浅析尿素合成塔的腐蚀特点与防腐蚀措施
2017-03-10王培宝
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。
结语
尿素合成塔是尿素生产的关键设备,只有充分认识和掌握尿素合成塔的腐蚀规律和影响因素,才能减缓或避免一些不必要的腐蚀情况发生。工艺操作人员也只有在充分认识影响尿素合成塔的腐蚀因素之后,在正常生产和停车处理中,才能避免盲目操作,杜绝设备严重腐蚀现象的发生。
[1]张生彪.尿素合成塔腐蚀及应对措施探究[J].现代商贸工业,2011, 19:268.
[2]李世华,景斌,唐小松.尿素高压设备的腐蚀特点和防腐蚀措施[J].泸天化科技,2011,03:188-192.