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尿素生产中高压设备腐蚀原因分析及预防

[日期:2012-04-13] 来源:《中氮肥》2012年第2期  作者:吕丙航,王俊凯,刘淑霞 [字体: ]

(河南晋开化工投资控股集团有限责任公司,河南 开封475002

 

[中图分类号] TQ 44141[文献标识码]B[文章编号]1004-9932201202-0058-02

 

我公司有2160 kt/a尿素生产装置,均采用CO2汽提工艺。2套装置共用1座造粒塔,分别于20076月和20103月投产。装置的核心是高压系统,保证高压设备安全运行至关重要,高压系统设备如发生腐蚀(伴随此情况会出现尿素成品Ni含量超标),将对整个系统安全运行带来严重影响。以下是笔者总结多年的经验,对造成尿素高压系统设备腐蚀的原因进行分析,并提出相应的防范措施,期望能起到抛砖引玉的作用。

1 造成设备腐蚀的原因分析

1.1 介质温度

介质温度对设备腐蚀的影响十分显著。高温高压下尿素对设备的腐蚀是由于尿素异构化产生氰酸铵,氰酸铵又分解成游离氰酸引起的;高温高压下甲铵对设备的腐蚀是由于电化学腐蚀和水解产生的游离碳酸引起的。电化学腐蚀随温度升高而加剧;化学腐蚀的速度随温度升高而加快;温度升高引起氧在尿素-甲铵液中的溶解度降低,金属表面的的钝化膜不易维持,导致腐蚀加剧。对CO2汽提工艺来说,高压系统的温度不能高于185 ℃,否则腐蚀速度将成倍增加。设备的腐蚀程度可根据尿素成品中镍含量的高低来判断,指标为0.3×10-6,高于0.3×10-6则说明设备的腐蚀异常,应及时查找原因并处理。

1.2 系统氨碳比

系统氨碳比升高,有利于减缓设备的腐蚀。这是因为氨碳比升高,系统pH升高,酸性降低,根据化学反应平衡原理,可以抑制具有强烈腐蚀作用的氰酸和氰酸铵的生成。

关于高氨碳比可以减缓设备腐蚀这一观点,在氨汽提和CO2汽提2种不同的工艺对比中也可以得到证实。氨汽提工艺设计氨碳比为3.56,实际操作控制在3.8左右;CO2汽提工艺设计的氨碳比为2.89,实际控制在3.1~3.22种工艺的操作温度相同,塔顶温度都不超过185 ℃,但正常运行时,CO2汽提工艺设备的腐蚀速率一般比氨汽提工艺的腐蚀速率高;停车封塔时,CO2汽提工艺封塔时间一般不超过24 h,而氨汽提工艺一般不超过48 h

1.3 甲铵液浓度

甲铵液浓度愈高,对设备的腐蚀性愈强。这是由于甲铵液浓度较高时,物料中具有强还原性的COONH2-数量相对增多,使金属表面钝化膜不断地被破坏,从而增加设备金属的腐蚀程度。

在尿素生产过程中,装置中的高、中、低压系统设备材质的选用等级为由高到低排序,这除了受各系统操作温度的影响外,也与各系统甲铵液的浓度变化有较大关系。高压系统使用的不锈钢材料主要是316LMOD,低压系统使用的不锈钢材料主要是316L,水解解吸和蒸发系统使用的不锈钢材料则为304L

1.4 系统加氧量

系统的氧含量是金属钝化膜形成的关键。CO2汽提工艺进系统氧含量必须大于0.8%,如果系统中氧的浓度低于形成钝化膜所需的最低浓度时,氧化膜将被破坏,设备表面金属进入活化状态,腐蚀加速。

CO2汽提工艺尿素装置在原始开车时的升温钝化非常关键,这是因为虽然高压系统的合成塔、

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