尿素合成塔腐蝕分析與防護

摘 要：設備管理技術人員，必須掌握好設備理論知識和實際操作的技術經驗，經過不斷的摸索和改造創新。本著認真負責的態度對待專業的學習，提高自己的專業知識和職業素養。了解和掌握化工設備的磨蝕與防護。設備腐蝕問題，是關系到企業安全生產和經濟效益的關鍵問題，只要做到及時發現，科學分析并進行正確的防護處理，才能為企業的穩產、高產和高效創造有利條件。

關鍵詞：尿素合成塔；腐蝕；防護

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.15.191

1 尿素合成塔裝置概況

2017年12月川金象化工尿素分公司針對系統裝置進行年度大修，主要對尿素合成塔進行化工磨蝕檢查和防護處理。檢查中發現尿素合成塔內件及塔內襯均存在腐蝕且腐蝕情況比較嚴重。具體檢測情況如下：

川金象化工尿素合成塔內襯共8個筒節，7道環焊縫，2道縱向焊縫。襯里材質316L MOD，焊縫材質25-22-2。尿素合成塔內件下降管，12層塔盤，1層分布器，管束材質25-22-2，其余塔盤、支撐角鋼、升液器材質316L MOD。

1.1 尿素合成塔內襯

（1）除第一道環焊縫上方母材無明顯腐蝕外，其余6道環焊縫兩側均出現刀口腐蝕，其中第6道環焊縫刀口腐蝕最嚴重：徑向達到5mm。

（2）尿素合成塔上部內襯里表面出現連續、大面積麻面；襯里壁厚最大11.9mm，最小9.1mm。

1.2 尿素合成塔內件

（1）塔盤平均厚度從7.8mm到12.2mm，普遍減薄。最大值12.0mm，最小值7.3mm；且均呈中間厚邊緣薄的情況；

（2）塔盤直徑Φ1795mm最大減小到Φ1780mm；

（3）塔盤上換熱管穿過每層塔盤的孔徑由原設計的Φ39擴大到Φ44～Φ47不等，致使換熱管與塔盤上孔形成的環隙流通面積增加較大；

（4）換熱管壁厚最大3mm，最小2.1mm，各層管束平均厚度從2.4mm到2.9mm，塔內中下段管束壁厚較小；換熱管壁厚最大2.9mm，最小1.9mm，各層管束平均厚度：2.2mm到2.8mm，塔內中下段管束壁厚較小；

（5）所有支撐角鋼、加強角鋼均出現腐蝕。所有換熱管與塔盤固定點焊點以及支撐角鋼與塔盤焊縫局部有明顯刀口腐蝕外，腐蝕嚴重時，直接導致換熱管點焊縫與塔盤脫焊，換熱管與塔盤孔摩擦致斷。

2 尿素合成塔磨蝕分析

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[1]。在尿素生產過程中，尿素合成塔設備處于高溫、高壓、甲銨溶液濃度相對較高的環境中，所以，尿素合成塔的腐蝕情況一般要比其他系統的設備腐蝕嚴重。

（1）尿素合成塔整體表現為內部襯里的均勻腐蝕。但從整個合成塔所涵蓋的腐蝕類別來看，尿素合成塔中包括的腐蝕類別很多，據專家介紹：大化肥尿素合成塔整個襯里和內件的均勻腐蝕，腐蝕速率一般為0.1—0.2mm/h.結合實際檢測情況確定尿素合成塔有多種腐蝕形式：

1）尿素合成塔頂底封頭的環焊帶部位經常出現應力和晶間腐蝕類別針孔腐蝕；2）固定合成塔出液管線上的卡子及相關部件出現縫隙腐蝕和沖刷磨蝕；3）襯里焊縫的邊沿處由于焊接時母材受溫度的影響，導致局部貧鉻等，運行幾年后就會出現晶間腐蝕類別刀狀腐蝕；4）合成塔進出口處存在垢下腐蝕，由于保溫不好也有一定的冷凝腐蝕；5）合成塔塔盤與塔壁的環隙之間以及塔盤與下降換熱管存在著一定的沖刷腐蝕和疲勞腐蝕；6）合成塔下降換熱管和彎管處在熱脹冷縮中存在著一定疲勞腐蝕。

（2）影響腐蝕的因素很多，從工藝操作方面分析認為，對尿素合成塔產生腐蝕影響的主要因素有：溫度，壓力，氨碳比、水碳比、甲銨液的濃度、氧含量、硫和氯離子等。結合川金象化工尿素合成塔檢測磨蝕情況分析磨蝕原因：

1）腐蝕嚴重部位集中在尿素合成塔中下部，由于襯里與塔盤環隙增加，以及塔盤上穿換熱管的孔徑增大[2]。兩者相加，通過縫隙的介質物料流速高造成磨蝕加劇，通過旋轉口介質物料流速低，其形成的旋轉液流推不動整個液流與換熱管進行充分換熱，造成直立換熱管換熱不均勻，溫度高的地方腐蝕加劇。2）尿素合成塔中下部溫度高，甲銨液的濃度高，反應劇烈磨蝕相應增大。3）低負荷有一定的影響。負荷低介質物料在合成塔內停留時間久，尿素合成塔溫度和壓力相比高磨蝕同樣加劇。4）造成腐蝕嚴重的原因，反應物料CO2里S，CL-、NO3-等離子的存在。

3 尿素合成塔磨蝕防護

針對川金象尿素合成塔生產運行現狀和生產檢修檢測，提出了以下應對防護措施：

（1）對原料氣CO2中成份進行全分析（包括S，CO、CL-、NO3-）特別是原料氣CO2中S含量指標為≤5mg/m3，并作為一個定期檢驗項目，嚴格控制工藝指標。

（2）針對低負荷，調整工藝參數：負荷在70%以下時，操作溫度由190℃降為188℃，操作壓力降為19.7MPa；

（3）低負荷改變操作條件后，轉化率下降，造成尿素后工段負荷增加，需對尿素后工段進行調整和改造；

（4）嚴禁回收排放液進入尿素系統。外排液中雜質和磨蝕物離子嚴重影響設備；

（5）嚴禁改變尿素裝置的設計工況。確保尿素合成塔在設計工況下良好運行；

（6）尿塔最好在運行一年后（最遲2年）進行檢查，視檢查情況再采取相應措施；

（7）改變加氧（防腐空氣）方式（專家指出從加入物料液氨總管上加入）。

總之，尿素合成塔是尿素生產的關鍵設備。只有允分認識和掌握尿素合成塔磨蝕規律和影響因素，才能減少和避免一些不必要的磨蝕情況發生，工藝操作人員也只有充分認識和了解影響尿素合成塔磨蝕因素后，在正常生產和開停車處理中，才能避奐盲目操作，杜絕設備嚴重磨蝕情況發生。保護好設備，維護好設備，確保尿素合成塔良好，穩定和安全運行。

參考文獻：

[1]彭剛.尿素合成塔襯里腐蝕分析與防護措施[J].云南化工，2017，44（11）：59-60.

[2]楊艷.淺析尿素合成塔腐蝕原因及預防措施[J].氮肥與合成氣，2017，45（11）：27-29.

作者簡介：李朝庭（1974-），男，四川巴中人，本科，機電一體化工程師，研究方向：機電一體化。