李 星

（中海石油華鶴煤化有限公司，黑龍江鶴崗 154100）

0 引言

CO2汽提法生產(chǎn)尿素的工藝最初從荷蘭引進(jìn)，之后經(jīng)過長時(shí)間對(duì)該工藝的消化、吸收及摸索改進(jìn)，形成適合我國化肥行業(yè)尿素生產(chǎn)裝置所需要的主要工藝技術(shù)之一。只是該工藝存在明顯的缺陷，即設(shè)備腐蝕，嚴(yán)重影響了尿素行業(yè)的發(fā)展。其含有的工藝介質(zhì)如尿素、甲銨等，腐蝕性較強(qiáng)，在高溫（140～200 ℃）高壓（15～25 MPa）下極易腐蝕金屬，其腐蝕類型有選擇性腐蝕、晶間腐蝕等，對(duì)于尿素設(shè)備有極大的負(fù)面影響。

1 工藝流程

CO2汽提法生產(chǎn)尿素的工藝流程是在一定溫度和壓力下，通過CO2提取到甲銨溶液，在工藝流程中通過池式反應(yīng)器、CO2汽提塔、高壓洗滌器等設(shè)備將CO2與NH3冷凝，冷凝期間產(chǎn)生放熱，熱源將提供給二段的分解與一段的蒸發(fā)，該工藝包括液氨加壓、CO2壓縮凈化、合成和汽提等。整個(gè)工藝流程產(chǎn)生的能量還可以作為系統(tǒng)保溫或是汽噴射器動(dòng)力。另外，對(duì)于液氨升壓，其工序的核心設(shè)備是高壓系統(tǒng)中高壓液氨泵，此工序需要將液氨壓力從低壓升至高壓并送入高壓噴射器中。CO2壓縮凈化是為了將原料CO2升壓到所需壓力并脫去所需CO2殘留的H2S 和H2，使進(jìn)入汽提塔的CO2不含多余雜質(zhì)。而尿素合成和CO2汽提工序作為CO2汽提法生產(chǎn)尿素工藝的核心部分，主要是對(duì)液氨和CO2進(jìn)行反應(yīng)與加工，二者在池式反應(yīng)器中發(fā)生反應(yīng)生成NH2COONH4后脫水最終生成尿素和水，其過程為：

這一過程中NH2COONH4脫水生成尿素的步驟是該尿素合成工藝的主要控制部分。不過該工序除了池式反應(yīng)器外，還需要CO2汽提塔和高壓洗滌器與其共同構(gòu)成的高壓圈作為主要核心設(shè)備，經(jīng)過這些設(shè)備處理生成的CO2、甲銨和氨進(jìn)入汽提塔底端，為之后的工序做準(zhǔn)備。

2 檢修現(xiàn)狀與評(píng)估

2.1 高壓設(shè)備檢修內(nèi)容

（1）3 臺(tái)高壓設(shè)備RBI 定期檢驗(yàn)，包含殼體外觀檢驗(yàn)、測厚、超聲檢測、表面檢測并出具檢驗(yàn)報(bào)告。

（2）汽提塔、池式反應(yīng)器列管高壓水射流，汽提塔抽檢851根列管渦流檢測。

（3）池式反應(yīng)器低壓側(cè)500 根列管渦流檢測，現(xiàn)場指定。

（4）汽提塔汽提管全部拆出檢查，視宏觀檢查情況及阻力降試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行更換。

（5）對(duì)池式反應(yīng)器低壓側(cè)列管脹管使用情況進(jìn)行復(fù)查、可用性評(píng)估。

（6）高壓洗滌器鮑爾環(huán)填料視情況進(jìn)行更換。

（7）3 臺(tái)設(shè)備內(nèi)件在用狀態(tài)宏觀檢查、修復(fù)與更換，密封件更換。

2.2 檢修狀況

2.2.1 汽提塔檢修

高壓汽提塔2713 根汽提管全部拆出并做阻力降試驗(yàn)，檢查結(jié)果與措施如下：

（1）汽提管外觀檢查。直管底座中段有沖刷痕跡，深度約0.5 mm；小孔直徑利用塞規(guī)測量增大0.2 mm，由2.2 mm 變?yōu)?.4 mm。結(jié)合阻力降試驗(yàn)及外表沖刷嚴(yán)重程度，對(duì)120 根汽提管以及全部2713 個(gè)密封環(huán)進(jìn)行更換（圖1）。

