尿素生产中高压设备腐蚀原因分析及预防

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)为一种复原性酸根，能破坏不锈钢等金属外表的钝化膜，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-)也是一种复原性酸根，对金属外表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说明，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外表失去光泽，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外表上是不易发现的，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。

尿素合成塔腐蚀分析与防护尿素合成塔是尿素生产工艺中的核心设备之一，它是将天然气、空气和蒸汽等原料在一定的温度、压力和催化剂的作用下，经过一系列反应生成尿素的重要设备。

由于腐蚀问题严重影响了尿素合成塔的使用寿命和生产效率，因此进行塔腐蚀分析与防护显得尤为重要。

一、尿素合成塔的腐蚀问题尿素合成塔的腐蚀主要来自于外部环境和内部介质的作用。

在外部环境方面，塔体长期接触空气和水分，受到大气腐蚀的影响，因此需要在设计和制造过程中采取防腐措施。

在内部介质方面，由于尿素生产过程中所使用的尿素溶液中含有氨气、二氧化碳等腐蚀剂，长期作用于塔体内壁和设备管道等，则会引起腐蚀和材料损耗，严重时会导致设备失效。

尿素合成塔的腐蚀可分为化学腐蚀、电化学腐蚀和微生物腐蚀等几种类型。

1. 化学腐蚀：主要是由尿素生产过程中使用的氨气、二氧化碳等腐蚀剂直接对金属材料产生化学反应而引起的腐蚀。

在塔内喷放的氨气会直接作用于内壁和设备管道等金属表面，形成氮化物、亚硝酸盐等物质，引起腐蚀和材料损耗，产生白垩、黑垩等异常物。

2. 电化学腐蚀：由于在尿素合成过程中所涉及的介质的化学成分和物理条件的变化，导致金属表面出现电位差，形成电化学腐蚀现象。

这种腐蚀方式主要依赖于溶液中金属离子和氧化还原反应产物的生成和扩散，容易在金属表面形成氧化物和氢氧化物等产物。

3. 微生物腐蚀：指在尿素生产过程中，由微生物直接或间接诱发的金属腐蚀现象。

微生物腐蚀是产生在高温高压条件下的海洋、地下水和污水处理场等环境中，由细菌、藻类、真菌等微生物引起的一种特殊腐蚀现象。

在塔内运行一段时间以后，普遍会出现微生物污染，这时候就容易发生微生物腐蚀。

为了解决尿素合成塔的腐蚀问题，需要采取一系列有效的防腐措施，主要包括以下几方面。

1. 材料及涂层的选择：在制造过程中采用高耐腐蚀性材料，如不锈钢、钢材贴陶瓷等，同时在涂层选择时应选用高品质的树脂、聚合物等防腐涂料，以提高其耐腐蚀性。

从工艺运行角度分析尿素生产设备腐蚀原因及防范摘要：尿素设备腐蚀是绝对的，但腐蚀速度是相对的，只要我们不断探索、不断总结，在操作中注意控制，严格检修规范、操作制度，在停车封塔时注意保护，尿素设备的腐蚀问题就能够得到减缓，尿素设备的使用寿命就能够得以延长，以确保安全生产。

关键词：工艺运行角度；分析；尿素；生产设备；腐蚀原因；防范1尿素生产的腐蚀机理1.1中间产物的化学性腐蚀1.1.1氨基甲酸根的腐蚀尿素生产中 CO2 -H2O 物系、NH3-H2O 物系、Ur-H2O 物系单独对不锈钢材料不发生腐蚀。

但当 CO2-H2O 和 NH3-H2O 混合后，在高温（温度＞ 140℃）、高压下，对不锈钢有强烈的腐蚀性。

这是因为：2NH3 +CO2 +H2O→ NH4COONH2+H2O NH4COONH2+H2O→ NH ++COONH2-+H2O氨基甲酸根 COONH - 呈还原性，能阻止钝化型金属表面氧化膜的生成，使金属产生活化腐蚀。

介质中甲铵浓度越高，其腐蚀性越强；温度越高，其腐蚀性越大。

1.1.2氰酸根（CNO- ）的腐蚀在高温下尿素水溶液中存在着下列尿素异构化反应：NH2CONH2=NH4CNO=NH ++CNO- 氰酸根（CNO-）具有强烈还原性，使钝化型金属在其中不易形成钝化膜而出现严重的活化腐蚀。

