淺析尿素合成塔的腐蝕特點與防腐蝕措施

王培寶

山東華魯恒升化工股份有限公司

淺析尿素合成塔的腐蝕特點與防腐蝕措施

王培寶

山東華魯恒升化工股份有限公司

中型尿素生產(chǎn)企業(yè)的尿素合成塔（以下簡稱合成塔），尿素合成塔是尿素生產(chǎn)裝置的關(guān)鍵核心設(shè)備，其主要就在工作壓力為15.5MPa，工作溫度為185T，工作介質(zhì)為尿素、氨基甲酸銨、氨、二氧化碳、氧、氮、水、蒸汽等物料環(huán)境下運行，極易產(chǎn)生襯里腐蝕，影響合成塔的使用壽命，為生產(chǎn)的安全運行帶來隱患。因此，預(yù)防合成塔的腐蝕越來越多受到業(yè)內(nèi)人士的關(guān)注，本文主要就對預(yù)防合成塔的腐蝕及應(yīng)對措施做試探討性論述。

尿素合成塔；腐蝕特點；防腐蝕措施

1 尿素合成塔的腐蝕特點

尿素合成塔整體表現(xiàn)為內(nèi)部襯里的均勻腐蝕。但從整個合成塔所涵蓋的腐蝕類別來看，尿素合成塔中包括的腐蝕類別很多，除整個襯里的均勻腐蝕外，還有其他多種腐蝕形式:尿素合成塔頂?shù)追忸^的環(huán)焊帶部位，經(jīng)常出現(xiàn)針孔腐蝕;固定合成塔出液管線上的卡子及相關(guān)部件經(jīng)常出現(xiàn)磨蝕;襯里焊縫的邊沿處由于焊接時母材受溫度的影響，導(dǎo)致局部貧鉻等，運行幾年后，就會出現(xiàn)刀狀腐蝕;合成塔上封頭的入孔處存在垢下腐蝕;由于保溫不好也有一定的冷凝腐蝕;合成塔塔盤與塔壁的環(huán)隙之間存在著一定的沖刷腐蝕等。

尿素合成塔的均勻腐蝕情況，由于各廠使用材質(zhì)不同和尿素生產(chǎn)工藝不同，合成塔的年腐蝕速率也各不相同。對于二氧化碳汽提尿素生產(chǎn)工藝而言，在合成塔的襯里使用316L材質(zhì)時，其腐蝕速率一般為0.3mm/a，在80%左右的負(fù)荷下運行時，腐蝕率一般在0.08mm/a以下。而使用同樣材質(zhì)，在氨汽提工藝中，在合成塔的襯里使用316LMOD材質(zhì)時，尿素合成塔的年腐蝕速率一般為0.1mm/ a-0.2mm/a。這主要是兩種工藝控制不一致的結(jié)果。例如，某尿素合成塔由簡體、上下封頭和塔板組成。合成塔頂部設(shè)置1入孔；塔板共15層；簡體多多層包扎結(jié)構(gòu)，最里面為襯里（耐腐蝕層），厚度8mm；其次是內(nèi)筒，厚度20mm；外面是卷焊層，共13層，由單層厚度為8mm的層板卷焊而成；上、下封頭內(nèi)表面堆焊耐腐蝕層。

2 尿素合成塔的腐蝕原因分析

1）工藝介質(zhì)對設(shè)備腐蝕的影響，在尿素合成塔內(nèi)發(fā)生的反應(yīng)，化學(xué)反應(yīng)如下：2NH3+CO2→NH2COONH4→CO（NH2）2+H2O，生成了中間產(chǎn)物——氨基甲銨，而氨基甲銨溶液在高溫、高壓下有很強的腐蝕性。同時，合成的尿素又會分解成氰酸和氰酸銨，兩者都會在水中發(fā)生電離反應(yīng)，電離出的氰酸根有強還原性，從而與合成塔內(nèi)不銹鋼表面的氧化膜發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致合成塔受腐蝕。

2）溫度操作對設(shè)備腐蝕的影響。介質(zhì)對不銹鋼的影響隨著溫度的變化而變化。以316升的合成塔為例，當(dāng)溫度較低時，容易使不銹鋼發(fā)生鈍化，介質(zhì)對不銹鋼的影響隨著溫度的變化而變化。當(dāng)溫度較高，高于190度時，溶液中溶解的氧含量急速下降，介質(zhì)對不銹鋼的腐蝕速度突飛猛進。