圖1 汽提管檢修情況

（2）抽檢汽提塔851 根換熱管進(jìn)行渦流探傷和渦流測厚，受末端效應(yīng)影響，被檢管子自管口至離管口50 mm 段為渦流檢測理論盲區(qū)，此部位換熱管段損傷無法有效評(píng)估，不在檢測評(píng)判范圍。受探頭結(jié)構(gòu)制約，U 形管段無法通過檢測探頭，該段不能有效評(píng)判。最終檢測結(jié)果為堵管0 根，列管平均壁厚2.48 mm，未見明顯沖刷腐蝕等現(xiàn)象。

（3）列管管口尺寸檢查?，F(xiàn)場抽查15 根，內(nèi)徑在（Φ27×1.6～Φ27×1.7）mm，根據(jù)數(shù)據(jù)分析，外管口有輕微減薄跡象?？蓞⒖糞tamicarbon 公司1 代Safurex 汽提管尺寸為Φ25×3 mm，專利商建議管壁減薄至1.50 mm 時(shí)，需進(jìn)行堵管處理。

2.2.2 高壓洗滌器檢修

內(nèi)件支撐板與錐形桶焊接處存在椎體、支撐腐蝕開裂現(xiàn)象。利用Safurex 焊絲對(duì)缺陷堆焊修復(fù)。修復(fù)后PT 檢測未發(fā)現(xiàn)裂紋等缺陷。見圖2。

圖2 腐蝕開裂與堆焊修復(fù)

2.2.3 池式反應(yīng)器檢修

（1）對(duì)池式反應(yīng)器10 個(gè)反應(yīng)室以及液位室的各連接件及內(nèi)件進(jìn)行全面檢查，發(fā)現(xiàn)并處理了20 余處沖刷減薄所導(dǎo)致的螺栓缺陷，消除了各反應(yīng)室介質(zhì)互竄、部分內(nèi)件脫落的風(fēng)險(xiǎn)。

（2）抽檢500 根換熱管進(jìn)行渦流探傷和渦流測厚，受末端效應(yīng)影響，被檢管子自管口至離管口50 mm 段為渦流檢測理論盲區(qū)，此部位換熱管段損傷無法有效評(píng)估，不在檢測評(píng)判范圍。最終檢測結(jié)果為無堵管，列管平均壁厚2.4 mm，未見明顯沖刷腐蝕等現(xiàn)象。

（3）分布器管線堵頭及部分管線表面存在不同程度的沖刷腐蝕（圖3），均未超過0.5 mm，此次不作修復(fù)。待下次檢查，對(duì)比兩次檢查結(jié)果決定是否需要修復(fù)。

圖3 分布器管線堵頭分及管線表面檢查

3 設(shè)備腐蝕特征

CO2汽提法生產(chǎn)尿素的工藝中，設(shè)備腐蝕是影響尿素生產(chǎn)的主要原因，而設(shè)備腐蝕則來源于尿素生產(chǎn)過程中的介質(zhì)，它們或與水發(fā)生反應(yīng)或相互反應(yīng)形成強(qiáng)烈的腐蝕性導(dǎo)致設(shè)備被破壞，其腐蝕的根本原理是生產(chǎn)過程中出現(xiàn)還原反應(yīng)，還原物質(zhì)的產(chǎn)生又進(jìn)一步使尿素的高壓設(shè)備中的電化學(xué)腐蝕加快，這類金屬腐蝕的腐蝕特征有[2]：

（1）晶間腐蝕：由甲銨溶液導(dǎo)致的一種腐蝕類型，腐蝕對(duì)象是含有不銹鋼的設(shè)備，甲銨溶液中含有硫化物和水，兩者含量增加對(duì)該溶液的腐蝕效果進(jìn)一步升高，而且生產(chǎn)過程中溫度的升高會(huì)導(dǎo)致設(shè)備中不銹鋼二次加熱，使碳化鉻在晶間析出，這種現(xiàn)象被稱為敏化態(tài)晶間腐蝕。對(duì)晶間腐蝕來說，其腐蝕結(jié)果無法從外觀看出，而是在內(nèi)部呈現(xiàn)，但是對(duì)于金屬的破壞非常嚴(yán)重，使其延展性與抗壓強(qiáng)度都有不同程度的降低。生產(chǎn)設(shè)備中的縫融合線、熱加工后未固熔的部件等，容易發(fā)生晶間腐蝕。

