尿素合成塔腐蚀及应对措施

发表时间:2021/4/14   来源:《中国科技信息》2021年4月   作者:刘瑞 樊会会 杨雪娇
[导读] 尿素作为一种非常重要的化学氮肥在生产当中被广泛使用,一般情况下,是通过氨气以及二氧化碳通过相关的操作手法在高温及高压的情况下进行合成而产生的。尿素合成塔是进行尿素合成的过程中使用的装置,其实际进行运行的情况和尿素生产是否安全以及长效息息相关。

新疆乌鲁木齐市兖矿新疆煤化工有限公司 刘瑞 樊会会 杨雪娇   830000

摘要:尿素作为一种非常重要的化学氮肥在生产当中被广泛使用,一般情况下,是通过氨气以及二氧化碳通过相关的操作手法在高温及高压的情况下进行合成而产生的。尿素合成塔是进行尿素合成的过程中使用的装置,其实际进行运行的情况和尿素生产是否安全以及长效息息相关。
关键词:尿素合成塔;腐蚀;应对措施
        引言
        尿素是一种化学氮肥,通常是由氨气及二氧化碳在高温及高压的条件下合成的。而尿素合成塔作为一种尿素的合成装置,其运行状况对尿素的安全、长效生产会产生比较大的影响。当尿素合成塔腐蚀情况严重时,有可能造成装置的泄露,严重情况下可能导致尿素的停产甚至员工伤亡情况,为企业带来损失,也会影响员工的人身安全。因此,有效的防腐蚀措施,是尿素安全生产的必要条件。
        1尿素合成塔腐蚀情况概述
        尿素是一种含氮量非常高的化学氮肥,并且化学性质呈中性,在农林业中的使用量较大。目前人工合成尿素的过程主要是在尿素合成塔中完成的。尿素合成塔由于种种原因容易遭受腐蚀,因此探究尿素合成塔腐蚀的原因集预防措施非常的重要。随着化工技术的发展后来出现了更多人工合成尿素的方法。高温高压下进行,二氧化碳、液氨提供,是生成尿素的关键设备,尿素合成塔的运行中,腐蚀防护问题一直是技术应用中需要重视的课题。尿素合成塔的腐蚀过程中有其产生原因,工艺介质、温度等均为导致腐蚀的因素。应从防腐蚀控制措施,技术升级应用方面展开相应的分析,针对工艺指标、温度控制等措施进行论证。尿素合成塔的腐蚀一般分为局部腐蚀和均匀腐蚀两种。均匀腐蚀表现为合成塔内部衬底出现腐蚀,从衬底材料表面开始到焊缝连接部位,会呈现均匀性腐蚀,逐渐发生大面积的质量损失,腐蚀表现是明显的,但是相对来说危险性较小。局部腐蚀表现为某些区域出现不均匀腐蚀,尤其是在塔顶封头、环焊带等部分,腐蚀表现为深度不均匀和分布不均匀,整个设备可以正常运行,但是有局部破裂和窗口现象,容易带来安全隐患,导致严重事故发生危险性较大。尿素合成塔运行一段时间之后进行腐蚀情况的检查,如针孔、夹渣、裂缝等,应做好及时的处理,以防止出现致命的危险。
        2尿素合成塔的腐蚀原因分析
        2.1工艺介质影响下的合成塔腐蚀情况
        在高温、高压的条件下,尿素合成塔内的氨气(NH3)及二氧化碳(CO2)在合成尿素(CO(NH2)2)的同时,也会产生氨基甲胺,这种物质受到温度与气压的影响,具有高腐蚀的特性。同时,尿素生产过程中,也会产生氰酸及氰酸铵,这两种物质会同水发生化学反应,产生氰酸根(O→C≡N),高还原的氰酸根,会同尿素合成塔内部的氧化表面产生化学反应,腐蚀尿素合成塔。
        2.2温度变化影响下的合成塔腐蚀情况
        在温度变化的影响下,化学介质会对尿素合成塔内部的不锈钢表面产生不同程度的影响。在尿素生产企业中,合成塔内部衬里材料为316L,其应用较为广泛,这种合成塔内部温度降低时,其不锈钢表面会产生钝化反应,这时化学介质的腐蚀会放慢;当合成塔内部温度上升至190℃以上时,其内部的氧含量会急剧下降,化学介质的腐蚀性大幅度增强。
        2.3氧含量浓度变化影响下的合成塔腐蚀情况
        对于尿素合成塔而言,其内部的氧含量变化会在一定程度上影响设备内部表面的抗腐蚀性。当氧含量不足时,就不易产生防腐蚀效果较好的钝化膜,在化学介质的腐蚀下,尿素合成塔内部的氧化膜会很快地被腐蚀掉;当氧含量足够时,氨气与二氧化碳在一定条件下产生的氨基甲胺会加速产生还原反应,改变合成塔内部溶液的性质,合成塔内部的氧化反应增强,会降低化学介质对于合成塔设备内部的腐蚀作用。