3）氧含量對設(shè)備腐蝕的影響，氧含量對設(shè)備的耐腐蝕性有著舉足輕重的地位，主要體現(xiàn)在兩方面：氧含量的濃度若達不到形成鈍化膜的最低濃度，這時氧化膜將破壞，加速對不銹鋼的腐蝕；反應(yīng)產(chǎn)生的中間產(chǎn)物氨基甲銨溶液是一種具有還原性的酸性沉淪，氧的加入，能使溶液的性質(zhì)發(fā)生轉(zhuǎn)變，具有氧化性，大大降低對不銹鋼的腐蝕。

4）原料氣二氧化碳中硫化物含量對設(shè)備腐蝕的影響，原料氣二氧化碳。電離出硫離子，硫離子不僅與不銹鋼的氧化膜發(fā)生反應(yīng)，而且還與水中的氧發(fā)生氧化還原反應(yīng)。從而導(dǎo)致不銹鋼的腐蝕速度加快。

3 尿素合成塔腐蝕影響因素及對策

對設(shè)備腐蝕機理進行分析以后可知，影響設(shè)備腐蝕過程的主要包括材料因素和工藝操作兩個方面，為提高設(shè)備的使用壽命，應(yīng)對工藝操作進行改進和控制。

3.1 操作溫度。溫度對設(shè)備腐蝕的影響較為明顯，一般情況下，反應(yīng)每增加10℃，腐蝕就會加快一倍；溫度對反應(yīng)的影響還表現(xiàn)在高溫能增加活化態(tài)的金屬，從而加速材料的活化反應(yīng)。不同材料對溫度的要求不同，在生產(chǎn)中應(yīng)按照相關(guān)規(guī)定控制反應(yīng)溫度。一般來說，合成塔溫度應(yīng)控制在185℃以下，而汽提塔內(nèi)操作溫度應(yīng)控制在175℃以下。在確保溫度不超的情況下，適當(dāng)調(diào)節(jié)壓力，以提高汽提塔內(nèi)甲銨的分解率。

3.2 氨/碳比COONH2–和CNO–還原性較強，當(dāng)溶液中氨氣含量增加時，溶液的酸性減弱，堿性增強，設(shè)備腐蝕速率會降低。因此，在合成系統(tǒng)中可適當(dāng)增加氨/碳比，降低腐蝕速率。

3.3 工藝中含氧量的控制。尿素合成塔腐蝕的根本原因是由于還原性物質(zhì)與氧化膜反應(yīng)，使氧化膜的保護功能失效，因此為了保障設(shè)備材料表面氧化膜能正常發(fā)揮其保護功能，應(yīng)充分保證系統(tǒng)內(nèi)的含氧量。在升溫鈍化階段，要提高鈍化的質(zhì)量和時間，保障鈍化的有效性；另外要嚴(yán)格控制二氧化碳的含量，切忌少氧、斷氧的情況發(fā)生。

3.4 提高設(shè)備管理水平。1)加強設(shè)備的維護在設(shè)備運行期間，要做好合成塔的維護和檢查工作。加強設(shè)備氣相區(qū)死角部位的保溫措施，否則會使氨氣、二氧化碳在這些部位冷凝，從而加快設(shè)備的腐蝕；堅決杜絕設(shè)備直接接觸油類或者含氯離子類物質(zhì)；不允許對設(shè)備采用驟升、驟降的操作方式改變溫度。2)停車期間的防腐蝕措施設(shè)備在停車期間若不進行防腐蝕，有可能給設(shè)備帶來嚴(yán)重的危害，其危害程度比正常運轉(zhuǎn)幾個月產(chǎn)生腐蝕都要嚴(yán)重，這是一定要避免的。停車期間可采取的防腐措施有控制封塔時間，正常停車控制在12h以內(nèi)，緊急停車控制在8h以內(nèi)；若封塔后開車不足24h，則再次停車封塔時間應(yīng)控制在4h以內(nèi)；計劃停車前，可提前增加入系統(tǒng)氨量，提高氨碳比，降低設(shè)備的腐蝕速度。

結(jié)語

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。工藝操作人員也只有在充分認(rèn)識影響尿素合成塔的腐蝕因素之后，在正常生產(chǎn)和停車處理中，才能避免盲目操作，杜絕設(shè)備嚴(yán)重腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生。

[1]張生彪.尿素合成塔腐蝕及應(yīng)對措施探究[J].現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè),2011, 19:268.

[2]李世華,景斌,唐小松.尿素高壓設(shè)備的腐蝕特點和防腐蝕措施[J].瀘天化科技,2011,03:188-192.