尿素合成塔腐蝕分析與防護(hù)

摘 要：設(shè)備管理技術(shù)人員，必須掌握好設(shè)備理論知識(shí)和實(shí)際操作的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)不斷的摸索和改造創(chuàng)新。本著認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度對(duì)待專(zhuān)業(yè)的學(xué)習(xí)，提高自己的專(zhuān)業(yè)知識(shí)和職業(yè)素養(yǎng)。了解和掌握化工設(shè)備的磨蝕與防護(hù)。設(shè)備腐蝕問(wèn)題，是關(guān)系到企業(yè)安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵問(wèn)題，只要做到及時(shí)發(fā)現(xiàn)，科學(xué)分析并進(jìn)行正確的防護(hù)處理，才能為企業(yè)的穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)和高效創(chuàng)造有利條件。

關(guān)鍵詞：尿素合成塔；腐蝕；防護(hù)

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(duì)系統(tǒng)裝置進(jìn)行年度大修，主要對(duì)尿素合成塔進(jìn)行化工磨蝕檢查和防護(hù)處理。檢查中發(fā)現(xiàn)尿素合成塔內(nèi)件及塔內(nèi)襯均存在腐蝕且腐蝕情況比較嚴(yán)重。具體檢測(cè)情況如下：

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

1.1 尿素合成塔內(nèi)襯

（1）除第一道環(huán)焊縫上方母材無(wú)明顯腐蝕外，其余6道環(huán)焊縫兩側(cè)均出現(xiàn)刀口腐蝕，其中第6道環(huán)焊縫刀口腐蝕最嚴(yán)重：徑向達(dá)到5mm。

（2）尿素合成塔上部?jī)?nèi)襯里表面出現(xiàn)連續(xù)、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(nèi)件

（1）塔盤(pán)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(pán)直徑Φ1795mm最大減小到Φ1780mm；

（3）塔盤(pán)上換熱管穿過(guò)每層塔盤(pán)的孔徑由原設(shè)計(jì)的Φ39擴(kuò)大到Φ44～Φ47不等，致使換熱管與塔盤(pán)上孔形成的環(huán)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(nèi)中下段管束壁厚較??；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(nèi)中下段管束壁厚較??；

（5）所有支撐角鋼、加強(qiáng)角鋼均出現(xiàn)腐蝕。所有換熱管與塔盤(pán)固定點(diǎn)焊點(diǎn)以及支撐角鋼與塔盤(pán)焊縫局部有明顯刀口腐蝕外，腐蝕嚴(yán)重時(shí)，直接導(dǎo)致?lián)Q熱管點(diǎn)焊縫與塔盤(pán)脫焊，換熱管與塔盤(pán)孔摩擦致斷。

2 尿素合成塔磨蝕分析

尿素甲銨溶液具有強(qiáng)腐蝕性，濃度愈高溫度愈高，對(duì)設(shè)備腐蝕愈強(qiáng)[1]。在尿素生產(chǎn)過(guò)程中，尿素合成塔設(shè)備處于高溫、高壓、甲銨溶液濃度相對(duì)較高的環(huán)境中，所以，尿素合成塔的腐蝕情況一般要比其他系統(tǒng)的設(shè)備腐蝕嚴(yán)重。

（1）尿素合成塔整體表現(xiàn)為內(nèi)部襯里的均勻腐蝕。但從整個(gè)合成塔所涵蓋的腐蝕類(lèi)別來(lái)看，尿素合成塔中包括的腐蝕類(lèi)別很多，據(jù)專(zhuān)家介紹：大化肥尿素合成塔整個(gè)襯里和內(nèi)件的均勻腐蝕，腐蝕速率一般為0.1—0.2mm/h.結(jié)合實(shí)際檢測(cè)情況確定尿素合成塔有多種腐蝕形式：

