尿素造粒塔的防腐研究

尿素造粒塔的防腐研究

尿素的分子式为CO(NH2)2，总含N量46，目前是含氮量最高的固体肥料。尿素造粒塔是化肥生产的关键设备，我国最早的尿素造粒塔1965年建于泸州天然气化工厂，目前全国已投用的造粒塔有上百座。我厂有一座尿素造粒塔，建于1976年，(另有两座硝胺造粒塔，其腐蚀机理与防腐方法与尿素造粒塔类似)，井于近期将为30万吨合成氨新建一台大型造粒塔。尿素溶液对造粒塔的腐蚀是十分严重的，因此对尿素造粒塔的腐蚀机理和防腐进行研究和探讨很有必要。

一、尿素造粒塔的腐蚀机理要想搞好造粒塔的防腐蚀工作，必须首先弄清造粒塔的腐蚀机理。尿素造粒塔防腐是典型的钢簏混凝土结构、除具有一般建筑材料的腐蚀特点外，还有尿素溶液的特殊腐蚀和CO及NH，的气相腐蚀等。

现就其腐蚀机理简单探讨如下。

1、顺筋腐蚀

由于钢筋被混凝土所包裹，因此混凝土的化学物理性能对锕簏腐蚀与否起着决定作用。根据金属的化学腐蚀理论可知，铁在FH<4时为折H。过程，腐蚀速度很快，当PH值为5—10时腐蚀速度几乎为定值，PH>l2时在常温下腐蚀基本停止。硅酸盐水泥硬化后，呈碱性，且PH>12，因此这就是钢筋在完好的水泥中不被腐蚀的原因。混凝土若遭到破坏，无论是机械损坏还是腐蚀破坏，对钢筋都会失去保护作甩水、氧气和其它化学介质渗入造成锈蚀。铁锈的主要成份是(0H)，、Fe：O；等化合物、锈蚀的体积为原金属体积的3—4倍。由于铁锈的膨胀对混凝土保护层有着巨大的辐射压力，远远超过混凝土的极限强度，使保护层从钢簏向外形成裂缝．这些裂缝为扩大腐蚀创造了条件，使腐蚀速度成倍增加，导致钢簏混凝土破坏，这就是所谓的顺簏腐蚀。我厂尿素造粒塔由于开始防腐手段不力，使用六年后，八根800X800mm支柱，共128根tp24主配簏有69根外露，其中外露最长达1．5m，有3l根因腐蚀使最小外径小于18ram．

2、混凝土的碳化腐蚀混凝土泵受到机械破坏及顺簏腐蚀膨胀压力破坏是明显的，但天长日久其内在化学变化引起的失效则是不易觉察的，它象无烟的火灾，每时每刻都在燃烧着。由于自然界到处都有C，CO又是尿素合成原料气，经测定塔内CO：浓度比自然状态高出lO一15倍。CO。与水泥中的Ca(OH)作用生成CaCO，和H。0，Ht0析出引起混凝土收缩，轻则产生附加内应力，重则使混凝土形成微小裂缝，降低混凝土强度并使其破坏加剧。当Ca(OH)减少到一定程度时，混凝土的PH值下降，当达到临界值(PH<9．8)时，钢簏就开始从内部腐蚀。

混凝土的碳化速度据有关资料介绍，其近似公式为：X一&式中x一混凝土碳化深度(r am)，a～混凝土碳化速度系数，t一碳化时间(年)。在一般大气中a取3．5—4，因造粒塔内C的浓度高出自然界lO—l5倍，因此其碳化速度也相应大lO—l5倍。为了探讨尿素塔防腐措施的依据，逛必须对混凝土的密实度进行研究。混凝土的密实度主要由水灰比来决定。从理论上讲水与水泥重量之比0．2一O．25；1就可以了，但实际施工中往往大于此数字，多余的水均匀分布在水泥石中，凝结干燥后则形成毛细孔隙。建筑手册中常用的混凝土密实度(孔隙率的倒数)公式也能反映出混凝土孔隙多少因素之所在。s=卜0．02一面W -C[3式中：s一混凝土密实度；0．O2一普通水泥含气量，w一混凝土的用水量(kg／m)，c一混凝土的用水泥量(kg／m)，理论化合用水与水泥的比例。从式中可以看出，w越大，则S越小，倘若W—cl~=o，其密实度可达98。

3、尿素溶液的特殊腐蚀

固体尿素对混凝土不腐蚀，但尿素极易溶于水。常温下．尿素在水中的溶解度为51．8，尿素颗粒和其粉尘在遇到潮气、冷凝水、冲洗水等时，就会形成尿素溶液，对微孔材料例如混凝土，粘土砖等有很强的渗透性。由于生产过程中造粒塔内外温差达120℃以上，形成温压差，更有利于尿液向混凝土深处渗透，尿液渗到混凝土的孔隙以后，在短时间内就会结晶膨胀。其结晶的自然状态为白色条状，形似玻璃纤维，有光泽，其长度可达25ram以上。据资料介绍．其结晶胀比可达1．67一1．93倍，产生结晶张力达85MPa以上，远远超出混凝土30MPa极限强度。因此造成混凝土的疏松破坏。再溶解、再渗透、再结晶、再膨胀、再破坏，周而复始，恶性循环。经实际测定，在兰州地区尿素溶液对混凝土的腐蚀速度可达5era／a以上。这就是尿素溶液对造粒塔的特殊腐蚀机理，通常在腐蚀学上称为结晶腐蚀。尽管腐蚀有多种原因，但对尿素造粒塔来说，顺筋腐蚀、混凝土的中性化和尿素溶液的结晶腐蚀则是其主要矛盾。找到了腐蚀原因则可采取相应措施防止和减缓腐蚀，延长造粒塔使用寿命，保证安全生产多刨经济效益。