H2S对尿素装置CO2压缩机的腐蚀分析

邹彩侠

（安徽三星化工有限责任公司 安徽涡阳233600）

H2S对尿素装置CO2压缩机的腐蚀分析

邹彩侠

（安徽三星化工有限责任公司 安徽涡阳233600）

0 前言

安徽三星化工有限责任公司（简称三星公司）尿素装置有5台CO2压缩机，若其活门、活塞环、缸套损坏时，检修时大多是进行更换，一般都是对活门、活塞环、缸套的本身质量问题和装配质量问题产生怀疑，往往忽略了介质中H2S对CO2压缩机及其部件的腐蚀。

尿素生产中，CO2压缩机工段设置的脱硫装置是为了脱除净化工段送过来的CO2原料气中的H2S。进入尿素界区的CO2原料气中的H2S质量浓度一般在10～200mg／m3，由脱硫装置脱硫后，经CO2压缩机五级压缩进入尿素合成塔。正常情况下，仍有质量浓度2～5mg／m3的H2S没有被完全脱除，此部分H2S气体会形成HS－，使不锈钢表面钝化膜中的氧被置换，进而不锈钢晶粒间失去结合力，造成不锈钢晶间腐蚀，氧化膜一旦遭到破坏，腐蚀就会加剧。生产中，通过有效加氧可减轻不锈钢的腐蚀，故尿素生产装置一般在压缩机一段进口加入体积分数0.4%～0.7%的防腐空气，以减轻H2S对不锈钢的腐蚀。

1 存在的问题

2011年7月前后，三星公司几乎每天都要更换四段、五段活塞环，在更换活门、活塞环、缸套时，活门、活塞环、缸套表面有像细砂一样的附着物，且有硫磺的刺鼻气味。五段缸套最短时间才使用7d、最长使用时间不超过1个月，其磨损率达0.3mm／d。由于来不及修复缸套，5台CO2压缩机都“带病”运行，造成打气量偏低，维修费用大幅升高。当时，仅从备件质量找原因，更换了不同厂家的活塞环，效果不佳。同时，从备件装配质量着手，严格装配间隙并反复校正，效果仍不佳。

2 腐蚀原因分析

众所周知，H2S会对压缩机接触部件造成腐蚀。由于CO2原料气中含有弱酸性的氢硫酸，可与铁发生反应（Fe＋H2S＝FeS＋H2）。由于氢硫酸的酸性较弱，反应很慢，实际生产中晶间腐蚀不太明显，一般只要加强压缩机各段的排水就可得到有效控制。压缩机一段加氧后，O2和H2S发生化学反应，也会对压缩机造成腐蚀。在实际生产中，压缩机的四段、五段的缸套、活塞、活塞环等都有一定使用期限，根据压缩机备件质量的优劣和安装的质量高低，一般四段缸套可使用1年左右，五段缸套可使用3个月左右，如果五段缸套保养好也可使用半年至1年。

由于净化工段脱硫效果不佳，进尿素界区CO2原料气中H2S质量浓度在80～220mg／m3。9台脱硫槽总共容积是147m3，而相匹配的5台压缩机打气量是323m3／min（标态），脱硫槽容积不够，而且当时使用R-4型脱硫活性炭，其脱硫效果不佳，有10～15mg／m3的H2S经五级压缩后进入尿素装置。当H2S质量浓度达到15mg／m3时，即使再提高氧含量也不能修复被破坏的氧化膜，不仅腐蚀尿素合成塔衬里及其他不锈钢装置，还会在五级压缩过程中腐蚀压缩机各段活塞环以及缸套，特别是对四段、五段的腐蚀尤为严重。

进入CO2压缩机的CO2气体中的H2S与加入的O2发生反应，生成单质硫和水。压缩机一段进口压力和温度都较低，H2S与O2发生化学反应的速度就慢，随着段间压力、温度升高，H2S氧化反应加剧。压缩后的CO2气体又通过各段冷却器冷却至40℃左右，此时CO2气体中的单质硫解析出来。压缩机段间压力、温度越高，H2S与O2的反应越快，CO2气体冷却后解析出来的单质硫就越多；压力越高，解析出来的单质硫颗粒就越大。这些单质硫颗粒在气缸里相当于研磨砂，对气缸和活塞环损坏加剧。同时，H2S与O2反应后生成的水与CO2发生反应生成弱碳酸，加剧了对活塞环和缸套的腐蚀。

3 解决措施及效果

经过与三星公司生产部沟通，及时调整了净化工艺，将尿素工段CO2原料气中的H2S质量浓度控制在30mg／m3以下，并对5台CO2压缩机活门室、缸套表面附着的单质硫晶体进行了清洗，更换了新型高效的102型精脱硫剂，保证了进入尿素装置的原料气中H2S质量浓度在10mg／m3以下。通过以上措施改进后，三星公司5台压缩机运行周期大幅延长，其中5＃CO2压缩机五段缸套连续使用时间超过了1年。

2014-11-27）