淺析化肥廠反應類壓力容器重點檢驗部位

劉紅星 劉 穎 劉景新 王 彬 張 捷

（河北省特種設備監督檢驗研究院唐山分院，河北 唐山 063000）

0 引言

伴隨著人民生活水平的日益提高，壓力容器的使用量也隨之越來越大。 作為一種與人們在工業生產中生活緊密相關的壓力設備的壓力容器，化肥行業的生產也離不開壓力容器 ，為了保證其安全可靠、高效地運行，需要對壓力容器進行定期檢驗。 因為不同壓力容器的壓力等級、溫度范圍、運行的介質等是不完全一樣，有的是高溫、高壓、高腐蝕性介質，有的是低溫、低壓、無腐蝕性介質，因此他們的失效原理及損傷模式也不盡相同。 此外，化肥廠反應類壓力容器的工藝設計、建造質量、運行情況、救援系統等。 也都影響著容器的風險。 因此，為了保證檢驗的準確性， 需要制定合理有效的檢驗方案，所以， 要對化肥廠反應類壓力容器重點檢驗部位進行探究，為以后的檢驗提出合理的建議。

1 化學反應對變換工段檢驗部位的影響

根據我分院多年來對變換工段的檢驗情況來看，變換工段主要的介質是半水煤氣、變換氣及熱水，也就是CO、H2O、CO2、H2 等。 變換工段主要的化學反應發生在變換爐和低變爐中，在變換爐和低變爐中主要是一氧化碳和熱水生成二氧化碳和氫氣，即:CO+H2O=CO2+H2。

因為CO2是化肥廠生產過程中主要的腐蝕物之一，CO2的腐蝕能使設備的使用壽命大大降低。 CO2對壓力容器有可能形成全面的腐蝕， 也有可能形成局部的腐蝕， 干燥的CO2在一般情況下不會發生腐蝕反應，當CO2溶解于水中時，會促進鋼鐵發生電化學腐蝕反應。半水煤氣中本身就含有CO2和H2S， 經反應后，CO2含量增多，并且有機硫轉化為無機硫，使變換氣中的H2S含量增多。 溶于水中的H2S、CO2和飽和水中Cl-形成了弱酸性介質對壓力容器壁形成電化學腐蝕， 而溶于水中的H2S 的存在， 對CO2的水溶液的腐蝕起推動作用。 因此， 針對于變換工段的各種反應類壓力容器進行必要的分析。

飽和熱水塔等塔類壓力容器， 飽和熱水塔分為填料塔和板式塔兩種， 以填料塔居多， 其中間用鋼板隔開分為飽和塔和熱水塔， 常壓變換的時候， 上面的為熱水塔下面的為飽和塔， 加壓變換時上為飽和塔下為熱水塔[1]。 對于填料塔，在塔體裝有瓷環的內壁上，如果焊縫外防腐層損壞， 當水沿塔內壁下流至焊縫表面時，則在表面粗糙部位、咬邊部位、表面氣孔和表面裂紋處相對滯流并產生坑蝕。 由于高溫變換使觸媒破損率高，形成對塔壁的磨損。 因此，以后的檢驗中，需要對塔壁、焊縫進行主要的檢驗工作。

熱交換器，由于半水煤氣在進入熱交換器前，需要來自管線上的高溫蒸汽， 這樣就會使部分液滴汽化[2]。但是，由于停留時間短，半水煤氣與蒸汽很難混合均勻，進熱交換器的氣體溫度低，這樣就會造成熱交換管的腐蝕，因此檢驗時，應特別注意熱交換管的腐蝕情況。

高溫變換爐，在高溫條件下，氫與表面金屬的碳化物發生化學反應，金屬表面脫碳，另外，如果甲烷氣體在晶界原有的微觀孔隙內形成局部高壓， 會造成應力集中， 進而產生鼓包或者裂紋， 因此檢驗時應重點檢驗筒節焊縫處。

2 化學反應對碳化工段檢驗的影響

碳化塔是碳化工段主要的設備之一， 操作壓力為0.9Mpa，操作溫度為40 ℃，屬于Ⅱ類常溫壓力容器，在塔內進行著CO2吸收、 碳化反應以及碳酸氫銨的結晶過 程，即NH3+CO2+H2O=NH4HCO3 反 應 過 程[3]。 因 此，氣體、 液體和固體是同時存在的。 為了保證良好的吸收， 在結構上必須滿足氣體均勻分布的要求。 如果未能達到氣體均勻分布的要求， 則會導致產生氣液偏流。 在0.9Mpa 壓力下沖刷著塔壁，同時，伴隨著生成的碳酸氫銨顆粒猛烈地撞擊著塔壁， 這樣就會使塔壁防腐層的破壞，造成塔壁形成沖刷腐蝕，因此，下封頭氣體偏流處容易出現腐蝕坑。 吸收了變換氣中的二氧化碳、 微量硫化氫后的溶液中含有大量的離子， 其中硫化氫水解后的HS-及S-和溶于水中的氧對碳鋼有強腐蝕作用。 因此，在碳化工段檢驗過程中，應當重點注意碳化塔冷卻管的腐蝕部位， 下封頭沖刷部位，對焊縫內表面等。

