浅析化肥厂反应类压力容器重点检验部位

刘红星 刘 颖 刘景新 王 彬 张 捷

（河北省特种设备监督检验研究院唐山分院，河北 唐山 063000）

0 引言

伴随着人民生活水平的日益提高，压力容器的使用量也随之越来越大。 作为一种与人们在工业生产中生活紧密相关的压力设备的压力容器，化肥行业的生产也离不开压力容器 ，为了保证其安全可靠、高效地运行，需要对压力容器进行定期检验。 因为不同压力容器的压力等级、温度范围、运行的介质等是不完全一样，有的是高温、高压、高腐蚀性介质，有的是低温、低压、无腐蚀性介质，因此他们的失效原理及损伤模式也不尽相同。 此外，化肥厂反应类压力容器的工艺设计、建造质量、运行情况、救援系统等。 也都影响着容器的风险。 因此，为了保证检验的准确性， 需要制定合理有效的检验方案，所以， 要对化肥厂反应类压力容器重点检验部位进行探究，为以后的检验提出合理的建议。

1 化学反应对变换工段检验部位的影响

根据我分院多年来对变换工段的检验情况来看，变换工段主要的介质是半水煤气、变换气及热水，也就是CO、H2O、CO2、H2 等。 变换工段主要的化学反应发生在变换炉和低变炉中，在变换炉和低变炉中主要是一氧化碳和热水生成二氧化碳和氢气，即:CO+H2O=CO2+H2。

因为CO2是化肥厂生产过程中主要的腐蚀物之一，CO2的腐蚀能使设备的使用寿命大大降低。 CO2对压力容器有可能形成全面的腐蚀， 也有可能形成局部的腐蚀， 干燥的CO2在一般情况下不会发生腐蚀反应，当CO2溶解于水中时，会促进钢铁发生电化学腐蚀反应。半水煤气中本身就含有CO2和H2S， 经反应后，CO2含量增多，并且有机硫转化为无机硫，使变换气中的H2S含量增多。 溶于水中的H2S、CO2和饱和水中Cl-形成了弱酸性介质对压力容器壁形成电化学腐蚀， 而溶于水中的H2S 的存在， 对CO2的水溶液的腐蚀起推动作用。 因此， 针对于变换工段的各种反应类压力容器进行必要的分析。

饱和热水塔等塔类压力容器， 饱和热水塔分为填料塔和板式塔两种， 以填料塔居多， 其中间用钢板隔开分为饱和塔和热水塔， 常压变换的时候， 上面的为热水塔下面的为饱和塔， 加压变换时上为饱和塔下为热水塔[1]。 对于填料塔，在塔体装有瓷环的内壁上，如果焊缝外防腐层损坏， 当水沿塔内壁下流至焊缝表面时，则在表面粗糙部位、咬边部位、表面气孔和表面裂纹处相对滞流并产生坑蚀。 由于高温变换使触媒破损率高，形成对塔壁的磨损。 因此，以后的检验中，需要对塔壁、焊缝进行主要的检验工作。

热交换器，由于半水煤气在进入热交换器前，需要来自管线上的高温蒸汽， 这样就会使部分液滴汽化[2]。但是，由于停留时间短，半水煤气与蒸汽很难混合均匀，进热交换器的气体温度低，这样就会造成热交换管的腐蚀，因此检验时，应特别注意热交换管的腐蚀情况。

高温变换炉，在高温条件下，氢与表面金属的碳化物发生化学反应，金属表面脱碳，另外，如果甲烷气体在晶界原有的微观孔隙内形成局部高压， 会造成应力集中， 进而产生鼓包或者裂纹， 因此检验时应重点检验筒节焊缝处。

2 化学反应对碳化工段检验的影响

碳化塔是碳化工段主要的设备之一， 操作压力为0.9Mpa，操作温度为40 ℃，属于Ⅱ类常温压力容器，在塔内进行着CO2吸收、 碳化反应以及碳酸氢铵的结晶过 程，即NH3+CO2+H2O=NH4HCO3 反 应 过 程[3]。 因 此，气体、 液体和固体是同时存在的。 为了保证良好的吸收， 在结构上必须满足气体均匀分布的要求。 如果未能达到气体均匀分布的要求， 则会导致产生气液偏流。 在0.9Mpa 压力下冲刷着塔壁，同时，伴随着生成的碳酸氢铵颗粒猛烈地撞击着塔壁， 这样就会使塔壁防腐层的破坏，造成塔壁形成冲刷腐蚀，因此，下封头气体偏流处容易出现腐蚀坑。 吸收了变换气中的二氧化碳、 微量硫化氢后的溶液中含有大量的离子， 其中硫化氢水解后的HS-及S-和溶于水中的氧对碳钢有强腐蚀作用。 因此，在碳化工段检验过程中，应当重点注意碳化塔冷却管的腐蚀部位， 下封头冲刷部位，对焊缝内表面等。