1.1.3形成氨的络合物腐蚀在高温高压下，尿素甲铵液中的氨会与不锈钢中的许多元素氧化物形成络合物，氧化镍、氧化铬和氧化铁在氨水溶液中溶解与氨生成络合物，从而破坏不锈钢表面的氧化膜，失去了钝化膜，呈现出活化腐蚀。

1.1.4形成羰基化合物腐蚀不锈钢在尿素甲铵液中由于与介质发生了羰基化反应，生成了金属的羰基化合物Mem（CO）n。

镍较易形成羰基镍。

从而金属自身溶解于介质中而出现腐蚀。

2尿素生产中设备腐蚀的防范措施2.1严格控制操作温度超温对设备的加速腐蚀是比较明显的，超温幅度愈大，设备腐蚀速率增加愈快；超温时间愈长，设备腐蚀愈严重。

简论尿素生产中的腐蚀与防护蒋　菁(常州四药制药有限公司,常州市213014) 摘　要　以尿素生产装置中的CO2汽提塔为例,分析了甲铵等水溶液对设备的腐蚀情况、腐蚀类型、腐蚀机理及影响因素,提出了采用不锈钢材料、改进设备结构和提高制造质量等抗蚀防护措施。

关键词　尿素生产　腐蚀　CO2汽提塔1　前言 在尿素生产过程中,经常遇到腐蚀问题,这不仅影响到新工艺流程的实施,也影响到产品质量、消耗定额和设施的更换及维修。

腐蚀的产生主要是因为生产中处理的物料所引起。

液态氨基甲酸铵、浓甲铵水溶液以及含有甲铵的尿素水溶液都是腐蚀性很强的物质。

因而凡是与上述溶液接触的容器、管线及其他设备都必须用耐腐蚀能力强的材料制造,或用这类材料进行衬里保护。

为了解决尿素生产过程中的腐蚀问题,人们进行了大量的研究,找到了许多防护的方法,如在甲铵溶液中加氧,采用钛、锆、钽等合金来制造设备等,有效地控制了腐蚀速度。

2　CO2汽提塔腐蚀情况 CO2汽提法尿素生产设备中有4台高压设备:高压甲铵冷凝器、高压洗涤器、CO2汽提塔和尿素合成塔。

腐蚀问题主要出现在这四台高压设备上,以下就汽提塔的腐蚀情况略作说明: 汽提塔设备中上下管箱衬里表面通常出现虫蛀状腐蚀,表面由光滑变粗糙并均匀减薄,焊缝熔合线上出现刀状腐蚀、焊缝裂纹及坑蚀。

这主要是由于晶间腐蚀和选择性腐蚀所造成。

此外,分布器上的 2.3小孔因腐蚀而扩大,有的成椭圆状。

钛制汽提塔中的汽提管在距上管端约25至1600mm的范围内,出现管壁减薄现象,这可能是由于工业纯钛的抗磨蚀和抗冲击腐蚀性能较差所致。

3　腐蚀类型 目前尿素厂广泛采用的材料为18-12型铬镍钼不锈钢和18-8型铬镍不锈钢,个别设备有采用铬锰氮不锈钢,钛、锆及其合金和铝材。

这些材料在尿素厂经过了多年的使用后,发现在尿素—甲铵溶液中可能产生全面腐蚀、氢脆、应力腐蚀破裂、冲刷腐蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀、组织选择性腐蚀、腐蚀疲劳和孔蚀等,特别是在高温高压使用条件下,上述腐蚀现象更为明显。

