云南解化尿素二段蒸发器腐蚀原因及优化改造

云南解化集团有限公司尿素生产工艺采用水溶液全循环法，经合成、分离、蒸发、造粒等工序生产出成品尿素。在蒸发过程中，二段蒸发器采用单流型膜式蒸发器，由长的列管式换热器和分离器组成。在蒸发设备的运行中，二段蒸发加热器出口管至二段蒸发分离器进口管之间的管道处及二段蒸发分离器入口旋风切线方向的器壁容易发生腐蚀泄漏，系统漏入空气，造成二段真空度难以控制在指标以内，影响成品质量，严重时造成二段蒸发加热器及二段蒸发分离器报废。二段蒸发加热器1 a左右需更换1台；二段蒸发分离器使用2 a左右，其入口旋风切线方向的器壁就被冲刷得很薄，需进行挖补修复，3 a左右需整台更换。

二段蒸发加热器及二段蒸发分离器最容易发生腐蚀的部位依次为：二段蒸发加热器上部列管、加热器出口弯头，二段蒸发分离器天方地圆变径管、入口旋风切线方向的器壁及下液管等处。为了提高成品质量，解决二段蒸发加热器及分离器的腐蚀问题，我们对二段蒸发器腐蚀的主要原因进行了分析。

1.磨蚀金属表面同时受到流体介质的磨蚀和腐蚀而产生破坏的一种形态。在二段蒸发加热器列管上部，管内流体介质速度很高，接近湍流，而产生湍流腐蚀，所以，在这段距离内列管的腐蚀速度远远大于其他部位。由于二段蒸发加热器采用快速升膜加热器，因此，在各种腐蚀因素中，磨蚀应该是重要因素。

2.冲刷腐蚀高速流体对弯头、三通等产生机械冲刷作用，会破坏不锈钢或钛表面钝化膜，并妨碍其再钝化，因而腐蚀速率明显增加。

3.操作控制因素造成腐蚀主要是指温度和压力的变化使操作曲线进入Ur-H2O平衡相图的结晶区，产生结晶析出，部分结晶尿素在高速流体的带动下，对二段蒸发加热器、天方地圆变径管道和旋风分离器下液管都会造成严重的磨蚀与冲刷腐蚀。

       针对以上原因分析，对二段蒸发加热器及分离器进行了优化改造。

设备方面

1.由于升膜加热器为列管式加热器，可以根据加热器的使用情况和周期，有计划地将加热器进行调头使用，以延长加热器的使用寿命。

2.由于二段蒸发加热器的腐蚀主要发生在管子与管板连接的环焊缝及管口附近，流体在加热器上部列管中的流速基本处于亚音速的高速状态。因此，在制造设备时可以将列管高出上管板一段距离，将湍流区提高。原设计列管伸出管板按GB151-89《钢制管壳式换热器》规定为2 mm，这种结构在特定环境下极易对焊缝造成冲刷腐蚀、冲击腐蚀和缝隙腐蚀。为此，我们将列管设计伸出上管板40 mm，伸出下管板10 mm。这种特殊的结构设计可减轻或削弱冲刷、冲击和缝隙腐蚀带来的缺陷，流体对原管板的冲击直接作用在高出上管板的列管段，从而延长加热器的使用寿命。

       3.由于二段蒸发加热器上部流体以接近于亚音速的速度通过二段蒸发加热器出口弯头、二段蒸发分离器入口天方地圆异径管及入口切线方向的器壁，对这些部位的冲刷特别严重。这些部位经常发生泄漏，影响产品质量。为此，将二段蒸发加热器出口弯头改为三通形式，让进入二段分离器的高速流体有一个缓冲的空间，减少对二段蒸发分离器入口天方地圆异径管及入口切线方向的器壁的冲刷腐蚀，延长设备的使用寿命。

操作控制方面

主要针对尿素溶液具有双沸点的特性和两段真空蒸发的工艺特点，从自动控制和人工操作两方面进行了优化。

1.对蒸发系统使用的低压蒸汽压力进行稳压调整，降低蒸汽压力的大幅度波动对蒸发系统的影响。

2.调整蒸发温度控制的参数，提高蒸发温度控制体系的灵敏性，保证二段蒸发温度的相对稳定。

3.对操作控制人员加强理论和实践操作培训。要求操作控制人员掌握尿素蒸发工序的生产原理，尽量减少或避免操作曲线进入结晶区，以减轻这一过程对系统的磨蚀，同时确保产品质量的稳定。