大型化肥厂尿素高压设备腐蚀现状及对策

刘兴端

（四川天华股份有限公司，四川泸州 646207）

0 引言

化肥厂尿素生产中产生的设备腐蚀问题是影响尿素工业发展的关键问题。在大型化肥厂尿素高温、高压生产环境中，尿素高压设备受环境及各种化学物质的共同作用，加重了设备的腐蚀程度。尿素高压设备的防腐蚀研究是相关行业领域的重要课题。当前，在大型化肥厂尿素生产中，尿素高压设备腐蚀问题较为显著，通过对其腐蚀现状进行分析，探讨有效的防范对策，是提高尿素生产效率、促进大型化肥厂持续发展的重要内容。

1 尿素高压设备腐蚀分析

1.1 尿素生产的腐蚀机理

尿素在生产过程中产生的设备腐蚀问题，是由于在工艺过程中各种化学性腐蚀与高温高压下介质电化学腐蚀共同作用造成的。其中，中间化学物质的化学性腐蚀包括：①氨基甲酸根的还原性抑制钝化型金属表面氧化膜的形成，造成金属活化腐蚀；②氰酸根的强还原性抑制金属中钝化膜的形成从而导致严重活化腐蚀；③氨与不锈钢中各种元素的氧化物反应形成络合物，使其表面氧化膜遭到破坏；④在尿素甲铵液中，不锈钢会与介质发生羰基化反应，进而形成金属羰基化合物，导致金属溶解到介质中发生腐蚀。电化学腐蚀主要是由于尿素甲铵液中包含NH4+、COONH2-、CO32-等离子，受高温高压环境影响变成强电解质，导电性增强，从而在金属表面形成微电池。

1.2 尿素高压设备腐蚀特点与类型

尿素生产过程中，高压设备在腐蚀介质中除了受到一般腐蚀外，还会出现局部腐蚀情况。具体包括：①均匀腐蚀会导致金属表面粗糙、无光泽，并且一般是在尿素甲铵液高温、缺氧、甲铵液浓度高，以及可以生成甲氨冷凝液的气相中出现；②点蚀与缝隙腐蚀，点蚀是指在金属表面特定点形成腐蚀口，并且其他表面部分仍旧有钝态氧化物保护膜的腐蚀形式；缝隙腐蚀则是在金属与其他物体连接的缝隙中发生腐蚀的情况；③晶间腐蚀主要是腐蚀介质沿晶间进行，导致尿素用钢形成裂纹，这种腐蚀可能在表现上的不会出现明显变化，但却可能严重影响设备机械强度；④选择性腐蚀即尿素甲铵液对双相钢及其焊缝的选择性腐蚀能力；⑤应力腐蚀，即受到腐蚀与应力的共同作用，导致金属出现局部腐蚀的情况，在尿素生产中，通常受压力作用导致金属表面压力不恒定，产生交变压力，导致腐蚀发生；⑥疲劳腐蚀是指腐蚀介质和应力共同作用，应力造成金属表面产生小裂纹，而腐蚀介质会使裂纹增大，形成晶间或穿晶型裂缝；⑦冷凝腐蚀是指受温度影响，形成甲氨冷凝液，破坏金属表面氧化膜，导致金属腐蚀。

1.3 尿素生产各环节对尿素高压设备腐蚀的影响

在正常生产过程中，尿素生产工艺流程操作过程中各项因素均会影响尿素高压设备的腐蚀。具体包括：①温度，超温幅度越大、时间越长，对高压设备的腐蚀程度越高；②氨碳比，纯氨对碳钢的腐蚀强度不高，并且氨还可以中和溶液pH 值，抑制氰酸、氰酸氨生成，能够有效降低腐蚀，提高合成反应氨碳比，可以提高防腐蚀效果；③水碳比，控制水碳比能够降低介质对设备腐蚀；④甲铵液浓度，随着甲铵浓度增加，温度越高腐蚀性越强；⑤氧含量，增加尿素甲铵液中氧气含量，能够有效隔离金属表面与腐蚀介质，降低腐蚀程度；⑥氯离子，控制尿素生产股构成中甲铵液、蒸汽及其冷凝液氯离子含量，能够有效降低腐蚀程度。

在开停车过程中对尿素腐蚀影响包括：在正常封塔停工情况下，反应液仍旧保留在高压系统中，如果操作和维护不当，可能会对设备造成严重腐蚀。在开停工时，汽提塔出液问题可能会超标，造成汽提塔腐蚀。在封塔期间，镍含量积累导致封塔开工时镍含量指标高于正常值，也是腐蚀严重所致。在系统开工时，高压设备处于常温水平，由于设备构成材料不同，其热膨胀系数也有所差异，在物料投入后发生反应产业的大量反应热，会使设备产生变形损伤。同时，在投料开通时，压缩机组低负荷与高压氨泵满负荷量对应操作，开车初期系统低负荷运行，会造成一定程度的设备腐蚀。

2 尿素高压设备腐蚀现状

以某大型化肥厂为例，其尿素高压生产设备在2015 年进行项目改造，距今已经运行6 年时间，其中，在2016 年底、2019 年底分别进行过停车全面检查。当前该厂尿素高压设备腐蚀情况如下。

2.1 高压冷凝反应器

高压冷凝反应器人孔密封面的材料为25-22-2 材料，检查阶段设备密封面仍旧保持完好，且表现呈现银白色，光泽度良好；管箱筒体衬里与人孔密封面材料相同，其表面出现正常的均匀腐蚀情况，颜色呈现棕褐色，局部发生裂纹腐蚀，衬里的厚度最薄处为7.8 mm，最厚处为8.2 mm，属于正常水平；换热管管头及管身与管板焊接部位的接头呈现银白色，光泽度良好，腐蚀情况为正常均匀腐蚀；工艺接管内壁腐蚀状态中，球封头开孔接管内部的腐蚀状况较为均匀，焊接接头为堆焊形式，25-22-2 材料，银白色表面，腐蚀情况良好。