        2.4硫化物影响下的合成塔腐蚀情况
        尿素的合成需要氨气与二氧化碳,而二氧化碳中具有一定的硫化物含量,包括有机硫化物及无机硫化物,这些硫化物具备一定的还原性,在一定的条件下,硫化物在尿素合成塔内部会同其他化学介质产生氧化还原反应。例如,有机硫在尿素合成塔内部,同水发生水解反应,产生硫化氢与二氧化碳,即COS+H2O=H2S+CO2。硫化氢在尿素合成塔中,同水发生化学反应,会加速合成塔的腐蚀效果。
        3尿素合成塔腐蚀的预防措施
        3.1焊缝、堆焊层及母材缺陷的修复
        针对一些腐蚀坑及针孔等缺陷,需要通过风动砂轮来进行打磨,把表面的杂质去除,导致把金属光泽露出来为止,对于一些深度小于2毫米的表面光滑腐蚀部位,可以不进行具体的处理,焊接的过程中需要通过手工焊电焊的方式来进行,焊条一般选用25-22-2m的规格,在焊完之后需要测定铁素体,做好渗透检测的工作,在焊接之后表面不能出现裂缝等缺陷。
        2.2人孔密封面的修复
        如果出现入孔密封面缝隙腐蚀比较深的情况,一定要注意加强打磨,让缺陷消除,接着通过丙酮进行清洗,通过亚弧焊的对焊,在补焊的部位两侧需要加0.05毫米的不锈钢皮来进行保护,对焊的部位一定要比原密封面高一到两个毫米,焊成的位置需要做好渗透检测的工作,补焊之后首先需要通过风动砂轮来进行粗磨,接着使用油石来进行精研,不断通过红丹粉着色来对平整情况进行检查,直到达到具体的要求。
        2.3衬里拆除及修复
        一般情况下在对旧衬里拆除的时候,经常需要通过碳弧气刨的使用,碳糊在穿透衬里的时候,容易把碳钢基层伤到,导致基层出现一些裂缝,这个时候就需要使用边渗透检测边打磨的手段把裂缝消除掉,尽管这样依旧会给设备造成一定的安全隐患,衬里的渗透检测合格之后,还要做好中间焊机盖面焊的工作,焊接工作完成之后,要测定铁素体,只有合格之后才进行表面的酸洗钝化,如果有必要还要做好氨渗漏的检查工作。
        2.4做好安全管理措施
        首先在设备运行的过程中,一定要做好巡检的工作,制定相关的方案,每周进行一次检查,判断检漏孔是否处于畅通的状态,并做好相关的记录,其次,需要对尿素合成塔的温度进行严格控制,确保温度处于190摄氏度以下,高温系统当中压力需要进行控制,一般情况下控制在15.2兆帕以下,并且把摊氨碳比适当提高,控制在3.3到3.5之间,并且把水碳比降低,接着需要对要素合成塔的尿素当中铁镍的含量进行检查,控制的标准一般情况下是铁需要小于等于0.6×10-6。你也需要小于等于0.2×10-6,最后还需要注意封塔的时间,一般情况下需要控制在24个小时之内,封塔之后开车的运行时间没有超过八小时的,还要再次封塔的时间不能达到12小时。
        结语
        尿素合成塔是化工企业生产尿素的关键设备,设计存在不足就会造成运行中出现严重腐蚀,因此,从设备的设计到安装、运行,应加大对设备的管理力度,认真做好合成塔的装置设计、装置改造、操作优化等工作,结合理论和实际运行,考察温度分布情况,运用化工热力学、化工流体力学、化学反应工程、化学放引起理论、尿素合成理论等,对于影响尿素合成塔安全稳定运行的因素加以分析和判断,提高物料的纯净程度,做好气体液体混合技术应用,科学设置物料停留时间等,方能保证塔内游离物质得到有效控制,提高尿素产量,降低能耗,增加效益。
参考文献
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[2]李艳柔.对于尿素合成塔腐蚀原因及预防的研究[J].中国化工贸易,2019,11(17):203.
[3]彭刚.尿素合成塔衬里腐蚀分析与防护措施[J].云南化工,2020,44(11):59-60,87.

 

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