关于二氧化碳汽提法尿素装置汽提塔的腐蚀与维护_钟秀兰

表 3 2种材质成分比较
材 质成 分
C
Si
Mn
P
S
Cr
Mo
Ni
Al
Co
Cu
Sandv ik公司
[ 0. 02 [ 0. 4
1. 7 [ 0. 02 [ 0. 015 25
2. 1
22
本装置汽提 分配头
0. 024
0. 231 1. 77 0. 017
0. 002 24. 9 1. 93
22
0. 055
K ey w ords: U rea p lan t u sing CO 2 s tripping m ethod; CO2 stripper; corros ion; reason; contro;l m aintenan ce
CO2 汽提塔是二氧化碳汽提法尿素装置的 4大 重要高压设备之一, 在尿素生产中发挥着极其重要 的作用, 其运行的好坏直接关系到装置的产能、生 产过程的安全和环保, 以及装置的长周期稳定经济 运行。笔 者针对 我公司 2005 年 9 月 投料 开车的 1 000 t / d二氧化碳汽提法尿素装置汽提塔的使用 情况, 就汽提塔腐蚀的影响因素以及生产控制过程 中如何延长设备使用寿命等问题, 作一简单的分析 与探讨, 以供同行交流。
如果设备的保温不良, 将使氧、二氧化碳、水混 合气体冷凝成尿素甲铵液, 其在设备的连接处氧含 量相对较少的区域局部积聚, 将 导致设备的腐蚀, 故应重视设备的保温效果。 4. 4 开、停车
尿素装置开、停车 频繁或停车封 塔时间过长, 造成温度变化过大会加快设备的 腐蚀。在停车封 塔期间由于停止加入空气, 随着系统压力下降, 溶 解于溶液中的氧不断逸出, 使得不锈钢表面的钝化 膜遭到破坏而出现均匀腐蚀。故在正常生产中应 尽可能减少装置的开停车次数, 同时封塔时间不得 超过 24 h, 系统压力不得低于 8. 0 M Pa, 温度不得低 于 125 e 。 4. 5 负荷
( 1) 液体分布器。在塔上部, 将进入的合成液 均匀分布于各管并使其呈 膜状沿管壁下流。升气 管共 1 733 根, 规格为 < 25 mm @ 2. 5 mm, 每根升气 管上焊接的液体分配头布置有 3个呈 120b分布的 < 2. 5 mm的小孔, 合成液通过这些小孔均匀进入汽 提管。分配头内设置挡圈 ( 厚 2. 0 mm ), 以避免 3个 分布小孔出现交叉射流, 以使液体沿管壁均匀成膜。
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化肥设计
2009年第 47卷
生晶间 腐 蚀。故 设 备制 作所 用 材 质的 质 量 相当 关键。 4. 2 维护
每年设备大修期间, 拆检更换设备及拆除升气 管时, 均不得使用碳钢材质的工具, 拆除的零部件 必须妥善保护, 避免与碳接触而引起渗碳并产生腐 蚀。安装升气管之前应将设备内部清理干净, 升气 管的安装必须严格按照装配图要求, 其垂直度须达 到 1j mm 以内。安装完毕须进行试水, 以保证升 气管 不渗 漏。试 水介 质须使 用脱 盐水, 其 C l- [ 25 @ 10- 6。设备检测完成后, 必须将设备内的粉笔 字和标记用脱盐水擦洗干净。 4. 3 保温
1 汽提塔的作用
二氧化碳汽提法尿素工艺中汽 提塔的作用是 在与尿素合成等压条件下, 通入二氧化碳气体, 在 蒸汽加热的条件下, 将合成液中未脱水生成尿素的 甲铵分解, 并分离出其中大部分的游离二氧化碳和 游离氨, 返回高压圈进行合成脱 水反应生成尿素, 从而提高尿素产率, 降低消耗。
2 汽提塔的结构
Abstract: CO 2 stripperw as th e one of th e four im portan t h igh p ressure equ ipm en t of the urea p lan t us ing CO 2 stripp ing m ethod. A u thor has br iefly described th e p rocess f low, basic structu re and usage s ituation for CO 2, stripper of 1 000 t / a; has also discussed the inf luen ce factor of corros ion caused in CO2 stripper from aspects of m ateria l qu ality, load, insu lation, operation and m a intenan ce etc. ; h as presented the techn ical m easu res contro lling th e corrosion and m ain tenance requ irem en ts.
