尿素合成塔腐蚀分析与防护

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　　摘 要：设备管理技术人员，必须掌握好设备理论知识和实际操作的技术经验，经过不断的摸索和改造创新。本着认真负责的态度对待专业的学习，提高自己的专业知识和职业素养。了解和掌握化工设备的磨蚀与防护。设备腐蚀问题，是关系到企业安全生产和经济效益的关键问题，只要做到及时发现，科学分析并进行正确的防护处理，才能为企业的稳产、高产和高效创造有利条件。
　　关键词：尿素合成塔；腐蚀；防护
　　DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.15.191
　　1 尿素合成塔装置概况
　　2017年12月川金象化工尿素分公司针对系统装置进行年度大修，主要对尿素合成塔进行化工磨蚀检查和防护处理。检查中发现尿素合成塔内件及塔内衬均存在腐蚀且腐蚀情况比较严重。具体检测情况如下：
　　川金象化工尿素合成塔内衬共8个筒节，7道环焊缝，2道纵向焊缝。衬里材质316L MOD，焊缝材质25-22-2。尿素合成塔内件下降管，12层塔盘，1层分布器，管束材质25-22-2，其余塔盘、支撑角钢、升液器材质316L MOD。
　　1.1 尿素合成塔内衬
　　（1）除第一道环焊缝上方母材无明显腐蚀外，其余6道环焊缝两侧均出现刀口腐蚀，其中第6道环焊缝刀口腐蚀最严重：径向达到5mm。
　　（2）尿素合成塔上部内衬里表面出现连续、大面积麻面；衬里壁厚最大11.9mm，最小9.1mm。
　　1.2 尿素合成塔内件
　　（1）塔盘平均厚度从7.8mm到12.2mm，普遍减薄。最大值12.0mm，最小值7.3mm；且均呈中间厚边缘薄的情况；
　　（2）塔盘直径Φ1795mm最大减小到Φ1780mm；
　　（3）塔盘上换热管穿过每层塔盘的孔径由原设计的Φ39扩大到Φ44～Φ47不等，致使换热管与塔盘上孔形成的环隙流通面积增加较大；
　　（4）换热管壁厚最大3mm，最小2.1mm，各层管束平均厚度从2.4mm到2.9mm，塔内中下段管束壁厚较小；换热管壁厚最大2.9mm，最小1.9mm，各层管束平均厚度：2.2mm到2.8mm，塔内中下段管束壁厚较小；
　　（5）所有支撑角钢、加强角钢均出现腐蚀。所有换热管与塔盘固定点焊点以及支撑角钢与塔盘焊缝局部有明显刀口腐蚀外，腐蚀严重时，直接导致换热管点焊缝与塔盘脱焊，换热管与塔盘孔摩擦致断。
　　2 尿素合成塔磨蚀分析
　　尿素甲铵溶液具有强腐蚀性，浓度愈高温度愈高，对设备腐蚀愈强[1]。在尿素生产过程中，尿素合成塔设备处于高温、高压、甲铵溶液浓度相对较高的环境中，所以，尿素合成塔的腐蚀情况一般要比其他系统的设备腐蚀严重。
　　（1）尿素合成塔整体表现为内部衬里的均匀腐蚀。但从整个合成塔所涵盖的腐蚀类别来看，尿素合成塔中包括的腐蚀类别很多，据专家介绍：大化肥尿素合成塔整个衬里和内件的均匀腐蚀，腐蚀速率一般为0.1—0.2mm/h.结合实际检测情况确定尿素合成塔有多种腐蚀形式：
　　1）尿素合成塔顶底封头的环焊带部位经常出现应力和晶间腐蚀类别针孔腐蚀；2）固定合成塔出液管线上的卡子及相关部件出现缝隙腐蚀和冲刷磨蚀；3）衬里焊缝的边沿处由于焊接时母材受温度的影响，导致局部贫铬等，运行几年后就会出现晶间腐蚀类别刀状腐蚀；4）合成塔进出口处存在垢下腐蚀，由于保温不好也有一定的冷凝腐蚀；5）合成塔塔盘与塔壁的环隙之间以及塔盘与下降换热管存在着一定的冲刷腐蚀和疲劳腐蚀；6）合成塔下降换热管和弯管处在热胀冷缩中存在着一定疲劳腐蚀。
　　（2）影响腐蚀的因素很多，从工艺操作方面分析认为，对尿素合成塔产生腐蚀影响的主要因素有：温度，压力，氨碳比、水碳比、甲铵液的浓度、氧含量、硫和氯离子等。结合川金象化工尿素合成塔检测磨蚀情况分析磨蚀原因：
　　1）腐蚀严重部位集中在尿素合成塔中下部，由于衬里与塔盘环隙增加，以及塔盘上穿换热管的孔径增大[2]。两者相加，通过缝隙的介质物料流速高造成磨蚀加剧，通过旋转口介质物料流速低，其形成的旋转液流推不动整个液流与换热管进行充分换热，造成直立换热管换热不均匀，温度高的地方腐蚀加剧。2）尿素合成塔中下部温度高，甲铵液的浓度高，反应剧烈磨蚀相应增大。3）低负荷有一定的影响。负荷低介质物料在合成塔内停留时间久，尿素合成塔温度和压力相比高磨蚀同样加剧。4）造成腐蚀严重的原因，反应物料CO2里S，CL-、NO3-等离子的存在。
　　3 尿素合成塔磨蚀防护
　　针对川金象尿素合成塔生产运行现状和生产检修检测，提出了以下应对防护措施：
　　（1）对原料气CO2中成份进行全分析（包括S，CO、CL-、NO3-）特别是原料气CO2中S含量指标为≤5mg/m3，并作为一个定期检验项目，严格控制工艺指标。
　　（2）针对低负荷，调整工艺参数：负荷在70%以下时，操作温度由190℃降为188℃，操作压力降为19.7MPa；
　　（3）低负荷改变操作条件后，转化率下降，造成尿素后工段负荷增加，需對尿素后工段进行调整和改造；
　　（4）严禁回收排放液进入尿素系统。外排液中杂质和磨蚀物离子严重影响设备；
　　（5）严禁改变尿素装置的设计工况。确保尿素合成塔在设计工况下良好运行；
　　（6）尿塔最好在运行一年后（最迟2年）进行检查，视检查情况再采取相应措施；
　　（7）改变加氧（防腐空气）方式（专家指出从加入物料液氨总管上加入）。
　　总之，尿素合成塔是尿素生产的关键设备。只有允分认识和掌握尿素合成塔磨蚀规律和影响因素，才能减少和避免一些不必要的磨蚀情况发生，工艺操作人员也只有充分认识和了解影响尿素合成塔磨蚀因素后，在正常生产和开停车处理中，才能避奂盲目操作，杜绝设备严重磨蚀情况发生。保护好设备，维护好设备，确保尿素合成塔良好，稳定和安全运行。
　　参考文献：
　　[1]彭刚.尿素合成塔衬里腐蚀分析与防护措施[J].云南化工，2017，44（11）：59-60.
　　[2]杨艳.浅析尿素合成塔腐蚀原因及预防措施[J].氮肥与合成气，2017，45（11）：27-29.
　　作者简介：李朝庭（1974-），男，四川巴中人，本科，机电一体化工程师，研究方向：机电一体化。
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