大型化肥廠尿素高壓設(shè)備腐蝕現(xiàn)狀及對(duì)策

顧金寶

（大慶石化公司化肥廠尿素車間，黑龍江 大慶 163711）

在化肥廠尿素生產(chǎn)的全過程中，由于不同化學(xué)物質(zhì)反應(yīng)產(chǎn)生的環(huán)境變化，以及部分中間過渡產(chǎn)物的腐蝕性，都會(huì)導(dǎo)致尿素生產(chǎn)中高壓設(shè)備面臨不同程度的腐蝕問題。在大型化肥廠高溫、高壓的生產(chǎn)環(huán)境下，尿素高壓設(shè)備由于環(huán)境影響以及化學(xué)物質(zhì)的作用下，設(shè)備的腐蝕程度會(huì)不斷加深，并且尿素高壓設(shè)備落實(shí)防腐蝕研究也是大型化肥廠日常生產(chǎn)管理的重要方向?，F(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)外關(guān)于化肥廠高壓設(shè)備腐蝕問題的研究日趨完善，相關(guān)設(shè)備腐蝕問題的修復(fù)機(jī)制也不斷得到健全。通過對(duì)腐蝕現(xiàn)狀展開全面的分析，提出大型化肥廠尿素生產(chǎn)的有效防范策略，是從根本上提高化肥廠尿素生產(chǎn)效率、提升企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的重要措施。

1 尿素高壓設(shè)備腐蝕分析

1.1 尿素生產(chǎn)的腐蝕機(jī)理

由于設(shè)備腐蝕問題的存在可能會(huì)導(dǎo)致工藝流程下不同物質(zhì)對(duì)設(shè)備以及反應(yīng)環(huán)境產(chǎn)生化學(xué)性因素的影響，具體所帶來的影響主要是在生產(chǎn)過程中由于電化學(xué)腐蝕的作用效果而產(chǎn)生的一系列影響，由于中間類的化學(xué)物質(zhì)所產(chǎn)生的化學(xué)性腐蝕問題在很大程度上會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)物表面出現(xiàn)較大的問題，而且各類化學(xué)性腐蝕問題的存在也會(huì)導(dǎo)致尿素生產(chǎn)過程中的生產(chǎn)效益和產(chǎn)量受到影響。大型化肥廠現(xiàn)有技術(shù)下生產(chǎn)尿素的方法上各類生產(chǎn)過程中的中間物質(zhì)所產(chǎn)生的化學(xué)性腐蝕問題主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（1）由于反應(yīng)階段內(nèi)金屬表面的氧化膜會(huì)由于外部因素的影響而產(chǎn)生的不同程度的鈍化作用，這一問題是造成尿素生產(chǎn)過程中高壓設(shè)備腐蝕的主要因素。

（2）氰酸根類物質(zhì)具有較強(qiáng)的還原性，在尿素生產(chǎn)過程中，各類氰酸根物質(zhì)的存在會(huì)對(duì)金屬表面鈍化膜的形成產(chǎn)生影響，導(dǎo)致金屬出現(xiàn)活化腐蝕的問題，嚴(yán)重的情況下，還會(huì)在短期內(nèi)導(dǎo)致高壓設(shè)備外壁出現(xiàn)穿透性的損傷。

（3）氨類物質(zhì)會(huì)與不銹鋼等各類金屬元素產(chǎn)生反應(yīng)，反應(yīng)過程中的絡(luò)合物也會(huì)導(dǎo)致金屬表面的氧化膜被磨壞，并且其本身的質(zhì)量難以得到有效控制，金屬表面氧化膜的形成會(huì)因此而受阻。

（4）在尿素生產(chǎn)過程中，尿素甲胺液作為反應(yīng)物，在高壓設(shè)備中，不銹鋼本身會(huì)與高壓設(shè)備以及生產(chǎn)中的產(chǎn)物介質(zhì)出現(xiàn)羰基化反應(yīng)，促使在反應(yīng)過程中產(chǎn)生中間類的羰基化合物，這部分物質(zhì)的存在會(huì)出現(xiàn)不同介質(zhì)條件下的腐蝕作用，并且尿素甲胺液中包括的各類成分，典型的包括銨根離子、碳酸根離子等，這部分離子會(huì)在高溫高壓的外部條件下分解為強(qiáng)電解質(zhì)。