1）尿素合成塔頂?shù)追忸^的環(huán)焊帶部位經(jīng)常出現(xiàn)應(yīng)力和晶間腐蝕類(lèi)別針孔腐蝕；2）固定合成塔出液管線上的卡子及相關(guān)部件出現(xiàn)縫隙腐蝕和沖刷磨蝕；3）襯里焊縫的邊沿處由于焊接時(shí)母材受溫度的影響，導(dǎo)致局部貧鉻等，運(yùn)行幾年后就會(huì)出現(xiàn)晶間腐蝕類(lèi)別刀狀腐蝕；4）合成塔進(jìn)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(pán)與塔壁的環(huán)隙之間以及塔盤(pán)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(rèn)為，對(duì)尿素合成塔產(chǎn)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(jié)合川金象化工尿素合成塔檢測(cè)磨蝕情況分析磨蝕原因：

1）腐蝕嚴(yán)重部位集中在尿素合成塔中下部，由于襯里與塔盤(pán)環(huán)隙增加，以及塔盤(pán)上穿換熱管的孔徑增大[2]。兩者相加，通過(guò)縫隙的介質(zhì)物料流速高造成磨蝕加劇，通過(guò)旋轉(zhuǎn)口介質(zhì)物料流速低，其形成的旋轉(zhuǎn)液流推不動(dòng)整個(gè)液流與換熱管進(jìn)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(yīng)劇烈磨蝕相應(yīng)增大。3）低負(fù)荷有一定的影響。負(fù)荷低介質(zhì)物料在合成塔內(nèi)停留時(shí)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(yán)重的原因，反應(yīng)物料CO2里S，CL-、NO3-等離子的存在。

3 尿素合成塔磨蝕防護(hù)

針對(duì)川金象尿素合成塔生產(chǎn)運(yùn)行現(xiàn)狀和生產(chǎn)檢修檢測(cè)，提出了以下應(yīng)對(duì)防護(hù)措施：

（1）對(duì)原料氣CO2中成份進(jìn)行全分析（包括S，CO、CL-、NO3-）特別是原料氣CO2中S含量指標(biāo)為≤5mg/m3，并作為一個(gè)定期檢驗(yàn)項(xiàng)目，嚴(yán)格控制工藝指標(biāo)。

（2）針對(duì)低負(fù)荷，調(diào)整工藝參數(shù)：負(fù)荷在70%以下時(shí)，操作溫度由190℃降為188℃，操作壓力降為19.7MPa；

（3）低負(fù)荷改變操作條件后，轉(zhuǎn)化率下降，造成尿素后工段負(fù)荷增加，需對(duì)尿素后工段進(jìn)行調(diào)整和改造；

（4）嚴(yán)禁回收排放液進(jìn)入尿素系統(tǒng)。外排液中雜質(zhì)和磨蝕物離子嚴(yán)重影響設(shè)備；

（5）嚴(yán)禁改變尿素裝置的設(shè)計(jì)工況。確保尿素合成塔在設(shè)計(jì)工況下良好運(yùn)行；

（6）尿塔最好在運(yùn)行一年后（最遲2年）進(jìn)行檢查，視檢查情況再采取相應(yīng)措施；

（7）改變加氧（防腐空氣）方式（專(zhuān)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(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備。只有允分認(rèn)識(shí)和掌握尿素合成塔磨蝕規(guī)律和影響因素，才能減少和避免一些不必要的磨蝕情況發(fā)生，工藝操作人員也只有充分認(rèn)識(shí)和了解影響尿素合成塔磨蝕因素后，在正常生產(chǎn)和開(kāi)停車(chē)處理中，才能避奐盲目操作，杜絕設(shè)備嚴(yán)重磨蝕情況發(fā)生。保護(hù)好設(shè)備，維護(hù)好設(shè)備，確保尿素合成塔良好，穩(wěn)定和安全運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]彭剛.尿素合成塔襯里腐蝕分析與防護(hù)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(yù)防措施[J].氮肥與合成氣，2017，45（11）：27-29.

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