高壓甲銨冷凝器列管穿孔原因及防范

尚玉生王海全劉超鋒

（1、晉城市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)所 晉城 048000；2、鄭州輕工業(yè)學(xué)院裝控系 河南省表界面科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 鄭州 450002）

1 引言

高壓甲銨冷凝器是化工企業(yè)生產(chǎn)尿素的重要設(shè)備之一，能否長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行關(guān)系到企業(yè)的生產(chǎn)效益。山西省天脊中化高平化工公司尿素裝置高壓甲銨冷凝器由大連冰山集團(tuán)金州重型機(jī)器廠生產(chǎn)制造的,由上、下管箱和低壓殼體構(gòu)成的立式列管換熱器。其中，管程為高壓系統(tǒng)，介質(zhì)在列管中化學(xué)反應(yīng)放出大量熱量，被殼側(cè)的低壓沸騰水吸收，產(chǎn)生的低壓蒸汽供系統(tǒng)使用。其襯里及換熱管采用X2CrNiMo25-22-2不銹鋼制造。

此設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中存在超溫、加負(fù)荷困難等諸多影響，因此，在2010年3月份，利用系統(tǒng)大修機(jī)會(huì)聘請(qǐng)大連松海石化檢修工程有限公司技術(shù)人員采用渦流技術(shù)對(duì)其進(jìn)行全面檢查。檢查結(jié)果是：列管有116根不同程度的腐蝕穿透現(xiàn)象，其中115根換熱管腐蝕部位在下管板100mm處，1根換熱管腐蝕部位在上管板200mm處，而且在列管與下管板連接處由較多的淤積物。

充分認(rèn)識(shí)并掌握高壓甲銨冷凝器列管穿孔的規(guī)律及各種影響因素，并加以精心操作和準(zhǔn)確的判斷，才能夠保證設(shè)備的高出力率并有效的降低或避免一些不必要的腐蝕穿孔情況發(fā)生，使尿素系統(tǒng)安全穩(wěn)定長(zhǎng)周期運(yùn)行。

2 腐蝕原因分析

2.1 水碳比影響列管腐蝕

水碳比超過(guò)允許范圍0.43～0.5，列管的應(yīng)力腐蝕會(huì)加重。顯然，系統(tǒng)水碳比增高意味著系統(tǒng)的水量偏多，溶液濃度過(guò)小，使NH4COONH2和NH4CNO的解離度過(guò)大，溶液中的氨基甲酸根COONH2-和氰酸根離子CNO-數(shù)量過(guò)多，造成介質(zhì)對(duì)金屬的腐蝕加速。

2.2 甲銨液濃度影響列管腐蝕

甲銨液濃度過(guò)高，對(duì)列管的腐蝕性愈強(qiáng)。此時(shí)，介質(zhì)中COONH2-含量過(guò)多，而且COONH2-具有很強(qiáng)的還原性，使金屬表面鈍化膜在工藝介質(zhì)的不斷沖刷下逐漸被破壞，從而增加了列管的腐蝕程度。

2.3 工藝介質(zhì)中硫含量影響列管腐蝕

硫具有強(qiáng)還原性。原料CO2氣體或空氣中的硫，無(wú)論以有機(jī)硫（主要是COS）還是無(wú)機(jī)硫（H2S）的形式進(jìn)入設(shè)備內(nèi)，在高溫、高壓下進(jìn)行水解和一系列氧化還原反應(yīng)后，最終的結(jié)果都會(huì)把金屬氧化膜破壞，從而使金屬表面產(chǎn)生嚴(yán)重的活化腐蝕。

2.4 工藝介質(zhì)中Cl-含量影響列管腐蝕

當(dāng)工藝介質(zhì)中大量的Cl-聚集在金屬表面時(shí)，極易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕，從而導(dǎo)致列管裂紋或破裂。所以在生產(chǎn)過(guò)程中要嚴(yán)格控制工藝介質(zhì)中Cl-的含量。

2.5 氧含量

系統(tǒng)的氧含量是金屬鈍化膜形成的關(guān)鍵。如果系統(tǒng)中氧的濃度低于形成鈍化膜所需的最低濃度時(shí)，氧化膜將被破壞，設(shè)備進(jìn)入活化加速腐蝕階段。尤其是最下排的列管汽相冷凝不夠充分,液相中氧的含量更低。

