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尿素合成塔衬里腐蚀分析与防护措施

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2017年第11期·59·尿素合成塔的主要作用是将甲铵脱水转变为尿素，它的运行状况关系着整个尿素装置能否安全、稳定、高效的长期运行。因尿素合成塔造价高昂，制造复杂，一旦合成塔衬里泄露，将带来巨大经济损失，所以衬里腐蚀分析和防护工作在日常的检验及维修工作中显得特别重要。

1　尿素合成塔工作参数尿素合成塔主要工作介质为尿素、甲铵溶液、NH3及CO2等。因高温高压下尿素溶液腐蚀性

极强，一般尿素合成塔采用316L或2CrNiMo18-12MoL尿素级不锈钢板做衬里，昆明神农汇丰化肥有限责任公司一台尿素合成塔参数如下：操作压力：19.6MPa，操作温度：193℃，介质：NH3/CO2/甲铵液，筒体内径：1400mm，容器高：

22481mm，衬里材料：316L UG（316L尿素级），厚8mm；衬里焊接材料：316L UG，投入运行时间：3年。

2　检验发现的腐蚀形态经全面检验发现：衬里焊缝普遍存在大面积刀口腐蚀，尤其合成塔上部及中部更严重，最深达1.5mm；衬里板材大面积均匀腐蚀，小面积局部点蚀，最薄处厚度7.3mm。

3　腐蚀形态分析3.1　均匀腐蚀分析316L属于18-8型奥氏体不锈钢，这一类型金属主要依靠钝化来获得耐腐蚀能力，因操作温度波动及介质浓度波动，会形成温差电池和氧浓度差电池，再加上介质pH值微小变化对钝化的影响较大，这都会使板材在钝化区和活化区频繁变化，这个变化导致金属的溶解速度总体呈升高的趋势，宏观上形成全面或大面积较均匀的腐蚀形态。3.2　局部点蚀分析不锈钢在含有卤素离子的溶液中，容易发生孔蚀，特别是含Cl-的溶液几乎成为不锈钢产生

孔蚀的最主要的腐蚀环境。因为在这种条件下，氧使不锈钢钝化和Cl-破坏钝化膜的作用强度往

往彼此相当，使不锈钢处于钝态-活态的临界状态。因为这个过程都是围绕Cl-在发生，又因Cl-在板材表面的分布往往是不均匀的，越是表面有微观凹陷的地方，Cl-浓度越高，长此以往就形成

了俗称“麻点”的点蚀现象。3.3　焊缝刀口腐蚀分析奥氏体不锈钢在450℃~850℃温度区间被长时间加热，会导致不锈钢产生晶间腐蚀倾向，而

doi：10.3969/j.issn.1004-275X.2017.11.024尿素合成塔衬里腐蚀分析与防护措施

彭　刚（云南省石油化工锅炉压力容器检测中心站，云南　昆明　650233）

摘　要：通过分析检验过程中发现的一台尿素合成塔衬里几种腐蚀形态，提出腐蚀防护应做的措施，并提出了合成塔衬里修复的选材方案。关键词：尿素合成塔；衬里；腐蚀分析；防护中图分类号：TQ441.41 文献标识码：A 文章编号：1004-275X（2017）011-059-03

_________________________收稿日期：2017-09-27作者简介：彭刚（1989-），男，云南大理人，本科，云南省石油化工锅炉压力容器检测中心站，助理工程师，研究方向：特种设备检验检测。

云南化工Yunnan Chemical TechnologyNov.2017Vol.44，No.112017年11月

第44卷第11期云南化工2017年第11期·60·

焊接热影响区发生的焊缝晶间腐蚀是最为常见的局部腐蚀破坏形态之一。这个过程一般是因为高温会使不锈钢晶界析出Cr、Ni离子，形成新的物质，晶粒内Cr、Ni离子向晶界扩散慢，造成晶界成分贫化，在强腐蚀介质下就会造成晶间腐蚀。尿素合成塔不锈钢衬里在193℃的工作条件下，一些部位在晶界处会缓慢形成Cr23C6，其中Cr主要来自碳化物附近的晶界区，C来自晶体内部，晶体内部C比Cr扩散得快得多，使Cr在晶界附近很快消耗，就形成了贫铬区，在甲铵液的环境中，产生了晶间腐蚀。上述两个腐蚀过程在焊缝热影响区是一个叠加的过程，宏观上就形成了刀口腐蚀。