3 化学反应对氨合成工段的影响

合成氨作为化肥等工业生产的重要原料， 是人们生产生活所不可缺少的重要物质之一。 氨合成塔是氨气生产环节的主要设备之一，是高温、高压、强腐蚀性介质的反应类压力容器[4]。 合成氨工段的主要介质有H2、N2、Ar、CH4、NH3 和饱和水蒸气，状态有气体和液体2 种。 主要发生的化学反应是3H2+N2=2NH3，氢原子或氢离子扩散进入钢中后会在晶界附近以及夹杂物与基体相交界面处的微隙中结合成氢分子， 部分与微隙壁上的碳或碳化物反应生成甲烷。 随着甲烷的增多，在微隙壁上的应力越来越大，这样就会产生裂纹。在高温高压氢腐蚀的环境下， 在内筒与层板之间容易形成鼓包。 因此，在以后的氨合成工段的检验过程中，要注意内筒纵焊缝、内筒与层板、母材角焊接接头处。

4 化学反应对尿素化合成工段的影响

尿素合成塔是尿素生产过程中不可缺少的设备之一，是高温、高压、强腐蚀性介质的反应类压力容器。目前， 尿素工业生产主要采用的生产原料为液氨和二氧化碳。[5]主要的化学反应分两步：第一步反应为液氨与二氧化碳气体作用生成氨基甲酸铵，2NH3+CO2=NH4COONH2第二步化学反应为NH4COONH2=(NH2)2CO+H2O。 在尿素的生产过程中会产生氨基甲酸铵，氨基甲酸铵极易溶于水， 而且氨基甲酸铵溶液在高温、 高压下分解出氨基甲酸根离子， 氨基甲酸根具有很强的腐蚀性。 同时，合成的尿素又会分解成氰酸和氰胺酸，这两种物质极易溶于水， 发生电离反应， 导致合成塔受腐蚀。 由于氨和二氧化碳生成的甲胺的反应主要集中在合成塔中下部完成， 所以， 中、 下部的腐蚀更为严重。 由于氨基甲氨酸离子的腐蚀性， 腐蚀的主要表现形式为衬里的均匀剪薄、 焊缝发黑疏松、 焊缝热影响区选择性刀口腐蚀、气孔、垢下腐蚀、封头耐腐蚀层腐蚀。 因此， 在尿素合成工段的检验过程中， 应重点注意，焊缝、堆焊缝、焊缝热影响区、人孔密封面、衬里环焊缝、液氨进口管管口。

5 化学反应对甲醇合成工段的影响

在甲醇合成工段主要的介质有CO、CO2、H2、H2O等， 主要发生的化学反应有CO+2H2=CH3OH、CO2+3H2=CH3ON+H2O。 一般情况下，在相对高压和较低温度下， 气体中大量存在的一氧化碳和它所接触的容器的表面发生化学反应，形成Fe（CO）5。 此外，从动力学角度看， 一氧化碳在高压和高温的条件下有利于羰基金属化合物的形成； 但是从热力学角度看， 低温有利于羰基金属化合物的形成。

在甲醇工业中，羰基金属主要以Fe（CO）5 形式存在， 通常情况下出现在有一氧化碳和硫化氢气体通过的换热器等设备中， 原料气中的一氧化碳在高压、低温环境中对设备产生腐蚀， 然而， 硫化氢的存在会明显地促进一氧化碳和铁的反应[6]。

由于甲醇系统中含有大量的水分， 硫化氢在一定温度条件下会溶解于水形成氢硫酸， 氢硫酸与金属铁反应生成硫化亚铁，对设备也会造成腐蚀。

通过以上对甲醇合成工段化学反应的分析， 我们在以后的检验过程中应将重点放在换热器的列管底端、管板、封头，筒体环焊缝等。

6 结论

本文通过对化学反应对变换工段、碳化工段、氨合成工段、 尿素化合成工段、 甲醇合成工段的影响的分析。 由此，得知变换工段需要对饱和热水塔需要塔壁、焊缝进行主要的检验工作， 热交换器， 应特别注意热交换管的腐蚀情况。 高温变换炉， 应重点检验筒节焊缝处。 碳化工段应当重点注意碳化塔冷却管的腐蚀部位，下封头冲刷部位，对焊缝内表面等。 氨合成工段，要注意内筒纵焊缝、内筒与层板、母材角焊接接头处。尿素化合成工段， 在尿素合成工段的检验过程中，应重点注意，焊缝、堆焊缝、焊缝热影响区、人孔密封面、衬里环焊缝、液氨进口管管口。 甲醇合成工段，应将重点放在换热器的列管底端、 管板、 封头， 筒体环焊缝等。 因此， 在以后的检验过程中， 要特别注意这些部位，以及这些部位的损伤模式。