2.2 汽提塔

汽提塔上部气相部位冷凝腐蚀问题较为显著。人孔平盖材料ASTM A266Gr.2+ASTM A265Gr.1 材料，人孔大盖的衬里表现呈现出棕褐色，耐腐蚀堆焊层发生局部腐蚀；管箱筒体衬里材料为ASTM A302Gr.B+ASTM A265Gr.1，表面呈现棕褐色，腐蚀状态为均匀腐蚀，管筒体衬里的厚度最薄8.2 mm、最厚8.7 mm，属正常水平；气相区衬里表面覆盖着不致密的气相垢层，包括封头耐腐蚀堆焊层、管箱筒体衬里，腐蚀状态均为正常均匀腐蚀。封头耐腐蚀堆焊层为带极堆焊层，衬里焊缝表面颜色为银白色，焊道较为清晰，腐蚀状态正常均匀；管板耐腐蚀堆焊层的带极堆焊层表面呈银白色，腐蚀状态正常均匀；分布器管头位置腐蚀情况较为严重，表面呈棕褐色，局部腐蚀。

2.3 尿素合成塔

尿素合成塔设备筒体衬里材料为316LMOD，表面较为粗糙，呈现棕褐色，在气相区正常均匀腐蚀部位，覆盖不致密气相垢层，在液相区表面光泽度良好，成银白色，焊道清楚，腐蚀状态为正常均匀腐蚀。上封头带极堆焊层表面发生疏松表面腐蚀的部位共有6 处；下封头耐腐蚀堆焊层为带极堆焊层，位于液相区，表面光泽度良好，呈银白色，腐蚀状态正常均匀。

3 尿素高压设备防止腐蚀的有效措施

根据大型化肥厂尿素高压设备腐蚀现状以及尿素生产过程中高压设备腐蚀的机理、特点以及影响因素分析，得出影响尿素高压设备腐蚀的原因包括使用材料、介质温度、介质组成等方面。据此可以制定有效的防止高压设备腐蚀的措施。

3.1 选择合适的设备材料

尿素生产过程中，设备材料是影响设备腐蚀情况的关键因素，在进行尿素高压设备设计选材过程中，需要充分考虑材料的耐腐蚀特征，选择专用的尿素级不锈钢材料，增强设备的耐腐蚀性能。根据化肥厂尿素高压设备腐蚀情况，在设备选材中，对于高压尿素接管材料，选用的是316LMOD，高压管内部表面产生一定的腐蚀情况，表面较为粗糙，呈现棕色；在人孔平盖材料为ASTM A266Gr.2+ASTM A265Gr.1，呈现出棕褐色，耐腐蚀堆焊层发生局部腐蚀情况；管箱筒体及其衬里、球封头堆焊层的材料均为ASTM A302Gr.B+ASTM A265Gr.1，其呈现出良好的耐腐蚀性，腐蚀状态均为正常均匀腐蚀。因此，在化肥厂尿素高压设备材料选择中，可以提高对ASTM A302Gr.B+ASTM A265Gr.1材料的专业尿素级不锈钢选择，提高尿素高压设备的耐腐蚀性，使其耐腐蚀性能一致，延长设备的使用寿命。

3.2 严格把控设备制造过程

在设备制造过程中，应当加强对设备材料质量的严格把控，加强对材料设备的复验，确保材料质量合格。在焊接制造中，严格控制铁素体的含量，一般不高于3%，避免出现焊接缺陷；确保焊接工艺符合标准要求，尤其是在不锈钢25-22-2 材料进行手工焊接、带极堆焊过程中，焊接工艺必须要满足尿素高压设备标准中相关的焊接工艺评定标准，同时保证焊接人员达到相应的焊接工程资格认定标准。在对焊接工艺评定试件晶间腐蚀情况进行试验时，必须要保障试验结果能够达到尿素高压设备腐蚀试验标准中的相关指标规定标准。同时，在尿素高压设备中，换热管、管板手工焊接、堆焊、带极堆焊等，必须要运用满足评定标准的焊接工艺以及由具备相应焊接施工资质的焊接工人操作。根据汽提塔管箱衬里中发生的局部腐蚀情况分析，在设备制造过程中，需要加强对设备衬里金属表面的保护力度，确保衬里表面没有划伤、折皱等损伤情况，避免加重腐蚀。

3.3 尿素生产开停车过程

在开车前，可以利用双氧水或纯氧增加设备内表面的含氧量，促进金属表面氧化膜的形成，使其表面处于钝化状态，从而有效隔离金属表面与耐腐蚀介质，增强设备的耐腐蚀性。在停车封塔时，可以通过增加高压系统的含氧量，同时严格控制封塔时间，一般不超过24 h，同时尽可能减少开停车次数。

3.4 设备运行中的防腐措施

在尿素生产过程中，将设备操作温度控制在合理范围内；确保系统运行的稳定性，在系统中连续定量加双氧水或纯氧，增强耐腐蚀性。合理提升系统氨碳比、控制水碳比，控制含氧量在0.6%（体积分数）以上，保证在不锈钢设备表面形成稳定的钝化膜，从而有效提升设备耐腐蚀性。

4 结束语

大型化肥厂尿素高压设备是化肥厂生产设备的关键组成，提高高压设备的耐腐蚀性，并做好相应的设备防腐措施，维护设备稳定运行，有效延长设备的使用寿命，是提高化肥厂尿素生产效率，稳定化肥厂经济效益的重要保障。