CO2汽提尿素工藝高壓圈設備腐蝕與處理

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CO2汽提尿素工藝高壓圈設備腐蝕與處理

楊小艷米圣偉郭茜

(河南心連心化肥有限公司河南新鄉453731)

河南心連心化肥有限公司原料結構調整項目中尿素生產裝置采用國產改進型CO2汽提工藝，于2013年11月正式投產，單套設備設計日產尿素1 350 t，年產尿素800 kt。

1工藝流程簡介

CO2汽提法尿素生產裝置分高壓系統、低壓系統、水解解吸及蒸汽冷凝液系統。高壓系統主要由尿素合成塔、高壓洗滌器、高壓甲銨冷凝器以及CO2汽提塔四大高壓設備組成，工作壓力為13.6～14.4 MPa，工作溫度為165～190 ℃ ，是尿素生產的核心部分。

高壓部分工藝流程：出高壓甲銨冷凝器塔頂的液相和氣相分別經2條管線送入合成塔底，反應液在塔內上升到正常液位，溫度上升至180～185 ℃，經溢流管從塔底排出，經液位控制閥進入汽提塔上部，與從塔下部導入的CO2氣體在殼側蒸汽加熱下發生汽提反應，合成反應液中過剩氨及未轉化的甲銨被汽提蒸出和分解，氣相從塔頂排出，液相從塔底排出；從汽提塔頂排出的氣體與新鮮氨及高壓洗滌器來的甲銨混合，一起進入高壓甲銨冷凝器；從合成塔頂排出的氣體進入高壓洗滌器，在高壓洗滌器中部分氨和CO2用低壓吸收段的甲銨液冷凝吸收，然后經高壓甲銨冷凝器再返回合成塔，不冷凝的氣體減壓后進入低壓吸收塔吸收后直接放空。

2設備結構簡介

尿素合成塔為Q345R層板包扎壓力容器，內襯材料為8 mm厚超低碳鎳鉻鉬不銹鋼X2CrNiMo 25- 22- 2(奧氏體不銹鋼)；內筒為28 mm厚 Q345R容器板1層，共11層塔盤。塔體設有襯里檢漏系統，檢驗襯里的腐蝕泄漏情況。

高壓甲銨冷凝器及CO2汽提塔均為管程承壓，殼程為調溫水和蒸汽，換熱管材質為X2CrNiMo25- 22- 2，殼側耐壓部分材質為Q345R，管板及上、下封頭均為8 mm厚 X2CrNiMo25- 22- 2焊帶材料堆焊襯里，堆焊襯里設有檢漏系統。

高壓洗滌器為浸沒型管殼式換熱器，其上部為球形防爆空間，防爆空間內設有填料段；下部為管式換熱器，換熱器殼程為高壓調溫水，經列管傳熱，對溫度進行調節；換熱管、填料段、管板以及管箱襯里材質為X2CrNiMo25- 22- 2，襯里設有檢漏系統。

3設備腐蝕情況

尿素裝置自2013年底投產以來，系統生產運行比較穩定，各項操作均嚴格控制在工藝指標范圍內。2015年5月，尿素裝置停車大修，將高壓系統四大設備全部打開進行檢查，發現存在腐蝕現象，具體腐蝕情況如下。

尿素合成塔內襯存在多處腐蝕坑現象，腐蝕坑尺寸為Φ2.0 mm×0.5 mm和Φ3.0 mm×2.0 mm等。最大一處腐蝕坑尺寸為Φ12.0 mm×6.0 mm，坑深約2.5 mm。塔盤預焊件焊縫處也發現微小裂紋。

高壓甲銨冷凝器上封頭及管箱襯板存在6處腐蝕坑現象，最大兩處腐蝕坑尺寸為Φ8 mm×4 mm和Φ12 mm×4 mm，腐蝕深度已達到襯里厚度的1/2。

CO2汽提塔下封頭存在十幾處腐蝕坑現象，腐蝕坑為Φ2.0 mm×0.5 mm或麻點形狀。

高壓洗滌器無明顯腐蝕。

4腐蝕原因分析

尿素生產介質腐蝕性較強，需要嚴格控制操作工藝條件及選用高級耐腐蝕材料，才能確保安全生產。本裝置高壓系統主要耐腐蝕襯里材料為X2CrNiMo25- 22- 2。

根據行業使用經驗，CO2汽提工藝生產裝置腐蝕的常見類型有均勻腐蝕、局部縫隙腐蝕、應力腐蝕、腐蝕坑、腐蝕溝、腐蝕孔洞、焊肉上選擇性腐蝕、焊縫熔合線刀狀腐蝕、熱影響區的晶間腐蝕等。在確定材料無問題前提下，造成這些腐蝕的原因很多，以下各環節都有可能是造成設備腐蝕的因素。

