尿素设备腐蚀的影响因素及防腐措施

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1、尿素设备腐蚀的影响因素及防腐措施李民杰(中原大化集团有限责任公司，河南濮阳457004)2007-07-16   尿素是由氨和二氧化碳在高温高压下反应生成的。在尿素生产过程中，会产生氨、氨水、二氧化碳、尿素溶液，蒸汽、蒸汽冷凝液、水、碳铵溶液、氨基甲酸铵(甲铵)溶液及其不同浓度的混合液。导致尿素设备腐蚀的影响因素很多，笔者拟对各影响因素进行分析，并提出相关防范措施。1 尿素设备腐蚀的影响因素   影响腐蚀的主要因素有：温度、氨碳比、水碳比、甲铵液的浓度、氧含量、硫和氯离子含量、介质的流速等。1.1 温度   介质温度对设备腐蚀的影响十分

2、明显。温度升高可以增加活化态和钝化态的腐蚀速率，使不锈钢的钝化区变窄，加速了材质的活化，亦即加速了阴极和阳极的氧化还原过程，从而提高了设备的腐蚀速率。   在165℃以下时，温度变化对不锈钢腐蚀的影响较小，但温度在165～200℃时，腐蚀速率将增加3倍～4倍。温度升高，化学反应速度加快，这与理论叙述是吻合的。由于不锈钢的材料不同，其耐高温的差别也比较大。在尿素工程中对主要材料的使用温度规定如下：①00Crl7Nil4Mo2，00Crl7Nil4Mo3和00Crl7Nil4Mo2N等使用温度不得超过195℃；②钛的设计温度为210℃，生产

3、中一般控制在207℃以下；③锆的使用温度一般不超过230℃；④银和铅的使用温度一般不超过175～180℃；⑤双相钢DP3，DPl2，R4，R5的使用温度为190℃。   操作温度对设备腐蚀的影响很大。当操作温度超过设计温度，即使只超过1～2℃，设备的腐蚀程度也会非常明显增加。判断设备腐蚀程度的大小，一般根据介质中的铁、镍含量的高低进行判断。当介质中的铁、镍含量增高，说明设备的腐蚀情况呈加剧趋势，应及时查找原因，使其尽快恢复正常。1.2 氨碳比(NH3／CO2摩尔比)   氨碳比升高，有利于减缓设备的腐蚀。这是由于在氨碳比较高时，系统pH

4、值升高，使系统的酸性降低，从而减少了COONH2－和CNO－在介质中的浓度和停留时间。   关于高氨碳比可以减缓设备腐蚀这一点，在氨汽提和二氧化碳汽提2种不同的工艺对比中可以证实。氨汽提工艺设计的氨碳比较高，为3.56，二氧化碳汽提工艺设计的氨碳比为2.89，2种工艺的操作温度相同，都是塔顶温度不超过188℃。正常运行时，二氧化碳汽提工艺设备的腐蚀速率一般比氨汽提工艺的年腐蚀速率高。停车封塔时，对封塔时间的要求方面，二氧化碳汽提工艺一般不允许超过24h，而氨汽提工艺一般可封塔48h以上。1.3 水碳比(H2O／CO2摩尔比)   水碳比

5、增高，设备腐蚀程度增大。系统水碳比增高时，系统的水量相对增多，溶液浓度变稀，增加了NH4COONH2和NH4CNO的离解度，溶液中的COONH2－和CNO－数量相对增加，因而，增强了介质对金属的腐蚀性。1.4 甲铵液的浓度   甲铵液的浓度愈高，设备的腐蚀性愈强。甲铵液浓度较高时，介质中COONH2－离子数量相对增多，由于COONH2－离子的强还原性，使金属表面钝化膜不断被破坏，从而，增加了设备的腐蚀程度。   尿素生产过程中，尿素装置高、中、低压系统设备材质的使用等级，从前到后由高到低，材料的选择除受各系统的操作温度影响外，与各系统甲

6、铵液浓度变化的关系也比较大。它们使用的不锈钢材质情况如下。   (1)尿素高压系统 合成塔采用316LMOD，高压甲胺冷凝器采用GrNiM025-22-2，汽提塔采用钛材。   (2)尿素中压系统 中压分解塔和中压冷凝器采用316L。   (3)尿素低压系统 低压分解器采用316L，低压回收槽采用304L。   (4)蒸发系统 分离器采用304。1.5 氧含量   系统的氧含量是钝化膜形成的关键。如果系统中氧含量的浓度低于钝化膜形成时的最低浓度，则氧化膜将被破坏，设备进入活化加速腐蚀阶段。   在二氧化碳汽提工艺中，采用向系统加入一定量

7、的双氧水(H2O2)的方法，可以减少二氧化碳压缩机的生产负荷，提高生产能力。双氧水中释放出来的原子氧，可以直接参与电极反应，有利于钝化膜的形成。但目前还没有只加添双氧水而不添加钝化空气的实例。这是由于双氧水稳定性较差，进入设备后很快就会分解，使介质中的氧不能均匀地与设备表面接触，达不到预期的目的。1.6 硫含量   硫具有强还原性，原料二氧化碳气体或空气中的硫，无论以有机硫(主要是COS)还是无机硫(H2S)的形式进入尿素合成系统，在高温高压下进行水解和一系列氧化还原反应后，最终的结果都是将金属氧化膜破坏，使金属表面产生严重的活化腐蚀。

8、   由于硫的强还原性，在硫含量超过一定浓度后，金属表面的氧化膜就无法形成。大型尿素生产装置原料CO2气中硫含量的设计指标为≤5mg／m3，若将指标控制在2mg／m3以下，只要使用得当，一般可运行15年左右