4　衬里腐蚀防护

4.1　工艺防护及使用防护在生产工艺上采用高效的塔盘，可以改善介质转化率及溶液反应温度分布的均匀性，这对衬里腐蚀防护是有利的。在操作方面，工况的变化会改变衬里承受的腐蚀状态，严格控制水中Cl-含量，并严格控制操作温度及介质浓度，使衬里能稳定保持在较小的腐蚀速率下运行。同时，特别注意开机升温速度，如果温升过快，将导致升温钝化不充分，容易导致腐蚀加剧，因此应避免合成塔升降温度的剧烈变化（6~8℃或8~12℃）及衬里顶底温差过大（应小于50℃）。4.2　衬里制造及维修过程防护以昆明神农汇丰化肥有限责任公司的这台尿素合成塔为例，衬里焊缝及热影响区检验发现刀口腐蚀属于较普遍的现象，刀口腐蚀造成合成塔衬里在腐蚀部位应力集中，当设备操作不当（如升降压力速率过快），容易衍生鼓包，甚至裂纹及泄露。所以在焊接环节应严格控制线能量输入，做到“小电流、低电压、窄焊道、快速焊”，这样能尽量减小焊接热影响区晶间腐蚀倾向，避免出现剧烈刀口腐蚀，造成合成塔严重安全隐患。4.3　本质材料防护根据SNAM氨汽提工艺对尿素用高级不

锈钢的订货条件，316L UG的腐蚀率<0.6mm/a，00Cr25Ni22Mo2的腐蚀率<0.3mm/a。在其他几台合成塔上实际修补焊缝也用过316L UG及CrNiMo25-22-2LMn，发现用316L UG修补的焊缝，运行多年后又继续发现刀口腐蚀，而使用CrNiMo25-22-2LMn修补的焊缝不会或极少再次产生刀口腐蚀。所以综合分析来看CrNiMo25-22-2LMn型焊材是理想的修补材料。在母材选择方面，X2CrNiMo25-22-2的Cr、Ni含量更高，同时C及S、P含量更低，在固溶处理后得到全奥氏体组织，对甲铵液环境的耐腐蚀性更强，同时因固溶处理后得到全奥氏体，相比316L UG来说，X2CrNiMo25-22-2对晶间腐蚀倾向及选择性腐蚀倾向都有更强的适应性，所以当衬里均匀腐蚀加剧时，可以考虑将316L UG衬里更换为X2CrNiMo25-22-2衬里。

5　结语合成塔衬里腐蚀防护是一个系统工程，其中诸多环节：前期工艺设计、设备设计、选材、制造及后期操作、检验、维修都是其中的重要环节，精心设计并合理统筹每一个环节才能保证合成塔不在衬里腐蚀防护上面产生安全隐患，进而才能保证整个尿素装置能安全、稳定、高效的长期运行。

参考文献：[1] 闫康平,陈匡民.过程装备腐蚀与防护[M].北京:化学工业出版社,2009(9).[2] 梁成浩.现代腐蚀科学与防护技术[M].上海:华东理工大学出版社,2007(3).[3] 林玉珍,杨德钧.腐蚀和腐蚀控制原理[M].北京:中国石化出版社,2007(9).[4] 许凯荣.尿素合成塔腐蚀原因及对策[J].上海:腐蚀与防护,2003(3).[5] 白兰平.尿素合成塔腐蚀规律探讨及残余寿命预测[J].成都:化工腐蚀与防护,1993(1).[6] 朱均蓉.尿素合成塔衬里的焊接修复[J].成都:中氮肥,2000(2).（下转第87页）2017年第11期·87·近居民的生活也有一定的危害。2.3　人为改变地下水的天然动力平衡随着经济的不断发展，人类的生活质量有了很大的提升，对于安全问题的重视程度也就日益增长，而且就目前的发展来看，由于工程质量问题所导致的安全事故比较多。天然地下水的动力平衡由于动力作用会发生变化，这对于岩土工程不会产生过大的危害，然而一旦由人为进行改变就会导致天然地下水动力失衡，进而导致天然地下水的状态被打破，就会导致比较严重的工程危害：流砂、管涌等问题，这些危害都是由于人为所导致的。