(1) 設備制造過程中存在質量把控不嚴。設備制造過程中若存在未焊透、未融合、氣孔、夾渣等缺陷，這些部位容易成為奧氏體不銹鋼耐腐蝕的薄弱位置，從而形成腐蝕源頭。焊縫中鐵素體含量不應超過2%～3%(質量分數)，否則會引起焊縫區ɑ相的選擇性腐蝕。另外，奧氏體不銹鋼材料應避免與碳鋼類材料混放，制造過程中禁止使用鐵器直接接觸不銹鋼材料，以防鐵離子污染，形成腐蝕源頭。

(2) 開車鈍化處理。鈍化處理可使設備內表面不銹鋼形成一層致密的鈍化膜，起到耐腐蝕作用，一般使用雙氧水或純氧進行鈍化。鈍化過程中的溫度、時間及加氧量應嚴格控制，才能形成穩定的鈍化膜，否則即使經過鈍化處理，投運后鈍化膜很快就會遭破壞，進一步造成設備腐蝕。

(3) 運行過程中防腐處理。系統穩定運行后，通常采取定量連續加雙氧水或純氧進行防腐處理。加雙氧水或純氧的泵設備或裝置容易出現故障，出現故障后的一段時間內無雙氧水或純氧供應，容易造成鈍化膜的破壞，而鈍化膜一旦遭到破壞，很難進行修復，必須停車排塔重新進行升溫鈍化。為了避免此類事故發生，需要設置備泵或儲氣罐裝置，確保系統雙氧水或純氧的持續穩定供給。

(4) 工藝操作溫度控制。正常操作時，嚴格控制各設備操作溫度上限，一旦出現超溫現象，很容易造成設備腐蝕。

(5) 氨碳比與水碳比控制。由于尿素甲銨液會產生還原性很強的氰酸根，極易破壞鈍化膜而產生腐蝕。生產中加入過量的氨可中和尿素甲銨液的酸性，從而抑制腐蝕性很強的氰酸根的產生，但是氨碳比過大增加了后工段負荷，因此需要合理控制。尿素甲銨液在高溫、高壓下會產生氰氧酸胺，水的存在會使其離解產生腐蝕性很強的氰氧酸根，從而加劇物料對設備的腐蝕，因此，在CO2汽提裝置中應控制合適的水碳比。

(6) 停車封塔控制。尿素系統短停封塔期間，由于系統停止了雙氧水或氧氣的加入，隨著系統壓力的下降，溶解于溶液中的氧不斷逸出，使不銹鋼表面的鈍化膜遭到破壞而出現均勻腐蝕。因此，在正常生產中，應盡量減少裝置開停車次數，短停封塔時間不能超過24 h，系統壓力及溫度也不能過低。

(7) 水中氯離子控制。尿素裝置水系統聯動或停車排放置換時，氯離子會隨水進入系統，而奧氏體不銹鋼對氯離子非常敏感，易產生氯離子腐蝕形成孔蝕和應力腐蝕。因此，需嚴格控制水質，確保水中Cl-質量分數<0.2×10-6。另外，高壓甲銨冷凝器、CO2汽提塔及高壓洗滌器換熱段殼側調溫水直接與換熱管接觸，更需要嚴格控制水中氯離子含量。

5腐蝕情況處理

針對本次河南心連心化肥有限公司尿素高壓系統設備出現的腐蝕問題，按照《壓力容器定期檢驗規程》進行評級，腐蝕情況最嚴重的高壓甲銨冷凝器的安全狀況等級被評定為4級，只能監控使用。經與新鄉市鍋爐壓力容器檢驗所及設備制造廠家溝通后，由設備制造廠家提出修復方案并進行施工，修復后不影響定級。具體修復方案如下。

(1) 對于缺陷深度不超過2 mm的點蝕及裂紋處按1∶3的斜度要求進行修磨，修磨后按JB/T 4730.5—2005進行100%滲透檢驗，Ⅰ級合格。

(2) 對于缺陷深度超過2 mm的點蝕、麻點及裂紋進行打磨，打磨后按JB/T 4730.5—2005進行100%滲透檢驗，Ⅰ級合格；探傷后按焊接工藝進行補焊，最后打磨補焊處與筒體、封頭內部，應齊平；最后再次100%滲透檢驗，Ⅰ級合格。

(3) 焊接方法：GTAW；焊材：25.22.2LMn，Φ2.0 mm；焊接電流：DCEN，90～110 A；焊接電壓：10～13 V；焊接速度：4～8 cm/min；焊工資格：X1/Y1/Z1；焊接工藝評定號：3N200；預熱溫度：≥15 ℃；道間溫度≤100 ℃。

收稿日期(2015- 10- 13)