高壓甲銨冷凝器列管穿孔原因及防范

尚玉生王海全劉超鋒

（1、晉城市特種設備監督檢驗所 晉城 048000；2、鄭州輕工業學院裝控系 河南省表界面科學重點實驗室 鄭州 450002）

1 引言

高壓甲銨冷凝器是化工企業生產尿素的重要設備之一，能否長周期穩定運行關系到企業的生產效益。山西省天脊中化高平化工公司尿素裝置高壓甲銨冷凝器由大連冰山集團金州重型機器廠生產制造的,由上、下管箱和低壓殼體構成的立式列管換熱器。其中，管程為高壓系統，介質在列管中化學反應放出大量熱量，被殼側的低壓沸騰水吸收，產生的低壓蒸汽供系統使用。其襯里及換熱管采用X2CrNiMo25-22-2不銹鋼制造。

此設備在運行過程中存在超溫、加負荷困難等諸多影響，因此，在2010年3月份，利用系統大修機會聘請大連松海石化檢修工程有限公司技術人員采用渦流技術對其進行全面檢查。檢查結果是：列管有116根不同程度的腐蝕穿透現象，其中115根換熱管腐蝕部位在下管板100mm處，1根換熱管腐蝕部位在上管板200mm處，而且在列管與下管板連接處由較多的淤積物。

充分認識并掌握高壓甲銨冷凝器列管穿孔的規律及各種影響因素，并加以精心操作和準確的判斷，才能夠保證設備的高出力率并有效的降低或避免一些不必要的腐蝕穿孔情況發生，使尿素系統安全穩定長周期運行。

2 腐蝕原因分析

2.1 水碳比影響列管腐蝕

水碳比超過允許范圍0.43～0.5，列管的應力腐蝕會加重。顯然，系統水碳比增高意味著系統的水量偏多，溶液濃度過小，使NH4COONH2和NH4CNO的解離度過大，溶液中的氨基甲酸根COONH2-和氰酸根離子CNO-數量過多，造成介質對金屬的腐蝕加速。

2.2 甲銨液濃度影響列管腐蝕

甲銨液濃度過高，對列管的腐蝕性愈強。此時，介質中COONH2-含量過多，而且COONH2-具有很強的還原性，使金屬表面鈍化膜在工藝介質的不斷沖刷下逐漸被破壞，從而增加了列管的腐蝕程度。

2.3 工藝介質中硫含量影響列管腐蝕

硫具有強還原性。原料CO2氣體或空氣中的硫，無論以有機硫（主要是COS）還是無機硫（H2S）的形式進入設備內，在高溫、高壓下進行水解和一系列氧化還原反應后，最終的結果都會把金屬氧化膜破壞，從而使金屬表面產生嚴重的活化腐蝕。

2.4 工藝介質中Cl-含量影響列管腐蝕

當工藝介質中大量的Cl-聚集在金屬表面時，極易產生應力腐蝕，從而導致列管裂紋或破裂。所以在生產過程中要嚴格控制工藝介質中Cl-的含量。

2.5 氧含量

系統的氧含量是金屬鈍化膜形成的關鍵。如果系統中氧的濃度低于形成鈍化膜所需的最低濃度時，氧化膜將被破壞，設備進入活化加速腐蝕階段。尤其是最下排的列管汽相冷凝不夠充分,液相中氧的含量更低。

應用CO2汽提工藝的一些生產廠中，也有一些廠向系統中加入一定量的雙氧水(H2O2)，以減少CO2壓縮機的生產負荷，提高生產能力。雙氧水中釋放出來的原子氧，可以直接參加電極反應，有利于鈍化膜的形成。加雙氧水的同時應該加鈍化空氣，這是由于雙氧水穩定性較差，當其進入設備后很快就會分解，使介質中的氧不能均勻地和設備表面接觸，達不到預期的目的。

2.6 列管上沉積物與應力腐蝕的關系

在列管的表面，如果由沉積物存在，會加速設備應力腐蝕，這主要是由于沉積物的存在有利于Cl-附積。當Cl-附積到一定程度后，要比設備光潔時腐蝕的破壞力嚴重，而且更迅速。特別是冷凝液中Cl-大于0.5×10-6后，沉積物區域的管板或列管，在幾個月內就有可能發生較為嚴重的應力腐蝕。

3 正常生產過程中及檢修時的防腐控制措施

3.1 工藝介質的組分控制

系統水碳比的組分是設備防腐的一個重要因素，水碳比增加，可降低溶液的氧含量，易生成氰胺或氰酸銨，同時降低工藝介質的pH值，增加工藝介質對設備的腐蝕性，因此在生產操作過程中要對工藝介質控制合適的水碳比是非常重要的。

3.2 操作溫度控制

超溫對設備的加速腐蝕是比較明顯的，超溫幅度愈大，設備腐蝕速率增加愈快；超溫時間愈長，設備腐蝕愈嚴重。所以，正常生產中，要嚴格控制設備的運行溫度，盡量避免超溫現象的發生。若發現系統在運行時出現超溫，要及時進行調整，將溫度控制在正常的指標范圍。

3.3 系統硫含量及氯離子含量控制

當工藝介質中硫和氯離子超標時，對設備造成的腐蝕是非常嚴重，只要有上述2種元素存在，設備腐蝕現象就會發生，其含量愈高，對設備造成的腐蝕愈嚴重。所以說生產過程中將原料CO2氣中的硫質量濃度控制在2mg/m3以下；工藝介質中 Cl-含量控制在 0.2×10-6以下，設備的應力腐蝕才能大大降低。

3.3 禁止列管上沉積物堆積

為減緩設備內及列管上沉積物的產生，一方面在系統沖洗時，嚴禁使用生水（包括循環水、消防水、生活水、雨水等），要使用清潔的脫鹽水；另一方面，有條件時要想法定期沖洗設備內及列管上的沉積物。

3.4 在檢修時嚴禁鐵器敲擊設備

在檢修過程中嚴禁使用扳手、鐵錘等鐵器敲擊設備列管及內襯等部位，防止加快設備產生應力腐蝕程度。嚴禁油脂粘貼在內襯表面，防止加快設備在高溫條件下產生紅斑，加快腐蝕速率。

4 停車封塔期間的防腐蝕控制

停車封塔期間，如果操作和維護不當，一次停車給設備造成的腐蝕有可能比正常運行幾天產生的腐蝕都嚴重。停車時，為減緩甲銨冷凝器的腐蝕，一般需要注意（1）系統氨碳比的控制；（2）系統水碳比的控制；（3）封塔時間。