3　水文地质问题在岩土工程中的注意事项

3.1　突出地质勘查工作的重要性应该从岩土工程的具体施工过程中所存在的水文地质问题为研究出发点，对于地质勘查的有效性加以重视。在地质勘查的过程中不仅要对水文地质问题进行深入研究外还要对岩土工程与地质水文之间的具体关系进行一定的研究，而且在正式施工之前应该要提前对水文地质自然条件、地下水位变化等因素进行勘查，从其中分析出含水层分布范围以及深度，以此来促进岩土工程顺利开展。

3.2　勘测过程中对于参数的详细记载在岩土工程的具体勘测过程中不容忽视的问题就是参数的记载，通过详细而又精确的数据记载能够有效地对水文地质问题进行分析，所以，在具体的施工开始之前要对地下水的水压变化情况进行分析，从起始水压的具体参数进行分析，再绘制出相关的曲线图，这样详细的记载能够帮助岩土工程有效的解决水文地质问题带来的危害。同时，还可以通过充电法来完成对于地下水流速的勘测，以此来积极完善地下水的水位测定程序，而且这一系列工作对于水文地质勘测工作有很大优势。

4　结语岩土工程建设中忽略了对于水文地质问题的检测，导致岩土工程的质量难以保证，所以，必须要开展详尽的水文地质勘测工作，严格按照操作要求对水文地质问题进行处理，通过这样严格的要求能够提高岩土工程的勘测效率，也能进一步降低水文地质问题在岩土工程的危害性。

参考文献：[1] 杨峰.岩土工程勘察中关于水文地质问题的相关研究[J].城市地理,2014(16):39-40.

Corrosion analysis and anticorrosion measures for urea synthetic tower liningPeng Gang（Yunnan Petrochemical Boiler and Pressure Vessel Test Center，Kunming 650233，China）Abstract：By analysing several corrosion forms of a urea synthetic tower lining found in the process of

inspection，measures of protecting corrosion is put forward，and the material selection scheme of synthetic tower lining restoration is proposed.Key words：urea synthetic tower；lining；corrosion analysis；anticorrosion

（上接第60页）

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尿素合成塔的主要破坏形式及预防措施

尿素合成塔的主要破坏形式及预防措施

尿素合成塔的主要破坏形式及预防措施尿素合成塔的爆破事故在国内已经发生了多起，事故现场触目惊心，给人民生命和国家财产造成的损失，应引起尿素生产企业的高度重视。

一、尿素合成塔的主要破坏形式水溶液全循环法尿素合成塔是用不锈钢和低合金钢制造的多层包扎式高压容器，塔体由多个筒节与上、下封头焊接而成。

多层包扎式厚壁圆筒由内筒、盲层与层板3部分组成，内筒采用超低碳奥氏不锈钢板材，在高压状态下要求严密不漏，并具有抵抗介质腐蚀的能力。

层板则采用一定的方法使之很好地贴合在内筒上，且与内筒形成一个整体筒节，塔体质量的好坏往往取决于层板间的贴合程度和环焊缝装配及焊接的质量。

多层包扎式圆筒在包扎层板时，靠钢丝索拉紧与焊接的收缩作用使各层间存在有预应力，内层受到压紧力，当筒体承受内压时，由于预应力的作用可以抵消部分拉应力，使筒壁内应力较相同条件下的单层筒体分布均匀，可以提高筒体的弹性承载能力。

从理论上讲多层包扎厚壁圆筒的壁厚应比相同条件下的单层筒体薄，但因预应力的大小与层板纵焊缝宽度、每层层板上纵焊缝数量、焊接规范、焊接材料、包扎的松紧程度等许多因素有关，在设计时尚无法定量计算。

另外，多层包扎式筒体的纵焊缝沿壁厚方向是非连续的，对筒体强度的削弱也较单层筒体小。

所以，在设计时仍采用单层厚壁圆筒强度计算公式进行应力计算。

尿素合成塔在使用过程中产生的主要破坏形式有2种，一是内筒泄漏引起的破坏；二是筒节层板和环焊缝发生应力腐蚀断裂而引起的破坏。

1.内筒的泄漏尿素合成塔内的尿素溶液（氨基甲酸铵溶液）在反应中对碳钢有强烈的腐蚀作用，一旦穿过不锈钢内筒流至碳钢层板以后腐蚀速度会急剧增加，在较短时间就可以腐蚀扩展到穿透筒壁。

