì)中的濃度和停留時(shí)間。

高氨碳比可以減緩設(shè)備腐蝕，在氨汽提和二氧化碳汽提兩種不同的工藝對(duì)比中可以證實(shí)。氨汽提工藝由于設(shè)計(jì)氨碳比為3.56，而二氧化碳汽提工藝設(shè)計(jì)的氨碳比為2.89。操作溫度相同，都是塔頂溫度不超過188℃。正常運(yùn)行時(shí)二氧化碳汽提工藝設(shè)備的腐蝕速率一般也比氨汽提工藝的年腐蝕速率高。停車封塔時(shí)，封塔時(shí)間二氧化碳汽提工藝要求一般不允許超過24h，而氨汽提工藝一般可封塔48h以上。

2.3 甲銨液的濃度

甲銨液的濃度愈高，設(shè)備的腐蝕性愈強(qiáng)。甲銨液濃度較高時(shí)，介質(zhì)中離子數(shù)量相對(duì)增多，由于離子的強(qiáng)還原性，使金屬表面鈍化膜不斷被破壞，增加了設(shè)備的腐蝕程度。在尿素甲銨溶液中，尿素的腐蝕程度一般較小，導(dǎo)致設(shè)備腐蝕的主要原因是溶液中甲銨組分。如尿素蒸發(fā)系統(tǒng)中，由于甲銨液的濃度比較低，雖然尿液濃度比較高，但介質(zhì)腐蝕性并不太強(qiáng)，所以蒸發(fā)系統(tǒng)一二段分離器等設(shè)備材質(zhì)僅選用一般的以不銹鋼即可滿足生產(chǎn)的需要。

2.4 介質(zhì)流速

介質(zhì)流速是導(dǎo)致沖刷腐蝕的主要因素之一。為減緩沖刷腐蝕，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)適當(dāng)增大管徑，以減緩介質(zhì)在設(shè)備內(nèi)的流速，以高負(fù)荷狀態(tài)下不致于使金屬表面的鈍化膜受到破壞為原則。在氣汽液共存的列管或管道內(nèi)，由于介質(zhì)對(duì)管壁的沖蝕更為嚴(yán)重，設(shè)計(jì)中需要充分考慮這些因素。

3、應(yīng)對(duì)措施

3.1 焊縫、堆焊層及母材缺陷的修復(fù)

對(duì)于針孔、腐蝕坑等缺陷，用風(fēng)動(dòng)砂輪打磨，去除表面的雜渣，直至全部露出金屬光澤。對(duì)于深度小于2mm表面光滑的腐蝕部位視情況可不作處理。焊接工藝上采用手工電焊，焊條選用25-22-2LMn規(guī)格，焊后進(jìn)行鐵素體測(cè)定、滲透檢測(cè)，焊后表面不得有裂紋、氣孔夾渣等缺陷。

3.2 人孔密封面的修復(fù)

人孔密封面縫隙腐蝕較深時(shí)，應(yīng)打磨至缺陷消除，然后用丙酮清洗干凈，采用焊絲氬弧焊堆焊，在補(bǔ)焊部位兩側(cè)用0.05mm的不銹鋼皮覆蓋加以保護(hù)，堆焊部位要高于原密封面1～2mm，堆焊層分兩層焊完。焊后作滲透檢測(cè)，補(bǔ)焊后先用風(fēng)動(dòng)砂輪粗磨，然后用油石進(jìn)行精研，不斷用紅丹粉著色檢查平整情況，直到符合要求。

3.3 襯里拆除及修復(fù)

一般在拆除舊襯里過程中，經(jīng)常使用碳弧氣刨，碳弧在穿透襯里后容易傷及碳鋼基層，造成基層表面產(chǎn)生大量裂紋。此時(shí)應(yīng)采用邊滲透檢測(cè)邊打磨的方法，直至裂紋消除。盡管如此，仍然給設(shè)備帶來一定的安全隱患。襯里在滲透檢測(cè)合格后進(jìn)行中間焊及蓋面焊，焊接完成后作鐵素體測(cè)定，合格后進(jìn)行表面酸洗鈍化，必要時(shí)還需進(jìn)行氨滲漏檢查。

3.4 保障尿素合成塔安全運(yùn)行

在尿素裝置開車和停車過程中，嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)程，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際制定具體措施。

(1)在設(shè)備運(yùn)行中加強(qiáng)巡檢，制定可行的檢漏方案，每周檢查一次檢漏孔是否暢通，并記錄存檔。(2)嚴(yán)格控制尿素合成塔溫度在190℃以下，高壓系統(tǒng)壓力控制在15.2Mpa以下。適當(dāng)提高氨碳比，控制在3.3～3.8，降低水碳比。(3)每周檢查尿素合成塔出液、尿素產(chǎn)品鐵、鎳含量，控制標(biāo)準(zhǔn)Fe≤0.6×10-6、Ni≤0.2×10-6。(4)封塔時(shí)間一般不超過24 h；封塔后開車運(yùn)行不足8 h，再次封塔時(shí)間不得超過12 h，否則排塔。(4)目前，天然氣供給量不足，負(fù)荷較低，嚴(yán)重影響尿素產(chǎn)量，高壓系統(tǒng)設(shè)備襯里腐蝕加重，因此，加減負(fù)荷時(shí)要按操作規(guī)程進(jìn)行，儀表要保證溫度、壓力、液面指示準(zhǔn)確，避免系統(tǒng)較大波動(dòng)，確保安全穩(wěn)定運(yùn)行。(5)對(duì)入塔原料二氧化碳中硫化物含量進(jìn)行嚴(yán)格控制。硫化物的含量過高時(shí)，不銹鋼將無法發(fā)生鈍化，即鈍化膜將無法生成，這樣將會(huì)大大加速設(shè)備被腐蝕，從而導(dǎo)致無法開工生產(chǎn)。

總之，尿素甲銨溶液具有強(qiáng)腐蝕性，濃度愈高溫度愈高，對(duì)設(shè)備腐蝕愈強(qiáng)，因此需要進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)其的研究，并采取有效的措施進(jìn)行優(yōu)化，從而確保設(shè)備的正常運(yùn)行。

[1]徐曉丹，馬歆，謝毅.國(guó)內(nèi)外尿素合成塔失效原因及缺陷現(xiàn)狀調(diào)查[J].化工進(jìn)展，2012，S2：31-35.

[2]朱強(qiáng)，李召顯.尿素合成塔襯里缺陷處理及溫度和壓力控制[J].設(shè)備管理與維修，2011，12：16-17.