尿塔腐蚀分析以及对策

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我公司尿素合成塔是一种全新的液相逆流换热式合成塔。

合成塔设计为全液位塔，充分利用反应热能对入口介质进行预。

内件采用多层盘管换热结构，完全隔离甲铵吸热、脱水生成尿素与尿素水解生成甲铵的两种化学反应，杜绝混流的产生和尿素的水解，提高尿素转化率。

该塔在运行过程中，转化率达到了70%。

但在2017年年检中发现尿塔衬里、内件均有严
重腐蚀。

如图所示。

上部衬里出现活化腐蚀
衬里焊缝之间出现刀口腐蚀
换热管、塔盘、焊缝腐蚀
内件支撑角钢腐蚀
2 原因分析
尿塔衬里材质X2CrNiMo18-14-3MOD，焊缝材质。

X2CrNiMoN25-22-2。

尿塔内件管束材质X2CrNiMoN25-22-2，其余塔盘、支撑角钢、升液管材质X2CrNiMo18-14-3MOD。

X 2C r N i M o 25-22-2与改良型316L 相比，X2CrNiMo25-22-2 Cr、Ni含量更高，C及S、P含量更低，在固溶处理后得到全奥氏体组织，对尿素介质有更好的耐腐蚀性能。

不锈钢的防腐机理是钝化后在表面形成含Fe2O3、Cr2O3的复合氧化膜，这层复合氧化膜在腐蚀介质中具有良好的稳定性，因而保证不锈钢的耐腐蚀性能。

因此，在设备运行中，还需要靠氧来维持有效的保护膜。

高温高压的尿素-甲铵介质中，加入足够氧后，X2CrNiMo25-22-2以及X2CrNiMo18-14-3MOD材料处于钝化状态，能够在金属表面形成完整的钝化膜。

但是，受材料热处理质量、衬里制造质量、工艺操作稳定性、工艺条件及维修质量的影响，材料耐蚀性能在不同程度上受到一定的影响。

受操作反应条件等因素的影响，同一尿素合成塔各层塔盘反应热释放、氧消耗、介质流动速度等不一，各筒节部位腐蚀环境不一，钝化状况不尽相同；同时，NH3/C和H2O/C数值、加氧量等均会对衬里的钝化带来直接影响，出现超温、超压、封塔时间过长等异常工况时，衬里钝化膜将受到严重破坏。

此时，出现活化腐蚀的几率将大为提高。

本装置中，尿塔是在通入CO2同时通入空气，空气先进入塔底，再逐渐往上。

而内件与衬里越往上腐蚀越严重。

说明越往上氧供应越不足，最终导致钝化膜没有得到有效维护。

介质对不锈钢的腐蚀速率随温度的升高而增加。

我公司尿塔操作温度在190℃，已经达到了衬里的高限使用温度。

焊缝的熔合线刀状腐蚀是在尿素合成塔中最容易出现的腐蚀现象。

高温高压的尿素甲铵溶液对不锈钢有很强的晶间腐蚀能力，对焊接接头的熔合线也具有很强的刀状腐蚀能力。

在衬里和焊接材料的选择上，已经采取了相关的提高抗晶间腐蚀性能的措施，但仍然无法彻底避免此类腐蚀的出现。

因为衬里焊缝的焊接过程中，无法避免不锈钢的敏化现象。

在系统短停时，尿素合成塔保压10～24h，尿液在塔内处于静止状态，腐蚀介质极易吸附在衬里表面，而且在保压期间，塔内供氧不足，钝化作用减弱，因而使衬里腐蚀加剧。

我公司保压时间曾经超过了24h。

尿塔腐蚀分析以及对策
郭志强
四川金象赛瑞化工股份有限公司 四川 眉山 620031
摘要：根据尿素合成塔的腐蚀情况分析原因，针对减缓尿素合成塔的腐蚀问题，提出相应的解决和预防措施。

 关键词：尿素合成塔 腐蚀 解决预防措施
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角钢与塔盘一样存在腐蚀，只是腐蚀速率较低，可以满足使用要求。

CL -的应力腐蚀对不锈钢的影响是非常大的，本装置曾经因为换热器泄漏以及回收排放液进入尿素系统，导致循环水和回收排放液中的CL -进入了尿素系统。

虽然时间不长，但对尿塔的防护还是很不利的。

3 解决及预防措施
对受腐蚀换热管、塔盘、衬里等进行测厚检查，均在可控范围内，可监护使用；对焊接接头熔合线及热影响区受腐蚀部位按规范进行修补；对内件以及衬里进行重新钝化处理；加大氧气通入量，维持内件和衬里表面形成有效的保护膜，避免腐蚀。