内筒的泄漏往往由于内筒上的点腐蚀、缝隙腐蚀、裂纹而引发，在工作条件下引起不锈钢内筒腐蚀的因素很多，其中尿素反应液中存在CI-是产生点腐蚀、缝隙腐蚀及裂纹的主要因素。

2.层板和环焊缝的应力腐蚀断裂应力腐蚀断裂的特点是几乎完全没有金属宏观体积上的塑性变形，这种断裂会造成压力容器的灾难性事故。

尿素合成塔的腐蚀及防护

尿素合成塔的腐蚀及防护


３ 工艺操作中的防护措施
运行操作是否平稳影响到设备的耐蚀性能和 使用寿命。因为工艺操作参数也就是设备所处的 腐蚀环境参数。只有工艺操作参数在设备材料允 许的耐蚀环境以内， 设备才有足够的耐蚀性能 ； 如 果超 出了设 备材 料 的 耐蚀 性 环 境 条件 范 围 ， 蚀 腐
破 坏事故 的发 生也 就 在 所难 免 了。 因此 ， 实 际 在
从尿素合 成 塔 的腐 蚀 情况 看 ， 腐蚀 形 式 可归 纳 为两大类 ， 即均 匀 腐蚀 和 局部 腐蚀 。均 匀腐 蚀 主要 是尿素合 成塔 内部衬 里母材 的均匀腐蚀 和焊 缝 的均匀腐蚀 ， 是 一 种 质量损 失 较大 而 危险 性 这
适当提高氨碳 比、 降低水碳 比可降低不锈钢 的腐蚀速度。这是因为氨碳 比增大 、 水碳 比降低 都可 提高溶 液 中氨的浓度 ，３ 式平 衡左 移 ， 一 （） 在 定程度 上抑 制 了氰 酸和氰 酸铵 的生成 。
２ ３ 原 料气 二氧化碳 中的硫化 物含量 ．
原 料气二 氧化碳 中的硫 化物 以无机 硫 （ ： ） Ｈ Ｓ 和有机 硫 （ 主要 是 Ｃ Ｓ 形态 进 人 尿素 系 统 ，Ｏ Ｏ） ＣＳ
在 尿素 一甲铵 液 中发生水 解反 应 ：
ＣＯＳ＋Ｈ２ ＝ Ｈ２ ０ Ｓ＋ＣＯ２
尿素 一甲铵 液对 不锈 钢 的腐蚀 速度会 随着硫 化氢 含量 的增 加 而增 大 。硫 化氢 在溶液 中 电离 出 硫 离 子 （ ） 硫 离 子 不但 能 破 坏 不 锈 钢 表 面 已 Ｓ一 ， 形 成 的氧化膜 ， 能夺 走溶液 中 的氧 ， 还 减少其 中的 氧含 量 ， 从而 导 致不 锈 钢 的腐蚀 加 剧 。硫 化氢 含
氧对不锈 钢 的耐蚀 性 能 起着 关 键 性 的作 用 。
1尿素造粒塔腐蚀机理分析

1尿素造粒塔腐蚀机理分析

1尿素造粒塔腐蚀机理分析1.1尿素的吸湿性和潮解度尿素[co(nh2)2]结晶是一种易溶解的微碱性有机物,80℃以下不易分解,在干燥状态下一般对混凝土不产生化学腐蚀,但潮解后形成的尿液对混凝土有极强的渗透性,尿素的吸湿性和潮解度如表1、表2所示[1]。

1.2尿素造粒塔内部腐蚀的机理1.2.1尿液的腐蚀尿素颗粒易潮解,呈微碱性,常含有少量nh3、硫酸盐、水蒸气等物质,造粒塔中易出现固体、液体、气体3种形态,温度从喷头处的140℃到刮料平台,逐步冷却到60~70℃。

混凝土中含有大量气孔,尿素液体易在气孔中结晶膨胀,当尿液水份挥发后,便形成白色条状或棒状结晶残存于混凝土结构中,其结晶后的体积比原体积大1. 67~1. 93倍,产生85mpa以上的结晶胀力[2],远远超过了混凝土极限强度,因而混凝土被破坏,尿素液体再溶解→结晶→膨胀→破坏反复进行,会造成极大破坏,特别是在喷头处尤为严重。

