尿素合成塔腐蚀及应对措施探究

王培宝

山东华鲁恒升化工股份有限公司

尿素合成塔腐蚀及应对措施探究

王培宝

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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。因此在实际应用过程中需要相关工作人员充分认识影响尿素合成塔的腐蚀因素，有针对性的采取措施进行控制，从而控制设备的防腐，保障设备正常运行。基于此本文分析了尿素合成塔腐蚀及应对措施。

尿素合成塔；腐蚀；应对措施

1、尿素合成塔的腐蚀情况

尿素的腐蚀从大体上可分为两种：均匀腐蚀和局部腐蚀。均匀腐蚀表现为尿素合成塔内部衬里的均匀腐蚀，一般是内衬里母材的均匀腐蚀和焊缝的均匀腐蚀，虽有较大面积的质量损失，但相对而言危险性较小。局部腐蚀表现为尿素合成塔中金属表面某些区域的不均匀腐蚀，如尿素合成塔顶底封头的环焊带部位、合成塔上封头的人孔处等，腐蚀的分布和深度都是不均等的，因此常会在整个设备看似正常的情况下发生局部穿孔或破裂，从而导致严重事故，危险性较大。

2、尿素合成塔的腐蚀原因分析

2.1 温度

介质温度对设备腐蚀的影响十分明显。这是由于温度的升高可以增加金属活化态和钝化态的腐蚀速率，使不锈钢的钝化区变窄，加速材质的活化。即加速了阴极、阳极的氧化还原过程，从而提高了设备的腐蚀速率。在165℃以下时，温度变化对不锈钢腐蚀的影响较小。但温度在165℃-200℃时，腐蚀速率将增加3-4倍。由于不锈钢的材料不同，其耐高温的区别也比较大。

操作温度对设备腐蚀的影响很大，当操作温度超过设计温度，即使只有1℃-2℃，设备的腐蚀增加也非常明显。判断设备腐蚀程度的大小，一般根据介质中的铁、镍含量高低进行判断。当介质中的铁、镍含量增高，说明设备的腐蚀情况呈加剧趋势应及时查找原因，使其尽快恢复正常。

2.2 氨碳比(摩尔比)

氨碳比升高，有利于减缓设备的腐蚀，这是由于在氨碳比较高时，系统pH值升高，使系统的酸性降低，从而减少了COONH2-和CNO-在介质中的浓度和停留时间。

高氨碳比可以减缓设备腐蚀，在氨汽提和二氧化碳汽提两种不同的工艺对比中可以证实。氨汽提工艺由于设计氨碳比为3.56，而二氧化碳汽提工艺设计的氨碳比为2.89。操作温度相同，都是塔顶温度不超过188℃。正常运行时二氧化碳汽提工艺设备的腐蚀速率一般也比氨汽提工艺的年腐蚀速率高。停车封塔时，封塔时间二氧化碳汽提工艺要求一般不允许超过24h，而氨汽提工艺一般可封塔48h以上。

2.3 甲铵液的浓度

甲铵液的浓度愈高，设备的腐蚀性愈强。甲铵液浓度较高时，介质中离子数量相对增多，由于离子的强还原性，使金属表面钝化膜不断被破坏，增加了设备的腐蚀程度。在尿素甲铵溶液中，尿素的腐蚀程度一般较小，导致设备腐蚀的主要原因是溶液中甲铵组分。如尿素蒸发系统中，由于甲铵液的浓度比较低，虽然尿液浓度比较高，但介质腐蚀性并不太强，所以蒸发系统一二段分离器等设备材质仅选用一般的以不锈钢即可满足生产的需要。

2.4 介质流速

介质流速是导致冲刷腐蚀的主要因素之一。为减缓冲刷腐蚀，设计时应适当增大管径，以减缓介质在设备内的流速，以高负荷状态下不致于使金属表面的钝化膜受到破坏为原则。在气汽液共存的列管或管道内，由于介质对管壁的冲蚀更为严重，设计中需要充分考虑这些因素。

3、应对措施

3.1 焊缝、堆焊层及母材缺陷的修复

对于针孔、腐蚀坑等缺陷，用风动砂轮打磨，去除表面的杂渣，直至全部露出金属光泽。对于深度小于2mm表面光滑的腐蚀部位视情况可不作处理。焊接工艺上采用手工电焊，焊条选用25-22-2LMn规格，焊后进行铁素体测定、渗透检测，焊后表面不得有裂纹、气孔夹渣等缺陷。

3.2 人孔密封面的修复

人孔密封面缝隙腐蚀较深时，应打磨至缺陷消除，然后用丙酮清洗干净，采用焊丝氩弧焊堆焊，在补焊部位两侧用0.05mm的不锈钢皮覆盖加以保护，堆焊部位要高于原密封面1～2mm，堆焊层分两层焊完。焊后作渗透检测，补焊后先用风动砂轮粗磨，然后用油石进行精研，不断用红丹粉着色检查平整情况，直到符合要求。

3.3 衬里拆除及修复

一般在拆除旧衬里过程中，经常使用碳弧气刨，碳弧在穿透衬里后容易伤及碳钢基层，造成基层表面产生大量裂纹。此时应采用边渗透检测边打磨的方法，直至裂纹消除。尽管如此，仍然给设备带来一定的安全隐患。衬里在渗透检测合格后进行中间焊及盖面焊，焊接完成后作铁素体测定，合格后进行表面酸洗钝化，必要时还需进行氨渗漏检查。

3.4 保障尿素合成塔安全运行

在尿素装置开车和停车过程中，严格执行操作规程，并根据现场实际制定具体措施。

(1)在设备运行中加强巡检，制定可行的检漏方案，每周检查一次检漏孔是否畅通，并记录存档。(2)严格控制尿素合成塔温度在190℃以下，高压系统压力控制在15.2Mpa以下。适当提高氨碳比，控制在3.3～3.8，降低水碳比。(3)每周检查尿素合成塔出液、尿素产品铁、镍含量，控制标准Fe≤0.6×10-6、Ni≤0.2×10-6。(4)封塔时间一般不超过24 h；封塔后开车运行不足8 h，再次封塔时间不得超过12 h，否则排塔。(4)目前，天然气供给量不足，负荷较低，严重影响尿素产量，高压系统设备衬里腐蚀加重，因此，加减负荷时要按操作规程进行，仪表要保证温度、压力、液面指示准确，避免系统较大波动，确保安全稳定运行。(5)对入塔原料二氧化碳中硫化物含量进行严格控制。硫化物的含量过高时，不锈钢将无法发生钝化，即钝化膜将无法生成，这样将会大大加速设备被腐蚀，从而导致无法开工生产。

总之，尿素甲铵溶液具有强腐蚀性，浓度愈高温度愈高，对设备腐蚀愈强，因此需要进一步加强对其的研究，并采取有效的措施进行优化，从而确保设备的正常运行。

[1]徐晓丹，马歆，谢毅.国内外尿素合成塔失效原因及缺陷现状调查[J].化工进展，2012，S2：31-35.

[2]朱强，李召显.尿素合成塔衬里缺陷处理及温度和压力控制[J].设备管理与维修，2011，12：16-17.