1.2 尿素高壓設(shè)備腐蝕特點(diǎn)與類型

尿素生產(chǎn)的各個(gè)階段內(nèi)，不同類型的高壓設(shè)備在實(shí)際應(yīng)用過程中會(huì)由于化學(xué)反應(yīng)階段產(chǎn)生的各類物質(zhì)造成一般性的腐蝕效果。還可能會(huì)由于不同反應(yīng)區(qū)域內(nèi)的反應(yīng)過程中不同而出現(xiàn)局部腐蝕的問題，具體包括以下幾個(gè)方面。（1）高壓設(shè)備所產(chǎn)生的均勻性腐蝕往往會(huì)導(dǎo)致金屬表面出現(xiàn)光澤性減弱的情況，此時(shí)，尿素的生產(chǎn)環(huán)境中氧氣含量較低，且實(shí)際溫度相對(duì)較高，甲胺液濃度偏高的情況下產(chǎn)生。（2）縫隙與點(diǎn)蝕縫隙發(fā)生腐蝕問題的存在也較為常見，一般而言，這種問題的存在在很大程度上是由于腐蝕口出現(xiàn)在金屬表面特定接口的位置上，由于其他區(qū)域產(chǎn)生了較多的氧化物，且這部分氧化物屬于鈍態(tài)條件，氧化物的保護(hù)膜所產(chǎn)生的腐蝕效果會(huì)由于縫隙的存在而出現(xiàn)進(jìn)一步的腐蝕，金屬表面產(chǎn)生的腐蝕效果也會(huì)在這一基礎(chǔ)上不斷加深。這種問題的存在也會(huì)導(dǎo)致尿素高壓設(shè)備出現(xiàn)均勻腐蝕。（3）晶間腐蝕問題的發(fā)生更多的是由于在晶間內(nèi)由于生產(chǎn)階段的影響出現(xiàn)了產(chǎn)生腐蝕的物質(zhì)。這種腐蝕的問題一般不會(huì)導(dǎo)致高壓設(shè)備出現(xiàn)明顯的變化。（4）選擇性腐蝕問題是大部分條件下腐蝕最嚴(yán)重的情況，由于焊縫在甲胺液中混合作用效果下，所帶來的選擇性腐蝕所涉及的覆蓋面較為廣泛，且能夠?qū)嶋H影響焊縫本身的性質(zhì)特點(diǎn)。（5）應(yīng)力腐蝕，應(yīng)力腐蝕主要是由于腐蝕本身對(duì)高壓設(shè)備產(chǎn)生的影響，在外部應(yīng)力的作用下，設(shè)備本身會(huì)出現(xiàn)較大的腐蝕作用效果，且由于局部裂紋的存在導(dǎo)致尿素在實(shí)際生產(chǎn)的各個(gè)階段內(nèi)會(huì)由于外部壓力的作用出現(xiàn)壓力不恒定的表現(xiàn)，并且各類交變壓力的存在也會(huì)導(dǎo)致后續(xù)腐蝕面積的不斷擴(kuò)大。（6）疲勞腐蝕主要是由于應(yīng)力以及腐蝕介質(zhì)共同作用下對(duì)金屬表面產(chǎn)生裂紋進(jìn)一步產(chǎn)生侵?jǐn)_的情況，導(dǎo)致晶間裂紋的產(chǎn)生。（7）冷凝腐蝕指在冷凝工藝步驟中，由于溫度的變化會(huì)導(dǎo)致尿素生產(chǎn)過程中出現(xiàn)甲胺冷凝液，這一物質(zhì)會(huì)導(dǎo)致腐蝕的問題發(fā)生。

1.3 尿素生產(chǎn)各環(huán)節(jié)對(duì)尿素高壓設(shè)備腐蝕的影響

在一般正常生產(chǎn)的過程中，大型化肥廠現(xiàn)有技術(shù)下生產(chǎn)尿素的工藝流程中涉及的工藝步驟較多，并且高壓設(shè)備的腐蝕性也會(huì)由于溫度、時(shí)間的變化而出現(xiàn)較大的改變，具體包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容。

（1）如果溫度較高，且溫度超標(biāo)的情況較大，持續(xù)的時(shí)間越長(zhǎng)，就會(huì)對(duì)高壓設(shè)備產(chǎn)生較為嚴(yán)重的腐蝕效果。

（2）氨碳比得到改變也會(huì)造成高壓設(shè)備出現(xiàn)腐蝕的作用，由于氨本身會(huì)對(duì)反應(yīng)溶液中的pH 值產(chǎn)生影響，這種pH 的變化會(huì)導(dǎo)致氰酸、氰酸氨的產(chǎn)生，這種問題可以有效降低腐蝕問題的發(fā)生，最大化提升氨碳比例的升高，最大化提升腐蝕控制的反應(yīng)效果。

（3）水碳比，精確實(shí)現(xiàn)水碳比的控制在很大程度上可以減少不同外部介質(zhì)對(duì)設(shè)備產(chǎn)生的腐蝕問題。

（4）甲胺液的濃度變化腐蝕的效果也會(huì)有所不同，當(dāng)甲胺濃度增加的情況下，溫度越高，則會(huì)導(dǎo)致腐蝕介質(zhì)進(jìn)一步增強(qiáng)，腐蝕程度也會(huì)有所下降。