1.2.2冲刷腐蚀刮料平台表面与刮料机板下端有20mm间隙,溶融尿液由造粒塔头喷下到达刮料平台前冷却凝结成 1. 8mm左右的小颗粒,在刮料机轴附近由于热胀冷缩原因易出现缺陷,冲刷及渗漏较为严重。

1.2.3碱集料效应和碳化腐蚀尿素造粒塔内,co2浓度往往比自然状态高10~15倍, co2与水泥中的ca(oh)2作用形成caco3和h2o,h2o的析出引起混凝土收缩,轻则附加内应力,重则使混凝土形成微小裂缝,降低混凝土温度并促使破坏加剧,当ca(oh)2减少到一定浓度时, ph下降到临界值, ph<9. 8时,钢筋开始从内部腐蚀。

1.3尿素造粒塔外部腐蚀的机理化肥厂中大气成分比一般环境复杂,主要为nh3、co2等。

影响大气腐蚀的重要因素有相对湿度、大气污染指数、灰尘及颗粒、气温及其变化、风沙磨蚀等。

另外紫外线破坏防腐介质,易引起防腐材料的老化。

2对防腐蚀材料的要求2.1附着力强尿素造粒塔内防腐材料必须与塔本身的附着力强,与塔形成一体,不开裂,虽然目前使用的防腐蚀材料与混凝土表面有良好的浸润性,但对于新塔来说,水泥凝固过程中生成的碱(主要成分ca(oh)2)降低了涂层附着力。

尿素高压设备腐蚀原因剖析及防腐控制措施 孟烨

尿素高压设备腐蚀原因剖析及防腐控制措施 孟烨

尿素高压设备腐蚀原因剖析及防腐控制措施孟烨摘要：尿素合成反应是在高温、高压下进行，整个合成反应过程对设备腐蚀很严重，因此尿素设备选材要耐腐蚀，同时工艺生产中应采取有效的防腐措施及提高设备检修维护技术，才能更好的减缓设备腐蚀，有力的保障设备运行安全及企业的经济效益。

本文主要论述尿素装置高压圈的设备的腐蚀问题，分析腐蚀的原因及预防控制措施。

关键词：尿素生产、高压设备、腐蚀特点、腐蚀原因、措施概述：某公司52万吨尿素装置选用荷兰斯塔米卡邦公司的新型CO2汽提法尿素生产工艺，高压圈设备衬里采用了非常耐腐蚀的SAFUREX双相钢材质，该材质在目前尿素用钢中得到了广泛的应用。

虽然高压圏设备采用了非常好的耐腐蚀材质，但因尿素合成反应过程中，所处的环境中介质本身具有很强的腐蚀特性加之高温高压，设备运行期间依然存在腐蚀泄漏的风险。

因此研究设备腐蚀原因及制定科学合理的防腐蚀控制措施是非常必要的。

1、高压圏主要设备概况高压圏主要设备有池式反应器、汽提塔、高压洗涤器，三台设备衬里都采用了耐腐蚀的SAFUREX双相钢材质，设备于2013年8月投产运行，2014年9月检修期间对池式反应器、高压洗涤器、汽提塔三台设备进行了检查，设备内部衬里及其焊缝、耐蚀堆焊层、内件及其连接焊缝均处于正常状态，内部部件完好。

2017年4月对池式反应器内部情况进行了内部腐蚀检测，主要从宏观、超声、铁素体等方面检查，宏观检查池式反应器内部衬里、管板及过渡区耐蚀堆焊层表面、内件及其连接焊缝均处于正常均匀腐蚀状态。

池式反应器衬里及内件超声测厚数据正常。

对池式反应器管板耐蚀堆焊层表面铁素体、列管连接焊缝表面铁素体、封头衬里（管板侧）表面铁素体、封头衬里（管板侧）焊缝表面铁素体、筒体衬里表面铁素体、筒体衬里焊缝表面铁素体进行了测定分析。

本次检修检查发现池式反应器第一区有1处裂纹，第二区原补焊点腐蚀发黑疏松。

经过处理、打磨抛光，缺陷消失。

2、设备腐蚀机理分析池式反应器内部衬里表现为均匀腐蚀，从整个反应器所涵盖的腐蚀类别看，除了衬里的均匀腐蚀外，还有存在其他的腐蚀形式，如：坑蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀、选择性腐蚀、应力腐蚀、冷凝腐蚀、磨蚀。