高压甲铵冷凝器列管穿孔原因及防范

尚玉生王海全刘超锋

（1、晋城市特种设备监督检验所 晋城 048000；2、郑州轻工业学院装控系 河南省表界面科学重点实验室 郑州 450002）

1 引言

高压甲铵冷凝器是化工企业生产尿素的重要设备之一，能否长周期稳定运行关系到企业的生产效益。山西省天脊中化高平化工公司尿素装置高压甲铵冷凝器由大连冰山集团金州重型机器厂生产制造的,由上、下管箱和低压壳体构成的立式列管换热器。其中，管程为高压系统，介质在列管中化学反应放出大量热量，被壳侧的低压沸腾水吸收，产生的低压蒸汽供系统使用。其衬里及换热管采用X2CrNiMo25-22-2不锈钢制造。

此设备在运行过程中存在超温、加负荷困难等诸多影响，因此，在2010年3月份，利用系统大修机会聘请大连松海石化检修工程有限公司技术人员采用涡流技术对其进行全面检查。检查结果是：列管有116根不同程度的腐蚀穿透现象，其中115根换热管腐蚀部位在下管板100mm处，1根换热管腐蚀部位在上管板200mm处，而且在列管与下管板连接处由较多的淤积物。

充分认识并掌握高压甲铵冷凝器列管穿孔的规律及各种影响因素，并加以精心操作和准确的判断，才能够保证设备的高出力率并有效的降低或避免一些不必要的腐蚀穿孔情况发生，使尿素系统安全稳定长周期运行。

2 腐蚀原因分析

2.1 水碳比影响列管腐蚀

水碳比超过允许范围0.43～0.5，列管的应力腐蚀会加重。显然，系统水碳比增高意味着系统的水量偏多，溶液浓度过小，使NH4COONH2和NH4CNO的解离度过大，溶液中的氨基甲酸根COONH2-和氰酸根离子CNO-数量过多，造成介质对金属的腐蚀加速。

2.2 甲铵液浓度影响列管腐蚀

甲铵液浓度过高，对列管的腐蚀性愈强。此时，介质中COONH2-含量过多，而且COONH2-具有很强的还原性，使金属表面钝化膜在工艺介质的不断冲刷下逐渐被破坏，从而增加了列管的腐蚀程度。

2.3 工艺介质中硫含量影响列管腐蚀

硫具有强还原性。原料CO2气体或空气中的硫，无论以有机硫（主要是COS）还是无机硫（H2S）的形式进入设备内，在高温、高压下进行水解和一系列氧化还原反应后，最终的结果都会把金属氧化膜破坏，从而使金属表面产生严重的活化腐蚀。

2.4 工艺介质中Cl-含量影响列管腐蚀

当工艺介质中大量的Cl-聚集在金属表面时，极易产生应力腐蚀，从而导致列管裂纹或破裂。所以在生产过程中要严格控制工艺介质中Cl-的含量。

2.5 氧含量

系统的氧含量是金属钝化膜形成的关键。如果系统中氧的浓度低于形成钝化膜所需的最低浓度时，氧化膜将被破坏，设备进入活化加速腐蚀阶段。尤其是最下排的列管汽相冷凝不够充分,液相中氧的含量更低。

应用CO2汽提工艺的一些生产厂中，也有一些厂向系统中加入一定量的双氧水(H2O2)，以减少CO2压缩机的生产负荷，提高生产能力。双氧水中释放出来的原子氧，可以直接参加电极反应，有利于钝化膜的形成。加双氧水的同时应该加钝化空气，这是由于双氧水稳定性较差，当其进入设备后很快就会分解，使介质中的氧不能均匀地和设备表面接触，达不到预期的目的。

2.6 列管上沉积物与应力腐蚀的关系

在列管的表面，如果由沉积物存在，会加速设备应力腐蚀，这主要是由于沉积物的存在有利于Cl-附积。当Cl-附积到一定程度后，要比设备光洁时腐蚀的破坏力严重，而且更迅速。特别是冷凝液中Cl-大于0.5×10-6后，沉积物区域的管板或列管，在几个月内就有可能发生较为严重的应力腐蚀。

3 正常生产过程中及检修时的防腐控制措施

3.1 工艺介质的组分控制

系统水碳比的组分是设备防腐的一个重要因素，水碳比增加，可降低溶液的氧含量，易生成氰胺或氰酸铵，同时降低工艺介质的pH值，增加工艺介质对设备的腐蚀性，因此在生产操作过程中要对工艺介质控制合适的水碳比是非常重要的。

3.2 操作温度控制

超温对设备的加速腐蚀是比较明显的，超温幅度愈大，设备腐蚀速率增加愈快；超温时间愈长，设备腐蚀愈严重。所以，正常生产中，要严格控制设备的运行温度，尽量避免超温现象的发生。若发现系统在运行时出现超温，要及时进行调整，将温度控制在正常的指标范围。

3.3 系统硫含量及氯离子含量控制

当工艺介质中硫和氯离子超标时，对设备造成的腐蚀是非常严重，只要有上述2种元素存在，设备腐蚀现象就会发生，其含量愈高，对设备造成的腐蚀愈严重。所以说生产过程中将原料CO2气中的硫质量浓度控制在2mg/m3以下；工艺介质中 Cl-含量控制在 0.2×10-6以下，设备的应力腐蚀才能大大降低。

3.3 禁止列管上沉积物堆积

为减缓设备内及列管上沉积物的产生，一方面在系统冲洗时，严禁使用生水（包括循环水、消防水、生活水、雨水等），要使用清洁的脱盐水；另一方面，有条件时要想法定期冲洗设备内及列管上的沉积物。

3.4 在检修时严禁铁器敲击设备

在检修过程中严禁使用扳手、铁锤等铁器敲击设备列管及内衬等部位，防止加快设备产生应力腐蚀程度。严禁油脂粘贴在内衬表面，防止加快设备在高温条件下产生红斑，加快腐蚀速率。

4 停车封塔期间的防腐蚀控制

停车封塔期间，如果操作和维护不当，一次停车给设备造成的腐蚀有可能比正常运行几天产生的腐蚀都严重。停车时，为减缓甲铵冷凝器的腐蚀，一般需要注意（1）系统氨碳比的控制；（2）系统水碳比的控制；（3）封塔时间。