汽提管数量 /根 2 31 229 836 444 156 31 3 1
累计数量 /根 2 33 262
1 098 1 542 1 698 1 729 1 732 1 733
检测比例 /% 0. 12 1. 79
13. 21 48. 24 25. 62
9 1. 79 0. 17 0. 06
累计 /% 0. 12 1. 9
4 汽提塔腐蚀影响因素及应对措施
4. 1 材质 我公司汽提塔汽提管及升 气管所用材质 均为
X2C rN Mi o25- 22- 2, 因管材腐蚀, 特别是升气管的 过快腐蚀, 引起公司高度重视, 故专门对升气 管进 行了材质成分分析, 并与瑞典 Sandv ik 公司相应牌 号的材质典型成分进行比较。 2种材质成分比较见 表 3。
1 000 t /d二氧化碳汽提法尿素装置汽提塔基 本结构见图 1, 其主要由以下几部分组成。
图 1 CO2 汽提塔 N 1) 入孔; N 2) 气体 出口; N 3) 排气口; N 4) 爆破 板接口; N 5) 不凝 气排放口; N 6) 蒸 汽冷凝液 出口; N 7) 排 放口; N 8) 核液 位计接 口; N 9) 汽提液出口; N10) CO2 气进口; N 11) 蒸汽进口; N 12) 合成液进口
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化肥设计 Chem ical Fertilizer Design
第 47卷 第 5期 2009年 10月
关于二氧化碳汽提法尿素装置汽提塔 的腐蚀与维护
钟秀兰
( 美丰化工股份有限公司 化肥分公司, 四 川 德阳 618000)
摘 要: CO2 汽提塔是二氧化碳汽提法尿素装置的 4大重要高压设备之 一。简述 了 1 000 t /d CO2 汽提塔的工艺过 程、基本结构和使用情况; 从材质、负荷、保温、操作、维护等方面论述了 CO2 汽提塔产生腐蚀的影 响因素; 提出了控 制腐蚀的技术措施和维护要求。 关键词: CO2 汽提法尿素装置; CO2 汽提塔; 腐蚀; 原因; 控制; 维护 中图分类号: TQ 441. 41 文献标识码: A 文章编号: 1004- 8901( 2009) 05- 0038- 04
缺乏及含碳量的偏高, 将产生如下影响: ¹ 尿素甲 铵液中的氨与不锈钢中许多元素的氧化 物形成络 合物, 如氧化镍、氧化铬在氨水溶液中溶解并 与氨 生成络合物; º 不锈钢在尿素甲铵液中发生羰基化 反应, 形成羰基镍, 从而使金属自身溶解而出 现腐 蚀, 这也是尿素装置之所以采用测量成品中镍含量 来判断腐蚀程度的原因; ¼碳含量偏高, 金属晶格 间铬的扩散速度小于碳的扩散速度, 碳补充到晶间 附近而铬则来不及扩散到晶间, 从而形成晶间贫铬 区或析出碳化铬 C r3 C6 而造成晶间贫铬区, 以至产
15. 12 63. 36 88. 98 97. 98 99. 77 99. 94
100
表 2 2009年 1月汽提管测厚统计结果
壁厚 /mm
汽提管数量 累计数量
/根
/根
检测比例 /%
累计 /%
2. 55
3
3
0. 17
0. 17
2. 60
30
33
1. 73
1. 9
2. 65
230
263
13. 27
15. 17
( 3) 汽提管。按正三角形排列, 管子固定在上、 下管板上, 共 1 733 根, 规格为 < 31 mm @ 3 mm, L = 6 000 mm。
3 汽提塔腐蚀情况
我公司每年对装置进行 1次大修检查, 以保证 装置长周期安全 稳定运行。从 2008 年、2009年大 修检查情况来看, 汽提塔的使用效果并不理想, 使 用仅有 3 年时间, 设备腐蚀情况十分严重, 主要表 现在: ¹ 升气管表面明显坑蚀及整体减薄, 而且有 1 层黑色的碳化物附着于表面; º 液体分配头内挡圈 腐蚀严重, 壁厚减薄量达 80% , 并且有 50% 的分配 头内挡圈因被腐蚀已不存在。设备的腐蚀已严重 影响装置的正常运行。