控制入塔O2含量在0.6-0.8%之间。

3.1 严格操作中的各项工艺指标
（1）控制尿素合成塔的最高温度不超过190℃；（2）控制系统的氨碳比尽可能在指标的上限运行，水碳比尽可能在下限运行，以便减缓设备的腐蚀；（3） 严禁回收排放液进入尿素系统；（4）实行有效的检测工作，每天对合成塔尿液中的Ni含量进行检测。

一般应使合成塔尿液中Ni含量控制在0.2ppm。

3.2 停车期间的防腐蚀控制
（1）在停车前或停车时，适当增加系统氨的加
入量，提高氨碳比。

停车期间应尽量减少系统的加水量，以降低系统的水碳比；（2）停车后，封塔时间应尽可能短，最长封塔时间不宜超过24h。

若计划停车或
紧急停车前，应加入一定量的氧。

加入空气量在指标上限、水碳比在下限时，系统封塔时间可适当延长，但不能超过48h。

3.3 开车期间的防腐蚀控制 
（1）严格控制开停车过程的升降温速度。

设备的升温速率必须严格控制在6～8 ℃／h（100℃以下）以及8～10 ℃／h（100℃以上）。

（2）设备开车初期，系统加氧量宜控制指标上限为宜，待设备运行几个小时稳定以后，再逐渐适当降低系统的加氧量。

4 结束语
尿素合成塔是尿素装置的核心设备，必须高度重视设备的保护。

这种保护是一种全过程的保护，要从尿塔本身的材质、设计、制造、安装、维护以及运行期间的各项管理等方面着手。

同时，要定期对设备进行检查，及时发现问题，解决问题，最终保证设备的安全使用。

参考文献 
[1] 王新建 ， 徐东.尿素合成塔的检验、腐蚀分析及修理[J].中国资源综合利用，2015.
[2] 王鹏.尿素合成塔衬里焊缝腐蚀处理[J].氮肥与甲醇技术,2008。

[3] 彭刚.尿素合成塔衬里腐蚀分析与防护措施[J].云南化工，2017.
力无变化，再次开井观察，井口仍反吐钻井液，开泵循环检测后效期间，再次发生漏失8m 3，停泵后，井口再次出现钻井液反吐，继续关井检查，10min钟压力由0↗0.3MPa，继续观察30min，压力无变化，但开井后井口仍有钻井液反吐，继续观察反吐情况，随着时间的延长，井口反吐钻井液由大变小，累计反吐出钻井液6.7m 3后，井口断流。

固井施工正常，声幅电测固井质量优质。

5016井：本井在钻至井深2093m处发生溢流后，将钻井液密度从1.16g/cm 3↗1.40g/cm 3后发生漏失，逐步降低排量后漏失消除，累计漏失钻井液40m 3。

后续在钻井过程中，正常排量发生漏失，降低排量液面正常，但在停泵接单根时发现，井口始终有钻井液外溢，关井检查压力基本无变化，继续小排量开泵循环时，循环池液面正常无漏失，增大排量钻井液有漏失，停泵接单根时井口钻井液反吐，为控制井控风险，准备起钻更换钻具结构，停泵后井口钻井液反吐，流速由大变小，直至断流。

累计反吐钻井液38m 3，起下钻正常。

5034井：本井在钻至井深2020m处发生气侵，关井求压后将钻井液密度由1.23g/cm 3↗1.42g/cm 3后发生漏
失，停泵后钻井液反吐。

现场配置堵漏浆进行憋挤作业，累计憋挤进堵漏浆12m 3，憋挤结束开井后，井口开始反吐，反吐出钻井液11m 3，多次憋挤开井后，井口均出现钻井液反吐，后循环降低钻井液密度至1.36g/cm 3后，液面正常无漏失，井口钻井液无反吐现象。

6 结束语
初步认为“井筒呼吸”原因主要为施工井在发生溢流压井过程中，因高密度钻井液压裂地层形成的圈闭性裂缝所致，造成裂缝在一定压力作用下发生扩张和闭合。

井筒呼吸不同于井筒溢流，两者有本质性区别，需要在施工中根据现场实际施工情况，进行认真分析判断，避免发生井控险情[2]。

参考文献 
[1] 何赛. 超深裂缝性储层漏失机理及堵漏技术[J]. 石化技术. 2020（02）.
[2] 张沛元 王浩.川西地区“井漏反吐”初探[J]. 钻井液与完井液 2010，27（2）：64－66.
作者简介
盖靖安，男，甘肃平凉人，一级工程师，1972年出生，2014年毕业于中国石油地质大学（武汉），现主要从事现场钻井液技术服务和管理工作。

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