CO2汽提尿素工艺高压圈设备腐蚀与处理



CO2汽提尿素工艺高压圈设备腐蚀与处理

杨小艳米圣伟郭茜

(河南心连心化肥有限公司河南新乡453731)

河南心连心化肥有限公司原料结构调整项目中尿素生产装置采用国产改进型CO2汽提工艺，于2013年11月正式投产，单套设备设计日产尿素1 350 t，年产尿素800 kt。

1工艺流程简介

CO2汽提法尿素生产装置分高压系统、低压系统、水解解吸及蒸汽冷凝液系统。高压系统主要由尿素合成塔、高压洗涤器、高压甲铵冷凝器以及CO2汽提塔四大高压设备组成，工作压力为13.6～14.4 MPa，工作温度为165～190 ℃ ，是尿素生产的核心部分。

高压部分工艺流程：出高压甲铵冷凝器塔顶的液相和气相分别经2条管线送入合成塔底，反应液在塔内上升到正常液位，温度上升至180～185 ℃，经溢流管从塔底排出，经液位控制阀进入汽提塔上部，与从塔下部导入的CO2气体在壳侧蒸汽加热下发生汽提反应，合成反应液中过剩氨及未转化的甲铵被汽提蒸出和分解，气相从塔顶排出，液相从塔底排出；从汽提塔顶排出的气体与新鲜氨及高压洗涤器来的甲铵混合，一起进入高压甲铵冷凝器；从合成塔顶排出的气体进入高压洗涤器，在高压洗涤器中部分氨和CO2用低压吸收段的甲铵液冷凝吸收，然后经高压甲铵冷凝器再返回合成塔，不冷凝的气体减压后进入低压吸收塔吸收后直接放空。

2设备结构简介

尿素合成塔为Q345R层板包扎压力容器，内衬材料为8 mm厚超低碳镍铬钼不锈钢X2CrNiMo 25- 22- 2(奥氏体不锈钢)；内筒为28 mm厚 Q345R容器板1层，共11层塔盘。塔体设有衬里检漏系统，检验衬里的腐蚀泄漏情况。

高压甲铵冷凝器及CO2汽提塔均为管程承压，壳程为调温水和蒸汽，换热管材质为X2CrNiMo25- 22- 2，壳侧耐压部分材质为Q345R，管板及上、下封头均为8 mm厚 X2CrNiMo25- 22- 2焊带材料堆焊衬里，堆焊衬里设有检漏系统。

高压洗涤器为浸没型管壳式换热器，其上部为球形防爆空间，防爆空间内设有填料段；下部为管式换热器，换热器壳程为高压调温水，经列管传热，对温度进行调节；换热管、填料段、管板以及管箱衬里材质为X2CrNiMo25- 22- 2，衬里设有检漏系统。

3设备腐蚀情况

尿素装置自2013年底投产以来，系统生产运行比较稳定，各项操作均严格控制在工艺指标范围内。2015年5月，尿素装置停车大修，将高压系统四大设备全部打开进行检查，发现存在腐蚀现象，具体腐蚀情况如下。

尿素合成塔内衬存在多处腐蚀坑现象，腐蚀坑尺寸为Φ2.0 mm×0.5 mm和Φ3.0 mm×2.0 mm等。最大一处腐蚀坑尺寸为Φ12.0 mm×6.0 mm，坑深约2.5 mm。塔盘预焊件焊缝处也发现微小裂纹。

高压甲铵冷凝器上封头及管箱衬板存在6处腐蚀坑现象，最大两处腐蚀坑尺寸为Φ8 mm×4 mm和Φ12 mm×4 mm，腐蚀深度已达到衬里厚度的1/2。

CO2汽提塔下封头存在十几处腐蚀坑现象，腐蚀坑为Φ2.0 mm×0.5 mm或麻点形状。

高压洗涤器无明显腐蚀。

4腐蚀原因分析

尿素生产介质腐蚀性较强，需要严格控制操作工艺条件及选用高级耐腐蚀材料，才能确保安全生产。本装置高压系统主要耐腐蚀衬里材料为X2CrNiMo25- 22- 2。

根据行业使用经验，CO2汽提工艺生产装置腐蚀的常见类型有均匀腐蚀、局部缝隙腐蚀、应力腐蚀、腐蚀坑、腐蚀沟、腐蚀孔洞、焊肉上选择性腐蚀、焊缝熔合线刀状腐蚀、热影响区的晶间腐蚀等。在确定材料无问题前提下，造成这些腐蚀的原因很多，以下各环节都有可能是造成设备腐蚀的因素。