（5）氯離子在尿素生產(chǎn)過程中會(huì)形成蒸汽、甲胺液，這些外部因素的存在會(huì)導(dǎo)致冷凝過程中氯離子含量的變化，也可以有效減輕對(duì)高壓設(shè)備的腐蝕問題。在一般作業(yè)條件下，此時(shí)如果通過停工的方式進(jìn)行生產(chǎn)控制，必然會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)中涉及的液體會(huì)在高壓系統(tǒng)中滯留，此時(shí)，通過有效的操作和維護(hù)能夠減少設(shè)備由于外部介質(zhì)的影響而產(chǎn)生的腐蝕作用，也會(huì)導(dǎo)致封塔過程中鎳含量的全面提高，鎳含量高于正常水平時(shí)，系統(tǒng)開工階段，高壓設(shè)備在常溫狀態(tài)下也會(huì)對(duì)設(shè)備材料的構(gòu)成產(chǎn)生影響，相應(yīng)的熱膨脹系數(shù)也會(huì)產(chǎn)生較大的波動(dòng)性變化。

2 尿素高壓設(shè)備腐蝕現(xiàn)狀

2.1 高壓冷凝反應(yīng)器

冷凝機(jī)器人在高壓的條件下孔密封面所采用規(guī)格是固定的，并且密封面長(zhǎng)期會(huì)處于穩(wěn)定的正常狀態(tài)，并且具體表現(xiàn)中高壓設(shè)備會(huì)出現(xiàn)銀白色的變化，相應(yīng)的光澤度也能夠符合正常的尿素生產(chǎn)條件。在管筒箱內(nèi)，人孔密封面材料與襯里保持相同，表面所產(chǎn)生的腐蝕變化情況外觀上為棕褐色，厚度最高的位置為8.2mm 作用，此時(shí)的狀態(tài)屬于正常水平。當(dāng)換熱管管頭以及管身在焊接位置上具有較高的光澤度，腐蝕情況為高壓設(shè)備的正常均勻腐蝕。

2.2 汽提塔

汽提塔上部氣相位置上冷凝腐蝕的問題相對(duì)較為嚴(yán)重，由于人孔大蓋的襯里在反應(yīng)的過程中往往會(huì)表現(xiàn)出棕褐色的變化，在人孔大蓋的影響下，耐腐蝕堆焊層也會(huì)出現(xiàn)局部腐蝕的問題，表面整體呈現(xiàn)出棕褐色的狀態(tài)，此時(shí)，腐蝕情況也為均勻腐蝕，管筒體襯里的厚度在最厚的位置上為8.7mm，最薄的位置上洪都為8.2mm，此時(shí)屬于正常標(biāo)準(zhǔn)。氣相區(qū)襯里表面會(huì)存在致密度不高的氣相垢層，管箱筒體襯里、堆焊層都會(huì)出現(xiàn)這一情況，此時(shí)，腐蝕狀態(tài)為均勻腐蝕，襯里焊縫表面的顏色為銀白色，在這種情況下的焊道相對(duì)清晰，且保持正常的狀態(tài)，管板的耐腐蝕效果良好，腐蝕整體的覆蓋面較為均勻，但是從整體上來看，分布器的管頭位置上存在較大的相對(duì)腐蝕，局部腐蝕情況的出現(xiàn)也會(huì)導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)棕褐色的變化。

2.3 尿素合成塔

一般情況下，尿素合成塔中選擇的材料規(guī)格相對(duì)固定，且考慮到設(shè)備材料規(guī)格表面的平滑度不足，導(dǎo)致材料本身會(huì)出現(xiàn)棕褐色的變化，在生產(chǎn)過程中的氣相區(qū)域內(nèi)表現(xiàn)出分布均勻的腐蝕狀態(tài)，并且在表面出現(xiàn)了氣相垢層的不均勻覆蓋問題，液相區(qū)表面的光澤度較高，出現(xiàn)了銀白色的表現(xiàn)，并且腐蝕的分布情況較為均勻，腐蝕的表面具有較高的光澤度，呈現(xiàn)出銀白色的狀態(tài)，腐蝕狀態(tài)表面均勻且正常。