尿素生产中危险因素分析及其防范北大荒农业股份有限公司浩良河化肥分公司尿素系统生产过程中极易发生各类生产事故。

生产设备的运行好坏直接影响尿素的安全生产，在实际的生产运行过程中，经常发生倒液、着火、爆炸、结块伤人等，严重威胁人员的生命安全。

本文主要针对尿素系统生产中易出现的问题进行分析及预防。

标签：重点设备；危险分析；防范措施；事故处理1 重点设备1.1 尿素合成塔合成塔是尿素装置中体积、重量最大的设备，也是装置的“心脏”设备。

壳体用普通低合金钢制成，承受塔内的高压；内衬采用316L不锈钢，可耐尿素一甲铵液的腐蚀。

塔内设有多层筛板。

在生产过程中，塔内尿素和甲铵混合溶液，对设备有强腐蚀作用，在高温、高压下腐蚀尤为严重。

如操作不当，发生超温、超压、钝化膜破坏，腐蚀会加剧而造成设备损坏。

严重时，甚至发生设备爆炸事故，造成灾难性的后果。

1.2 高压泵区高压泵区位于框架的一楼，主要由三台高压氨泵和三台高压甲铵泵组成。

生产中，二开一备。

高压氨泵压缩介质为液氨，高压甲铵泵压缩介质为甲铵溶液，一般采用柱塞泵，电动机驱动。

由于压力高，动密封易发生泄漏。

液氨如发生泄漏还可造成着火、爆炸、中毒事故。

甲铵液大量泄漏也可造成人员伤害。

高压氨（甲铵）泵运行中如发生重大设备事故，也可造成全装置停车。

2 危险因素分析及其防范措施2.1 尿素装置投产初期，事故发生频繁。

随着各项管理工作加强，生产逐步稳定，事故大幅减少，并实现了安全、稳定、长周期运行。

2.2 尿素装置投产初期发生的停车事故中，外因事故停车占一半以上。

说明尿素装置稳定运行，应有一个良好的外部条件作保证。

2.3 尿素装置因设备腐蚀造成的停车事故，在设备事故停车中占有不小的比例。

事故原因主要是设备钝化被破坏和采用了不耐腐蚀的材料。

2.4 尿素装置设备事故中，二氧化碳压缩机造成的重大设备事故一直位居首位，产生原因主要是维护不当、违章作业和设计、安装存在缺陷。

3 开工时危险因素分析及其防范措施3.1 设备（管道）吹扫、置换、送气（液）操作设备（管道）吹扫（清扫）、置换、送液、送气等操作是开工中的前期操作。

基甲酸铵、氨、二氧化碳、氧、氮、水、蒸汽等物料环境下运行，极易产生衬里腐蚀，影响合成塔的使用寿命，为生产的安全运行带来隐患，产生对生产的不利因素。

(1)由于工作介质发生化学反应，在尿素合成塔中出现了中间产物氨基甲胺，这一物质有高温高压下溶解的特性，容易形成较强的腐蚀性，合成的尿素又可分成氢氨酸和氢酸的物质，在水中发生电解，生成的氰酸根有强还原性，容易在塔内表面生成氧化膜，导致大面积腐蚀。

(2)由于在温度控制上出现失误，导致了介质对不锈钢的影响较大。

随着温度的变化，不锈钢容易发生钝化，腐蚀速度增强。

例如当达到190℃时，合成溶液后氧的含量下降，不锈钢的腐蚀速度就会发生加快[2]。

(3)氧含量对设备腐蚀的影响经过研究是非常重要的。

钝化膜最低浓度在氧含量浓度达不到的情况下，对不锈钢的腐蚀加速，氧含量增多，溶液性质发生变化，降低对不锈钢的腐蚀作用，但是氧化作用还在生成，原料中的二氧化碳硫化物含量加速设备腐蚀，以有机硫的形式进入尿素合成，塔内原料产生二氧化碳中的硫化物具有强还原性，生成一系列的氧化反应，还原反应下氧化硫在溶液中生出硫化物，与不锈钢的氧化膜发生反应，产生强还原，导致辐射速度加快。

3 尿素合成塔腐蚀应对措施针对尿素合成塔腐蚀发生原因，结合腐蚀情况和腐蚀的根源提出解决措施，采取的相应措施具有操作性，应对环境参数变化可以及时有效的进行动态控制[3]。

尿素合成塔检修应本着提高设备检修质量、提高设备钝化质量、确保焊接质量、开停工及优化操作的目的，定期对上下封头内衬检修更换情况、人孔部位残留的旧衬里情况、人孔密封环部位的结构、设备筒体以及密封环内侧立面、人孔法兰水平密封面内侧、残留的旧衬里表面等区域发生腐蚀形态进行深入分析，操作人员必须了解腐蚀原因和机理，采用科学的方法，选用优质尿素级不锈钢材料，通过打磨、堆焊、现场车削加工法兰密封面和检测等具体的修复方案，完成尿素合成塔人孔密封环等重要部位的修复，确保在腐蚀修复完成后，尿素合成塔运行完好、无泄漏，消除合成塔内由于腐蚀导致存在泄漏隐患，避免防止晶间腐蚀、冷凝腐蚀。

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。

浅析尿素生产中的腐蚀问题及解决作者：夏龙飞来源：《中国科技博览》2018年第12期[摘要]本文主要结合实际工作经验体会，对尿素生产中涉及到的腐蚀问题及原因进行分析，并提出解决和控制尿素生产中腐蚀的途径，以期与同行交流并共同取得进步。