作者简介: 钟秀兰 ( 1971 年 - ), 女, 四川德阳 人, 1996 年毕业于四川 轻化工学院精细有机化工专业, 工程师, 从事化肥生产技术管理工作。
第 5期
钟秀兰 关于二氧化碳汽提法尿素装置汽提塔的腐蚀与 维护
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( 2) 汽体分布器。布置在塔下部, 其作用是使 二氧化碳气均匀分地布于各管。
0. 099
塔分布管 升气管 0. 015
0. 331 1. 86 0. 012
0. 002 17. 3 2. 65 13. 7 0. 008 4
0. 07
从表 3可看出, 本装置汽提塔分布管分配头含 碳量偏高, 且升气管铬、镍含量明显偏低。
尿素生产中最主要的的腐蚀介 质是尿素甲铵
溶液, 其在水中离解出的呈还原性的氨基甲酸根 ( COONH2- ) 会阻止不锈钢钝化膜的形成, 使金属产 生活化腐蚀, 且其腐蚀性将随甲铵含量的提高而增 大。在汽提过程中, 合成液中氨含量不 断减少, 尿 素甲铵浓度不断提高, 设备所处 的工况异常恶化, 故汽提塔内的 结构件必须采用耐尿素甲铵液腐蚀 的材料制造。然而, 由于耐腐蚀材料成 分铬、镍的
装置负荷过低, 会造成合成液在汽提塔上管板 液位过低, 液体在汽提管内分布不均匀, 甚至造成 干管现象, 引起汽提管局 部过热, 加剧 腐蚀。故一 般正常生产应将负荷控制在 70% ~ 110% 。 4. 6 操作
( 1) 升温钝化。原始开车或长停后开车, 应严 格按照升温钝化方案进行升温钝 化。汽提塔列管 材质为不锈钢, 壳体材质为碳钢, 不锈钢热膨胀系 数为 1. 8 mm /100 e , 而碳钢为 1. 2 mm /100 e , 如 果升温太快使整个塔体内外温差过大, 极易造成汽 提管变形或与管板连接处出现裂 纹。故在升温钝 化过程中必须严格控制升温速度为 6~ 8 e , 以保 证升温钝化质量。
2. 70
840
1 103
48. 47
63. 65
2. 75
442
1 545
25. 5
89. 15
2. 80
150
1 695
8. 65
97. 81
2. 85
33
1 728
1. 9
99.
99. 88
2. 95
2
1 733
0. 12
100
从表 1可看出, 大部分汽提管出现轻微减薄趋 势, 最小壁厚为 2. 6 mm, 平均壁厚为 2. 77 mm。从 表 2可看出, 汽提管最小壁厚已减薄为 2. 55 mm, 最 大壁厚亦已由 3. 0 mm 减薄为 2. 95 mm。装置运行 3年, 汽提管平均减薄已达 0. 15 mm / a, 大大高于汽 提塔管材 X2 CrN Mi o25- 22- 2的年腐蚀率 ( [ 0. 05 ~ 0. 1 mm / a)。
Concern ing Corrosion and M a in tenance for CO2 S tripper in U rea P lant by CO2 S tripp ingM ethod
ZHONG X iu- lan (C hem ica l F ertilizer Sub-company, M eif eng Chem ica l Engineering S tock Company L td. , D eyang S ichuan 618000 Ch ina )
2008年初和 2009年初大修时对汽提塔汽提管 进行了涡流探伤检测, 2008年 1月 和 2009年 1月 汽提管测厚统计结果分别见表 1和表 2。
表 1 2008年 1月汽提管测厚统计结果
壁厚 /mm 2. 6 2. 65 2. 7 2. 75 2. 8 2. 85 2. 9 2. 95 3. 0