3 尿素高壓設(shè)備防止腐蝕的有效措施

3.1 選擇合適的設(shè)備材料

根據(jù)大型化肥廠尿素生產(chǎn)的特點(diǎn)，在尿素實(shí)際生產(chǎn)過程中，設(shè)備材料的變化會(huì)對(duì)設(shè)備本身產(chǎn)生較嚴(yán)重的腐蝕影響，在外部影響因素的作用下，尿素高壓設(shè)備在實(shí)際選型的過程中，需要在前期確定材料是否具有較高水平的耐腐蝕效果，并且盡可能選用尿素級(jí)的不銹鋼材料作為主要設(shè)備，并且優(yōu)化設(shè)備本身的耐腐蝕控制效果，結(jié)合化肥廠尿素高壓控制的腐蝕情況，在實(shí)際材料選用階段，可以對(duì)防止腐蝕的材料進(jìn)行應(yīng)用，包括各類耐腐蝕堆焊層、球封頭都會(huì)出現(xiàn)不同程度的局部腐蝕，腐蝕狀態(tài)正常且均勻，在設(shè)備材料選擇的過程中，可以考慮采用尿素級(jí)的不銹鋼材料，最大化提升尿素高壓設(shè)備的耐腐蝕作用效果，提升設(shè)備的使用壽命以及尿素的生產(chǎn)效益。

3.2 嚴(yán)格把控設(shè)備制造過程

在設(shè)備生產(chǎn)制造的過程中，可以考慮通過有效的方法全面加強(qiáng)設(shè)備材料的質(zhì)量控制，最大化加強(qiáng)材料以及相關(guān)設(shè)備的復(fù)核控制效果，維持尿素生產(chǎn)設(shè)備材料質(zhì)量的控制應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)以及基本條件，并且在后續(xù)的焊接質(zhì)量控制中，應(yīng)該按照材料本身的含量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行高精度的控制優(yōu)化，在標(biāo)準(zhǔn)低于3%的情況下，可以有效避免焊接缺陷問題的產(chǎn)生。在不銹鋼材料進(jìn)行帶極焊接的過程中，換熱管、堆焊、手工焊接以及帶極堆焊操作都需要按照標(biāo)準(zhǔn)工藝的評(píng)定要求選取具有施工資質(zhì)的焊接工人進(jìn)行操作，結(jié)合管箱中出現(xiàn)局部腐蝕問題的襯里狀態(tài)，在實(shí)際設(shè)備生產(chǎn)制造階段，采用有效的方式提升金屬保護(hù)的應(yīng)用效果，減少金屬襯里表面的損傷效果，最大化減少高壓設(shè)備的外部腐蝕情況。

3.3 尿素生產(chǎn)開停車過程

在工藝施工流程開始前，可以考慮通過注入純氧或者雙氧水對(duì)高壓設(shè)備表面進(jìn)行處理，從而提升設(shè)備表面的含氧量，促進(jìn)金屬表面氧化膜的形成，確保尿素生產(chǎn)高壓設(shè)備的表面保持在鈍化的狀態(tài)，在實(shí)際操作過程中，可以減少耐腐蝕介質(zhì)以及金屬表面的變化情況，最大化提升設(shè)備的耐腐蝕效果。在停止生產(chǎn)封塔的過程中，可以對(duì)高壓系統(tǒng)的含氧量進(jìn)行增加，在有效控制封塔時(shí)間的基礎(chǔ)上，控制在24h 以內(nèi)實(shí)現(xiàn)尿素生產(chǎn)的嚴(yán)格控制管理，最大化減少管理階段的控制時(shí)間投入，減少管理的停車次數(shù)，滿足尿素生產(chǎn)停車過程的控制應(yīng)用效果。

3.4 設(shè)備運(yùn)行中的防腐措施

尿素在生產(chǎn)控制階段內(nèi)，采用標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)備參數(shù)控制手段可以精確調(diào)整溫度的大小參數(shù)值，并且確保系統(tǒng)在整個(gè)運(yùn)行過程中具備良好的穩(wěn)定性和可控性。

和尿素中間產(chǎn)物腐蝕效果的可控性，具體可以在系統(tǒng)中階段性增加純氧或者雙氧水，從而提高高壓設(shè)備本身的耐腐蝕效果，提升系統(tǒng)的水碳比、氨碳比，將氧氣含量保持在0.6%濃度以內(nèi)，從而確保不銹鋼設(shè)備的表面可以產(chǎn)生相對(duì)性質(zhì)穩(wěn)定的鈍化膜，在此基礎(chǔ)上，減少尿素生產(chǎn)過程中對(duì)設(shè)備的腐蝕作用效果。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，目前生產(chǎn)過程中大部分化肥廠在尿素生產(chǎn)過程中選擇高壓設(shè)備是生產(chǎn)質(zhì)量的重要保障，但是由于尿素生產(chǎn)階段由于各類化學(xué)物質(zhì)的影響，尿素高壓設(shè)備本身的耐腐蝕效果無法得到維持，尿素在生產(chǎn)階段的經(jīng)濟(jì)效益也無法得到有效保障。因此，尿素廠應(yīng)該建立標(biāo)準(zhǔn)化的防腐管理方法，確保設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)長(zhǎng)期穩(wěn)定的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)設(shè)備使用壽命的提升以及應(yīng)用效果的全面優(yōu)化，從根本上保障尿素生產(chǎn)的穩(wěn)定進(jìn)行具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。