[关键词]尿素腐蚀控制中图分类号：S211 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）12-0295-01尿素作为在农业生产中的一种高效氮肥，也可用于工业及畜牧业养殖中。

尿素的含氮量较高，可以达到46%；其含氮量高于同样常用的硝酸铵30%左右，与比硫酸铵和碳酸氢铵相比，分别高达120%，和170%，在氮肥品种是含氮量最高的。

尿素是中性产品，其在农作物生长过程中，可全程施用，既能作为基肥，又可以在根外进行追肥，很容易被植物吸收，对于促进植物生长作用很大[1]。

1、尿素生产中腐蚀现象分析由于尿素生产技术不断改进，其原料价格相对低廉，使其成产成本相对降低，实现了工业化生产变得更加的便利，因此，在我国多数省份都有尿素生产企业。

在高温高压的条件下，氨和二氧化碳可以合成为甲铵，这种反应较为完全；与此相比，甲铵在脱水向尿素转化的这一反应则存在着一定的转化率，不能做到完全进行。

一般来说，这种反应的转化率在60%-70%左右。

未转化的甲铵进行回收利用，对于提高产量降低成本作用十分明显，需要从转化的尿素中进行。

在分离、回收的方法来看，其方法众多，工艺也很多。

作为常规氮肥产品，世界各国在开发新型的尿素生产工艺上已经做了很大努力并取得进展。

其改进目标是进一步提高热效率并同时降低能耗。

这些新工艺技术先进，节能效果良好，而且，在改进装置和选用设备材料方面的新进展也是很大的。

在我国，尿素生产厂中采用的是水溶液全循环流程和二氧化碳汽提流程的还占有相当比例。

[2]反应后，形成的尿液随后进入到分解塔中。

在分解塔中，将未脱水转化的部分甲铵加热后分解，分成气相氨和二氧化碳两种液态，该二气相产品，在实现与尿液分离后，再进行冷凝以水来作为吸收剂。

2017年12月浅析尿素合成塔腐蚀原因及预防措施姜大鹏修娇娇（阳煤集团淄博齐鲁第一化肥有限公司，山东淄博255400）摘要：尿素作为一种非常重要的化学氮肥在生产当中被广泛使用，一般情况下，是通过氨气以及二氧化碳通过相关的操作手法在高温及高压的情况下进行合成而产生的。

尿素合成塔是进行尿素合成的过程中使用的装置，其实际进行运行的情况和尿素生产是否安全以及长效息息相关。

关键词：尿素；合成塔；腐蚀原因；预防措施1尿素合成塔的腐蚀原因分析1.1温度介质温度在设备腐蚀当中具有非常重要的作用，对其的影响效果十分明显，这是因为温度升高的时候会对金属活性化态和钝化态的腐蚀速率进行进一步的加强，让不锈钢的钝化区变窄，让材质的活性进一步的加强，也就是让阳极和阴极的氧化还原作用进一步的加强，让设备的腐蚀速率进一步的加快，在165℃以下的时候，温度的变化不会对不锈钢的腐蚀产生很大的影响，但是温度在165℃到120℃之间的时候，腐蚀的速率和平时的温度相比，增加了三倍到四倍，如果操作温度比设计温度高，就算只有一到两摄氏度的温度，也会让设备的腐蚀速率进一步的加强，对设备腐蚀程度大小的判断，主要是根据介质当中镍和铁的含量高低来进行判断的，如果铁和镍的含量增高，这就说明腐蚀现象出现了加速的情况，需要及时把原因找到，并且让生产会尽快恢复。

1.2氨碳比(摩尔比)氨碳比进一步的升高，对控制设备的腐蚀情况是非常有利的，这是因为如果碳氨碳比升高的时候，系统的ph 值就会出现升高的情况，让系统的整个酸性降低，从而让COONH 2-和CNO-在介质的浓度和停留时间得到了控制，高的氨碳比可以让设备腐蚀的速度进一步的降低。

在操作温度相同的条件下，都是塔顶的温度没小于188℃的情况，正常运行的时候，二氧化碳气体工艺设备的腐蚀速率和氨气体工艺的腐蚀速率相比比较高，停车封塔的时候，封塔时间段内二氧化碳气体工艺要求一般情况下不能超过24小时，氨气体工艺一般情况下封塔可以超过48小时以上。