3 化學反應對氨合成工段的影響

合成氨作為化肥等工業生產的重要原料， 是人們生產生活所不可缺少的重要物質之一。 氨合成塔是氨氣生產環節的主要設備之一，是高溫、高壓、強腐蝕性介質的反應類壓力容器[4]。 合成氨工段的主要介質有H2、N2、Ar、CH4、NH3 和飽和水蒸氣，狀態有氣體和液體2 種。 主要發生的化學反應是3H2+N2=2NH3，氫原子或氫離子擴散進入鋼中后會在晶界附近以及夾雜物與基體相交界面處的微隙中結合成氫分子， 部分與微隙壁上的碳或碳化物反應生成甲烷。 隨著甲烷的增多，在微隙壁上的應力越來越大，這樣就會產生裂紋。在高溫高壓氫腐蝕的環境下， 在內筒與層板之間容易形成鼓包。 因此，在以后的氨合成工段的檢驗過程中，要注意內筒縱焊縫、內筒與層板、母材角焊接接頭處。

4 化學反應對尿素化合成工段的影響

尿素合成塔是尿素生產過程中不可缺少的設備之一，是高溫、高壓、強腐蝕性介質的反應類壓力容器。目前， 尿素工業生產主要采用的生產原料為液氨和二氧化碳。[5]主要的化學反應分兩步：第一步反應為液氨與二氧化碳氣體作用生成氨基甲酸銨，2NH3+CO2=NH4COONH2第二步化學反應為NH4COONH2=(NH2)2CO+H2O。 在尿素的生產過程中會產生氨基甲酸銨，氨基甲酸銨極易溶于水， 而且氨基甲酸銨溶液在高溫、 高壓下分解出氨基甲酸根離子， 氨基甲酸根具有很強的腐蝕性。 同時，合成的尿素又會分解成氰酸和氰胺酸，這兩種物質極易溶于水， 發生電離反應， 導致合成塔受腐蝕。 由于氨和二氧化碳生成的甲胺的反應主要集中在合成塔中下部完成， 所以， 中、 下部的腐蝕更為嚴重。 由于氨基甲氨酸離子的腐蝕性， 腐蝕的主要表現形式為襯里的均勻剪薄、 焊縫發黑疏松、 焊縫熱影響區選擇性刀口腐蝕、氣孔、垢下腐蝕、封頭耐腐蝕層腐蝕。 因此， 在尿素合成工段的檢驗過程中， 應重點注意，焊縫、堆焊縫、焊縫熱影響區、人孔密封面、襯里環焊縫、液氨進口管管口。

5 化學反應對甲醇合成工段的影響

在甲醇合成工段主要的介質有CO、CO2、H2、H2O等， 主要發生的化學反應有CO+2H2=CH3OH、CO2+3H2=CH3ON+H2O。 一般情況下，在相對高壓和較低溫度下， 氣體中大量存在的一氧化碳和它所接觸的容器的表面發生化學反應，形成Fe（CO）5。 此外，從動力學角度看， 一氧化碳在高壓和高溫的條件下有利于羰基金屬化合物的形成； 但是從熱力學角度看， 低溫有利于羰基金屬化合物的形成。

在甲醇工業中，羰基金屬主要以Fe（CO）5 形式存在， 通常情況下出現在有一氧化碳和硫化氫氣體通過的換熱器等設備中， 原料氣中的一氧化碳在高壓、低溫環境中對設備產生腐蝕， 然而， 硫化氫的存在會明顯地促進一氧化碳和鐵的反應[6]。

由于甲醇系統中含有大量的水分， 硫化氫在一定溫度條件下會溶解于水形成氫硫酸， 氫硫酸與金屬鐵反應生成硫化亞鐵，對設備也會造成腐蝕。

通過以上對甲醇合成工段化學反應的分析， 我們在以后的檢驗過程中應將重點放在換熱器的列管底端、管板、封頭，筒體環焊縫等。

6 結論

本文通過對化學反應對變換工段、碳化工段、氨合成工段、 尿素化合成工段、 甲醇合成工段的影響的分析。 由此，得知變換工段需要對飽和熱水塔需要塔壁、焊縫進行主要的檢驗工作， 熱交換器， 應特別注意熱交換管的腐蝕情況。 高溫變換爐， 應重點檢驗筒節焊縫處。 碳化工段應當重點注意碳化塔冷卻管的腐蝕部位，下封頭沖刷部位，對焊縫內表面等。 氨合成工段，要注意內筒縱焊縫、內筒與層板、母材角焊接接頭處。尿素化合成工段， 在尿素合成工段的檢驗過程中，應重點注意，焊縫、堆焊縫、焊縫熱影響區、人孔密封面、襯里環焊縫、液氨進口管管口。 甲醇合成工段，應將重點放在換熱器的列管底端、 管板、 封頭， 筒體環焊縫等。 因此， 在以后的檢驗過程中， 要特別注意這些部位，以及這些部位的損傷模式。