應(yīng)用CO2汽提工藝的一些生產(chǎn)廠中，也有一些廠向系統(tǒng)中加入一定量的雙氧水(H2O2)，以減少CO2壓縮機(jī)的生產(chǎn)負(fù)荷，提高生產(chǎn)能力。雙氧水中釋放出來(lái)的原子氧，可以直接參加電極反應(yīng)，有利于鈍化膜的形成。加雙氧水的同時(shí)應(yīng)該加鈍化空氣，這是由于雙氧水穩(wěn)定性較差，當(dāng)其進(jìn)入設(shè)備后很快就會(huì)分解，使介質(zhì)中的氧不能均勻地和設(shè)備表面接觸，達(dá)不到預(yù)期的目的。

2.6 列管上沉積物與應(yīng)力腐蝕的關(guān)系

在列管的表面，如果由沉積物存在，會(huì)加速設(shè)備應(yīng)力腐蝕，這主要是由于沉積物的存在有利于Cl-附積。當(dāng)Cl-附積到一定程度后，要比設(shè)備光潔時(shí)腐蝕的破壞力嚴(yán)重，而且更迅速。特別是冷凝液中Cl-大于0.5×10-6后，沉積物區(qū)域的管板或列管，在幾個(gè)月內(nèi)就有可能發(fā)生較為嚴(yán)重的應(yīng)力腐蝕。

3 正常生產(chǎn)過(guò)程中及檢修時(shí)的防腐控制措施

3.1 工藝介質(zhì)的組分控制

系統(tǒng)水碳比的組分是設(shè)備防腐的一個(gè)重要因素，水碳比增加，可降低溶液的氧含量，易生成氰胺或氰酸銨，同時(shí)降低工藝介質(zhì)的pH值，增加工藝介質(zhì)對(duì)設(shè)備的腐蝕性，因此在生產(chǎn)操作過(guò)程中要對(duì)工藝介質(zhì)控制合適的水碳比是非常重要的。

3.2 操作溫度控制

超溫對(duì)設(shè)備的加速腐蝕是比較明顯的，超溫幅度愈大，設(shè)備腐蝕速率增加愈快；超溫時(shí)間愈長(zhǎng)，設(shè)備腐蝕愈嚴(yán)重。所以，正常生產(chǎn)中，要嚴(yán)格控制設(shè)備的運(yùn)行溫度，盡量避免超溫現(xiàn)象的發(fā)生。若發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)超溫，要及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，將溫度控制在正常的指標(biāo)范圍。

3.3 系統(tǒng)硫含量及氯離子含量控制

當(dāng)工藝介質(zhì)中硫和氯離子超標(biāo)時(shí)，對(duì)設(shè)備造成的腐蝕是非常嚴(yán)重，只要有上述2種元素存在，設(shè)備腐蝕現(xiàn)象就會(huì)發(fā)生，其含量愈高，對(duì)設(shè)備造成的腐蝕愈嚴(yán)重。所以說(shuō)生產(chǎn)過(guò)程中將原料CO2氣中的硫質(zhì)量濃度控制在2mg/m3以下；工藝介質(zhì)中 Cl-含量控制在 0.2×10-6以下，設(shè)備的應(yīng)力腐蝕才能大大降低。

3.3 禁止列管上沉積物堆積

為減緩設(shè)備內(nèi)及列管上沉積物的產(chǎn)生，一方面在系統(tǒng)沖洗時(shí)，嚴(yán)禁使用生水（包括循環(huán)水、消防水、生活水、雨水等），要使用清潔的脫鹽水；另一方面，有條件時(shí)要想法定期沖洗設(shè)備內(nèi)及列管上的沉積物。

3.4 在檢修時(shí)嚴(yán)禁鐵器敲擊設(shè)備

在檢修過(guò)程中嚴(yán)禁使用扳手、鐵錘等鐵器敲擊設(shè)備列管及內(nèi)襯等部位，防止加快設(shè)備產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕程度。嚴(yán)禁油脂粘貼在內(nèi)襯表面，防止加快設(shè)備在高溫條件下產(chǎn)生紅斑，加快腐蝕速率。

4 停車(chē)封塔期間的防腐蝕控制

停車(chē)封塔期間，如果操作和維護(hù)不當(dāng)，一次停車(chē)給設(shè)備造成的腐蝕有可能比正常運(yùn)行幾天產(chǎn)生的腐蝕都嚴(yán)重。停車(chē)時(shí)，為減緩甲銨冷凝器的腐蝕，一般需要注意（1）系統(tǒng)氨碳比的控制；（2）系統(tǒng)水碳比的控制；（3）封塔時(shí)間。