(1) 设备制造过程中存在质量把控不严。设备制造过程中若存在未焊透、未融合、气孔、夹渣等缺陷，这些部位容易成为奥氏体不锈钢耐腐蚀的薄弱位置，从而形成腐蚀源头。焊缝中铁素体含量不应超过2%～3%(质量分数)，否则会引起焊缝区ɑ相的选择性腐蚀。另外，奥氏体不锈钢材料应避免与碳钢类材料混放，制造过程中禁止使用铁器直接接触不锈钢材料，以防铁离子污染，形成腐蚀源头。

(2) 开车钝化处理。钝化处理可使设备内表面不锈钢形成一层致密的钝化膜，起到耐腐蚀作用，一般使用双氧水或纯氧进行钝化。钝化过程中的温度、时间及加氧量应严格控制，才能形成稳定的钝化膜，否则即使经过钝化处理，投运后钝化膜很快就会遭破坏，进一步造成设备腐蚀。

(3) 运行过程中防腐处理。系统稳定运行后，通常采取定量连续加双氧水或纯氧进行防腐处理。加双氧水或纯氧的泵设备或装置容易出现故障，出现故障后的一段时间内无双氧水或纯氧供应，容易造成钝化膜的破坏，而钝化膜一旦遭到破坏，很难进行修复，必须停车排塔重新进行升温钝化。为了避免此类事故发生，需要设置备泵或储气罐装置，确保系统双氧水或纯氧的持续稳定供给。

(4) 工艺操作温度控制。正常操作时，严格控制各设备操作温度上限，一旦出现超温现象，很容易造成设备腐蚀。

(5) 氨碳比与水碳比控制。由于尿素甲铵液会产生还原性很强的氰酸根，极易破坏钝化膜而产生腐蚀。生产中加入过量的氨可中和尿素甲铵液的酸性，从而抑制腐蚀性很强的氰酸根的产生，但是氨碳比过大增加了后工段负荷，因此需要合理控制。尿素甲铵液在高温、高压下会产生氰氧酸胺，水的存在会使其离解产生腐蚀性很强的氰氧酸根，从而加剧物料对设备的腐蚀，因此，在CO2汽提装置中应控制合适的水碳比。

(6) 停车封塔控制。尿素系统短停封塔期间，由于系统停止了双氧水或氧气的加入，随着系统压力的下降，溶解于溶液中的氧不断逸出，使不锈钢表面的钝化膜遭到破坏而出现均匀腐蚀。因此，在正常生产中，应尽量减少装置开停车次数，短停封塔时间不能超过24 h，系统压力及温度也不能过低。

(7) 水中氯离子控制。尿素装置水系统联动或停车排放置换时，氯离子会随水进入系统，而奥氏体不锈钢对氯离子非常敏感，易产生氯离子腐蚀形成孔蚀和应力腐蚀。因此，需严格控制水质，确保水中Cl-质量分数<0.2×10-6。另外，高压甲铵冷凝器、CO2汽提塔及高压洗涤器换热段壳侧调温水直接与换热管接触，更需要严格控制水中氯离子含量。

5腐蚀情况处理

针对本次河南心连心化肥有限公司尿素高压系统设备出现的腐蚀问题，按照《压力容器定期检验规程》进行评级，腐蚀情况最严重的高压甲铵冷凝器的安全状况等级被评定为4级，只能监控使用。经与新乡市锅炉压力容器检验所及设备制造厂家沟通后，由设备制造厂家提出修复方案并进行施工，修复后不影响定级。具体修复方案如下。

(1) 对于缺陷深度不超过2 mm的点蚀及裂纹处按1∶3的斜度要求进行修磨，修磨后按JB/T 4730.5—2005进行100%渗透检验，Ⅰ级合格。

(2) 对于缺陷深度超过2 mm的点蚀、麻点及裂纹进行打磨，打磨后按JB/T 4730.5—2005进行100%渗透检验，Ⅰ级合格；探伤后按焊接工艺进行补焊，最后打磨补焊处与筒体、封头内部，应齐平；最后再次100%渗透检验，Ⅰ级合格。

(3) 焊接方法：GTAW；焊材：25.22.2LMn，Φ2.0 mm；焊接电流：DCEN，90～110 A；焊接电压：10～13 V；焊接速度：4～8 cm/min；焊工资格：X1/Y1/Z1；焊接工艺评定号：3N200；预热温度：≥15 ℃；道间温度≤100 ℃。

收稿日期(2015- 10- 13)