（2）選擇性腐蝕：與晶間腐蝕相同的地方是都由甲銨溶液導(dǎo)致的腐蝕類型，甲銨溶液選擇性的腐蝕雙相不銹鋼及其縫隙。雙相不銹鋼選擇性腐蝕一種是鐵素體相選擇性腐蝕，這種情況易發(fā)生在氧氣含量充足時(shí)；另一種是奧氏體相選擇性腐蝕，相應(yīng)的這種情況發(fā)生在氧氣含量缺少時(shí)，兩者都對(duì)設(shè)備造成損害。

（3）均勻腐蝕：一種由甲銨溶液引起的腐蝕類型，發(fā)生在160 ℃以上高溫并且氧氣含量不足或無氧時(shí)。發(fā)生均勻腐蝕時(shí)的特征是金屬表面光澤消失，金屬整體或大部分表面暗淡無光并且厚度減薄、手感粗糙，常發(fā)生在高壓圈與塔襯里。對(duì)于該腐蝕特點(diǎn)尤其是會(huì)使金屬厚度減薄的特點(diǎn)，需要格外注意設(shè)備或管道可能出現(xiàn)惡性事故，在設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)該考慮預(yù)防措施。

（4）其他腐蝕：坑蝕是因不銹鋼表面的氧化膜中的氧被置換掉而使設(shè)備穿孔的一種較危險(xiǎn)的腐蝕；應(yīng)力腐蝕主要是由氯離子導(dǎo)致的金屬腐蝕，其結(jié)果是致使設(shè)備出現(xiàn)裂紋；縫隙腐蝕是縫隙處因介質(zhì)滯留與氧氣缺失所導(dǎo)致的腐蝕類型；敏化反應(yīng)腐蝕則是因硫化物及水與不銹鋼發(fā)生敏化反應(yīng)，導(dǎo)致設(shè)備表面與內(nèi)部先后腐蝕的現(xiàn)象[3]。

4 腐蝕原因分析

分析CO2汽提法尿素生產(chǎn)過程中設(shè)備腐蝕的原因，首先需要考慮的是設(shè)計(jì)時(shí)材料的選擇，為確保安全生產(chǎn)，所選材料尤其是襯里材料必須是高級(jí)耐腐蝕材料，除了材料的因素則主要集中在：①開車鈍化處理，該處理是為了防腐蝕進(jìn)行的措施，可以使用雙氧水或純氧在不銹鋼表面形成鈍化膜，利用其致密性達(dá)到保護(hù)不銹鋼防腐蝕的目的，如果操作過程中的鈍化條件（即溫度、時(shí)間、氧氣量）沒有嚴(yán)格控制，容易導(dǎo)致鈍化膜不緊密易被破壞[4]；②停車封塔控制，鈍化膜需要依靠雙氧水或氧氣來形成，停車封塔期間中止氧的供給容易使鈍化膜受到破壞進(jìn)而導(dǎo)致均勻腐蝕，因此停車封塔的時(shí)間和次數(shù)都應(yīng)該受到控制；③尿素甲銨液中產(chǎn)生的氰酸根，氰酸根作為還原性極強(qiáng)的離子，對(duì)鈍化膜的破壞性很強(qiáng)，因此需要控制氨碳的比例，確保抑制氰酸根的產(chǎn)生，同時(shí)尿素甲銨液在水中還會(huì)產(chǎn)生氰氧酸根，腐蝕性也很強(qiáng)，因此水碳的比例也要控制[5]。除此之外，溫度、水中氯離子及設(shè)備制造過程中存在的部分質(zhì)量問題都是導(dǎo)致腐蝕現(xiàn)象發(fā)生的因素。

5 結(jié)束語

本文通過對(duì)尿素設(shè)備腐蝕機(jī)理的探索、設(shè)備腐蝕現(xiàn)狀和腐蝕原因分析，找出有效的防范措施及處理對(duì)策，以提高尿素高壓設(shè)備使用壽命與設(shè)備管理水平。