尿素设备腐蚀

技术论文

尿素设备的腐蚀及防护

尿素设备的腐蚀及防护

尿素设备在使用过程中，每时每刻都在发生着腐蚀，尿素设备的腐蚀除与设备的材质有关外，还与介质环境因素有关。因此，设备的腐蚀与防腐是尿素装置安全、稳定、长周期运行的一个主要问题。以下是我对尿素设备在生产中腐蚀与防护的一些了解和见解：

一、尿素设备的腐蚀

在尿素生产过程中，尿素合成液对设备的腐蚀性很强，侵蚀的组分为甲胺溶液，特别是在高温高压下这种腐蚀更为严重。甲铵溶液对金属的腐蚀，主要是由于溶液中的氨基甲酸根(COONH-2)为一种还原性酸根，能破坏不锈钢等金属表面的钝化膜，使其产生活化腐蚀。近年来，通过红外分光光度的测定，证明了原料NH3和CO2在高温下合成尿素过程中因异构化而生成氰酸铵，后者分解成游离氰酸：

CO(NH2)2= NH4CNO = HCNO + NH3

氰酸根(CNO-)也是一种还原性酸根，对金属表面的钝化膜也能产生活化腐蚀。

二、尿素设备的腐蚀类型

大量的事实表明，不锈钢在尿素合成液中产生的腐蚀有均匀腐蚀，晶间腐蚀选择性腐蚀及应力腐蚀等，其中危害较大的为晶间腐蚀和选择性腐蚀。下面就这几种腐蚀的特点加以分析。

（1）均匀腐蚀

甲胺液对不锈钢的腐蚀一般表现为均匀腐蚀。均匀腐蚀的特征是金属表面失去光泽，变得非常粗糙。这种腐蚀通常发生在温度较高、缺氧和甲铵浓度较高的尿素—甲铵溶液中以及能生成甲铵冷凝液的气相中，如尿塔的中下部和保温不良的气相部分。

（2）晶间腐蚀

晶间腐蚀是最危险的腐蚀。腐蚀沿着晶粒的边界发展而使晶粒连续性破坏，因而使材料的机械强度和可塑性能力大为降低。晶间腐蚀在和介质接触的金属表面上是不易发现的，故往往造成设备的突发性的破坏。尿素设备中用的钢材大都是奥氏体不锈钢，这种材料在出厂前均经过高温淬火处理，故在供货条件下能抗晶间腐蚀。

（3）选择性腐蚀

奥氏体不锈钢在焊接过程中从高温缓慢冷却时在焊缝中生成铁素体并发生一部分r相转为a相，在晶界上出现不同成分的相而成为复相钢，熔融尿素介质对复相钢存在较强的选择性腐蚀。

（4）应力腐蚀

金属材料由于某种原因存在内应力或承受外加应力之后，其受应力较大的部分就容易在腐蚀介质总发生腐蚀，原因是在受应力作用的金属表面上，由于机械原因而形成容易

损坏的微小区域，这些微小区域就造成了材料的局部腐蚀即应力腐蚀。

三、尿素设备的防腐

一般的说，影响不锈钢腐蚀的重要因素有混合液中的O2含量，混合液的温度以及不锈钢表面的钝化状况。尿素设备的防腐可以通过对O2含量，不锈钢类型和工艺参数三者的适当选择来解决。

（1）通过对O2含量的控制

当不锈钢暴露在含有甲胺的尿素溶液中时，只要有足够的O2含量，它就是会处于钝化状态。因此在各种不同的工艺物料中维持足够高的O2含量，是防止设备腐蚀的前提。另外，O2的作用不仅在于形成钝化膜，而且还起着维持钝化膜稳定的作用。由于氧含量增加会使系统中的惰性气体含量随之增加，同时，会使高压洗涤器爆炸的危险性增大，因此在满足防腐要求的前提下，应该尽量控制腐蚀介质中的O2含量低一些。多数的情况下，需要的O2含量是以空气的形式直接加到原料气二氧化碳中去，这是最简单的方法。

(2)工艺参数的选择对腐蚀的影响

腐蚀还可能是由于介质的温度太高引起的。由于温度过高以及尿素合成液中缺氧，镍铬钼不锈钢将发生严重腐蚀，为此，必须很好控制汽提塔加热气压力，蒸汽压力最高2.1Mpa，否则，就会使管壁温度过高而加剧腐蚀。如果生产

负荷降低，则蒸汽压力尚需进一步降低，因为在低负荷下，如果气体效率过高，壁温也会升高。目前汽提塔的负荷保持在70%左右时，蒸汽压力应降到1.7Mpa或者更低。

(3)其他防腐的注意因素

①对于NH3-CO2-H2O混合气体的冷凝过程，由于其混合气体是缺氧的冷凝为甲胺时对设备的管线的腐蚀性很强，故输送这种气体的管道应严加保温。

②要注意避免由于甲胺液流速增大所带来的严重腐蚀，例如在异径管接头处，在小弯头处等经常出现比较严重的腐蚀，这是甲胺液在高流速下腐蚀性增加的结果，因此在甲胺液的管道输送过程中，只有在不可缺少的部位才安装伐，同时管道中应避免过多的弯头。

(4)不锈钢的种类和质量。

除了控制氧浓度和温度外，防腐的另一个重要问题就是正确的选择不锈钢的种类和质量。通常高压设备选用316Lmod不锈钢，低压设备选用304L不锈钢。

四、正常生产中的防护

1、升温钝化

严格按照升温速率操作。按照操作做法的规定的起始状态，钝化时间不少于8小时（包括蒸汽、空气升温钝化）。2正常操作

严格控制加氧量,进汽提塔的二氧化碳中的氧含量

0.6~0.85%，氨碳比，水碳比，合成与气体温度及汽提塔壳侧蒸汽压力。如果遇到以下情况立即进行系统排放检查设备或系统重新升温钝化。

①断氧5分钟。

②负荷低于65%两小时以上。

③汽提塔超温175℃以上两个小时，185℃以上10分钟。

④产品尿素Ni含量连续两天超过0.3ppm。要确认高压系统设备腐蚀所致。

⑤检漏孔发现漏氨。

⑥调温水或蒸汽冷凝液发现氨含量增高，经分析计算确认高压系统有泄漏。

3封塔停车

封塔停车的过程实质是个腐蚀过程。因而应尽可能的减少封塔停车操作。要求：

⑴每次封塔时间正常停车不得超过12小时，紧急停车不得超过8小时，24小时内第二次封塔停车不得超过4小时，封塔间隔不少于3小时。

⑵封塔期间合成塔压力不得下降过快应该尽量控制在8Mpa 以上。