尿素合成塔腐蝕及應對措施探究

王培寶

山東華魯恒升化工股份有限公司

尿素合成塔腐蝕及應對措施探究

王培寶

山東華魯恒升化工股份有限公司

尿素合成塔是尿素生產的關鍵設備，只有充分認識和掌握尿素合成塔的腐蝕規律和影響因素，才能減緩或避免一些不必要的腐蝕情況發生。因此在實際應用過程中需要相關工作人員充分認識影響尿素合成塔的腐蝕因素，有針對性的采取措施進行控制，從而控制設備的防腐，保障設備正常運行。基于此本文分析了尿素合成塔腐蝕及應對措施。

尿素合成塔；腐蝕；應對措施

1、尿素合成塔的腐蝕情況

尿素的腐蝕從大體上可分為兩種：均勻腐蝕和局部腐蝕。均勻腐蝕表現為尿素合成塔內部襯里的均勻腐蝕，一般是內襯里母材的均勻腐蝕和焊縫的均勻腐蝕，雖有較大面積的質量損失，但相對而言危險性較小。局部腐蝕表現為尿素合成塔中金屬表面某些區域的不均勻腐蝕，如尿素合成塔頂底封頭的環焊帶部位、合成塔上封頭的人孔處等，腐蝕的分布和深度都是不均等的，因此常會在整個設備看似正常的情況下發生局部穿孔或破裂，從而導致嚴重事故，危險性較大。

2、尿素合成塔的腐蝕原因分析

2.1 溫度

介質溫度對設備腐蝕的影響十分明顯。這是由于溫度的升高可以增加金屬活化態和鈍化態的腐蝕速率，使不銹鋼的鈍化區變窄，加速材質的活化。即加速了陰極、陽極的氧化還原過程，從而提高了設備的腐蝕速率。在165℃以下時，溫度變化對不銹鋼腐蝕的影響較小。但溫度在165℃-200℃時，腐蝕速率將增加3-4倍。由于不銹鋼的材料不同，其耐高溫的區別也比較大。

操作溫度對設備腐蝕的影響很大，當操作溫度超過設計溫度，即使只有1℃-2℃，設備的腐蝕增加也非常明顯。判斷設備腐蝕程度的大小，一般根據介質中的鐵、鎳含量高低進行判斷。當介質中的鐵、鎳含量增高，說明設備的腐蝕情況呈加劇趨勢應及時查找原因，使其盡快恢復正常。

2.2 氨碳比(摩爾比)

氨碳比升高，有利于減緩設備的腐蝕，這是由于在氨碳比較高時，系統pH值升高，使系統的酸性降低，從而減少了COONH2-和CNO-在介質中的濃度和停留時間。

高氨碳比可以減緩設備腐蝕，在氨汽提和二氧化碳汽提兩種不同的工藝對比中可以證實。氨汽提工藝由于設計氨碳比為3.56，而二氧化碳汽提工藝設計的氨碳比為2.89。操作溫度相同，都是塔頂溫度不超過188℃。正常運行時二氧化碳汽提工藝設備的腐蝕速率一般也比氨汽提工藝的年腐蝕速率高。停車封塔時，封塔時間二氧化碳汽提工藝要求一般不允許超過24h，而氨汽提工藝一般可封塔48h以上。

2.3 甲銨液的濃度

甲銨液的濃度愈高，設備的腐蝕性愈強。甲銨液濃度較高時，介質中離子數量相對增多，由于離子的強還原性，使金屬表面鈍化膜不斷被破壞，增加了設備的腐蝕程度。在尿素甲銨溶液中，尿素的腐蝕程度一般較小，導致設備腐蝕的主要原因是溶液中甲銨組分。如尿素蒸發系統中，由于甲銨液的濃度比較低，雖然尿液濃度比較高，但介質腐蝕性并不太強，所以蒸發系統一二段分離器等設備材質僅選用一般的以不銹鋼即可滿足生產的需要。

2.4 介質流速

介質流速是導致沖刷腐蝕的主要因素之一。為減緩沖刷腐蝕，設計時應適當增大管徑，以減緩介質在設備內的流速，以高負荷狀態下不致于使金屬表面的鈍化膜受到破壞為原則。在氣汽液共存的列管或管道內，由于介質對管壁的沖蝕更為嚴重，設計中需要充分考慮這些因素。

3、應對措施

3.1 焊縫、堆焊層及母材缺陷的修復

對于針孔、腐蝕坑等缺陷，用風動砂輪打磨，去除表面的雜渣，直至全部露出金屬光澤。對于深度小于2mm表面光滑的腐蝕部位視情況可不作處理。焊接工藝上采用手工電焊，焊條選用25-22-2LMn規格，焊后進行鐵素體測定、滲透檢測，焊后表面不得有裂紋、氣孔夾渣等缺陷。

3.2 人孔密封面的修復

人孔密封面縫隙腐蝕較深時，應打磨至缺陷消除，然后用丙酮清洗干凈，采用焊絲氬弧焊堆焊，在補焊部位兩側用0.05mm的不銹鋼皮覆蓋加以保護，堆焊部位要高于原密封面1～2mm，堆焊層分兩層焊完。焊后作滲透檢測，補焊后先用風動砂輪粗磨，然后用油石進行精研，不斷用紅丹粉著色檢查平整情況，直到符合要求。

3.3 襯里拆除及修復

一般在拆除舊襯里過程中，經常使用碳弧氣刨，碳弧在穿透襯里后容易傷及碳鋼基層，造成基層表面產生大量裂紋。此時應采用邊滲透檢測邊打磨的方法，直至裂紋消除。盡管如此，仍然給設備帶來一定的安全隱患。襯里在滲透檢測合格后進行中間焊及蓋面焊，焊接完成后作鐵素體測定，合格后進行表面酸洗鈍化，必要時還需進行氨滲漏檢查。

3.4 保障尿素合成塔安全運行

在尿素裝置開車和停車過程中，嚴格執行操作規程，并根據現場實際制定具體措施。

(1)在設備運行中加強巡檢，制定可行的檢漏方案，每周檢查一次檢漏孔是否暢通，并記錄存檔。(2)嚴格控制尿素合成塔溫度在190℃以下，高壓系統壓力控制在15.2Mpa以下。適當提高氨碳比，控制在3.3～3.8，降低水碳比。(3)每周檢查尿素合成塔出液、尿素產品鐵、鎳含量，控制標準Fe≤0.6×10-6、Ni≤0.2×10-6。(4)封塔時間一般不超過24 h；封塔后開車運行不足8 h，再次封塔時間不得超過12 h，否則排塔。(4)目前，天然氣供給量不足，負荷較低，嚴重影響尿素產量，高壓系統設備襯里腐蝕加重，因此，加減負荷時要按操作規程進行，儀表要保證溫度、壓力、液面指示準確，避免系統較大波動，確保安全穩定運行。(5)對入塔原料二氧化碳中硫化物含量進行嚴格控制。硫化物的含量過高時，不銹鋼將無法發生鈍化，即鈍化膜將無法生成，這樣將會大大加速設備被腐蝕，從而導致無法開工生產。

總之，尿素甲銨溶液具有強腐蝕性，濃度愈高溫度愈高，對設備腐蝕愈強，因此需要進一步加強對其的研究，并采取有效的措施進行優化，從而確保設備的正常運行。

[1]徐曉丹，馬歆，謝毅.國內外尿素合成塔失效原因及缺陷現狀調查[J].化工進展，2012，S2：31-35.

[2]朱強，李召顯.尿素合成塔襯里缺陷處理及溫度和壓力控制[J].設備管理與維修，2011，12：16-17.