浅析尿素合成塔的腐蚀特点与防腐蚀措施

2017-03-10王培宝

环球市场 2017年3期

关键词：合成塔衬里防腐蚀

王培宝

山东华鲁恒升化工股份有限公司

浅析尿素合成塔的腐蚀特点与防腐蚀措施

王培宝

山东华鲁恒升化工股份有限公司

中型尿素生产企业的尿素合成塔（以下简称合成塔），尿素合成塔是尿素生产装置的关键核心设备，其主要就在工作压力为15.5MPa，工作温度为185T，工作介质为尿素、氨基甲酸铵、氨、二氧化碳、氧、氮、水、蒸汽等物料环境下运行，极易产生衬里腐蚀，影响合成塔的使用寿命，为生产的安全运行带来隐患。因此，预防合成塔的腐蚀越来越多受到业内人士的关注，本文主要就对预防合成塔的腐蚀及应对措施做试探讨性论述。

尿素合成塔；腐蚀特点；防腐蚀措施

1 尿素合成塔的腐蚀特点

尿素合成塔整体表现为内部衬里的均匀腐蚀。但从整个合成塔所涵盖的腐蚀类别来看，尿素合成塔中包括的腐蚀类别很多，除整个衬里的均匀腐蚀外，还有其他多种腐蚀形式:尿素合成塔顶底封头的环焊带部位，经常出现针孔腐蚀;固定合成塔出液管线上的卡子及相关部件经常出现磨蚀;衬里焊缝的边沿处由于焊接时母材受温度的影响，导致局部贫铬等，运行几年后，就会出现刀状腐蚀;合成塔上封头的入孔处存在垢下腐蚀;由于保温不好也有一定的冷凝腐蚀;合成塔塔盘与塔壁的环隙之间存在着一定的冲刷腐蚀等。

尿素合成塔的均匀腐蚀情况，由于各厂使用材质不同和尿素生产工艺不同，合成塔的年腐蚀速率也各不相同。对于二氧化碳汽提尿素生产工艺而言，在合成塔的衬里使用316L材质时，其腐蚀速率一般为0.3mm/a，在80%左右的负荷下运行时，腐蚀率一般在0.08mm/a以下。而使用同样材质，在氨汽提工艺中，在合成塔的衬里使用316LMOD材质时，尿素合成塔的年腐蚀速率一般为0.1mm/ a-0.2mm/a。这主要是两种工艺控制不一致的结果。例如，某尿素合成塔由简体、上下封头和塔板组成。合成塔顶部设置1入孔；塔板共15层；简体多多层包扎结构，最里面为衬里（耐腐蚀层），厚度8mm；其次是内筒，厚度20mm；外面是卷焊层，共13层，由单层厚度为8mm的层板卷焊而成；上、下封头内表面堆焊耐腐蚀层。

2 尿素合成塔的腐蚀原因分析

1）工艺介质对设备腐蚀的影响，在尿素合成塔内发生的反应，化学反应如下：2NH3+CO2→NH2COONH4→CO（NH2）2+H2O，生成了中间产物——氨基甲铵，而氨基甲铵溶液在高温、高压下有很强的腐蚀性。同时，合成的尿素又会分解成氰酸和氰酸铵，两者都会在水中发生电离反应，电离出的氰酸根有强还原性，从而与合成塔内不锈钢表面的氧化膜发生反应，导致合成塔受腐蚀。

2）温度操作对设备腐蚀的影响。介质对不锈钢的影响随着温度的变化而变化。以316升的合成塔为例，当温度较低时，容易使不锈钢发生钝化，介质对不锈钢的影响随着温度的变化而变化。当温度较高，高于190度时，溶液中溶解的氧含量急速下降，介质对不锈钢的腐蚀速度突飞猛进。

3）氧含量对设备腐蚀的影响，氧含量对设备的耐腐蚀性有着举足轻重的地位，主要体现在两方面：氧含量的浓度若达不到形成钝化膜的最低浓度，这时氧化膜将破坏，加速对不锈钢的腐蚀；反应产生的中间产物氨基甲铵溶液是一种具有还原性的酸性沉沦，氧的加入，能使溶液的性质发生转变，具有氧化性，大大降低对不锈钢的腐蚀。

4）原料气二氧化碳中硫化物含量对设备腐蚀的影响，原料气二氧化碳。电离出硫离子，硫离子不仅与不锈钢的氧化膜发生反应，而且还与水中的氧发生氧化还原反应。从而导致不锈钢的腐蚀速度加快。

3 尿素合成塔腐蚀影响因素及对策

对设备腐蚀机理进行分析以后可知，影响设备腐蚀过程的主要包括材料因素和工艺操作两个方面，为提高设备的使用寿命，应对工艺操作进行改进和控制。

3.1 操作温度。温度对设备腐蚀的影响较为明显，一般情况下，反应每增加10℃，腐蚀就会加快一倍；温度对反应的影响还表现在高温能增加活化态的金属，从而加速材料的活化反应。不同材料对温度的要求不同，在生产中应按照相关规定控制反应温度。一般来说，合成塔温度应控制在185℃以下，而汽提塔内操作温度应控制在175℃以下。在确保温度不超的情况下，适当调节压力，以提高汽提塔内甲铵的分解率。

3.2 氨/碳比COONH2–和CNO–还原性较强，当溶液中氨气含量增加时，溶液的酸性减弱，碱性增强，设备腐蚀速率会降低。因此，在合成系统中可适当增加氨/碳比，降低腐蚀速率。

3.3 工艺中含氧量的控制。尿素合成塔腐蚀的根本原因是由于还原性物质与氧化膜反应，使氧化膜的保护功能失效，因此为了保障设备材料表面氧化膜能正常发挥其保护功能，应充分保证系统内的含氧量。在升温钝化阶段，要提高钝化的质量和时间，保障钝化的有效性；另外要严格控制二氧化碳的含量，切忌少氧、断氧的情况发生。

3.4 提高设备管理水平。1)加强设备的维护在设备运行期间，要做好合成塔的维护和检查工作。加强设备气相区死角部位的保温措施，否则会使氨气、二氧化碳在这些部位冷凝，从而加快设备的腐蚀；坚决杜绝设备直接接触油类或者含氯离子类物质；不允许对设备采用骤升、骤降的操作方式改变温度。2)停车期间的防腐蚀措施设备在停车期间若不进行防腐蚀，有可能给设备带来严重的危害，其危害程度比正常运转几个月产生腐蚀都要严重，这是一定要避免的。停车期间可采取的防腐措施有控制封塔时间，正常停车控制在12h以内，紧急停车控制在8h以内；若封塔后开车不足24h，则再次停车封塔时间应控制在4h以内；计划停车前，可提前增加入系统氨量，提高氨碳比，降低设备的腐蚀速度。