氨汽提塔的腐蚀与防护

氨汽提塔的[wiki]腐蚀[/wiki]与防护

在尿素生产中，最主要的腐蚀介质是温度与压力较高的尿素甲铵溶液，其对[wiki]设备[/wiki]的腐蚀问题长期以来一直困扰着尿素工业的发展，20世纪80年代以来，我国引进的大型尿素装置中(300 kt／a合成氨加工成520 kt／a尿素装置)，多数采用Snam公司的氨汽提技术，主要设备选用Ti及Ti衬里技术设备，从近年以来的工艺运行状况来看，氨汽提工艺可靠，能耗较低，但汽提塔的腐蚀问题比较严重，一直困扰着生产装置的长周期稳定运行。
1 氨汽提塔
1．1 氨汽提塔的工艺参数
     在尿素生产中，汽提塔的作用是将来自合成塔的尿素溶液中大量未能转化的原料分解出来，经冷凝回收再循环送回尿素合成塔中，一般引进意大利Snam公司的氨汽提尿素生产装置中，氨汽提塔的工艺参数如表1所示。
  
     汽提塔为一降膜式热交换器，管程中的物料为尿素、氨、CO 、甲氨和水，在高温下对设备的腐蚀较为严重，其中二氧化碳的腐蚀是由于它在水溶液中形成的碳酸所致。尿素甲铵溶液的腐蚀是由于在高温高压下，尿素产生同素异构体氰氧酸铵，在有水存在时，氰氧酸铵可离解产生氰氧酸根，而氰氧酸根(CNO一)具有强还原性，使钝化金腐不易形成钝化膜而产生严重的活化腐蚀，特别是在温度升高时，CNO一对金属的腐蚀作用明显加剧。
1．2 氨汽提塔的材质
    意大利Snam公司的氨汽提塔其换热管和内衬均用Ti材，内部构件的材质为25—22—2CrNiMo。管板耐蚀层表面有一层保护涂层，该涂层对设备衬里及列管角焊缝起到保护作用。Ti材在高温的尿素甲铵溶液中具有良好的抗腐蚀性，尿素甲铵溶液在设备管道中的流速超过某一临界值，流体出现涡流流动或有杂质出现时，介质的[wiki]机械[/wiki]冲刷作用破坏了Ti的表面钝化膜并妨碍其再钝化，使金属处于没有表面膜或表面膜不完善的状态，其腐蚀速率就明显加快，经过几年的工艺运行，在年度大修中发现管箱换热器端部冲刷腐蚀严重，管壁变薄，30多根管头已经穿孔，管板衬里保护层脱落，管箱壁厚减薄，已导致设备存在严重的隐患。
    针对汽提塔上述的腐蚀情况，采取了以下方面的防腐蚀措施。
2氨汽提塔防腐措施
2．1 使用复合金属管
    为 了寻找比钛材更耐腐蚀，同时加工更加方便的汽提塔管材，而且不增加设备的投资费用，意大利Snam公司研制出25—22—2CrNiMo一锆复合金属管。它是由两种管子组合而成，外管材料是6 i ：2mm的25—22—2CrNiMo，内管材料是δmin=7 mm的锆，利用冷拔工技术使这两层管子粘结在一起，锆的使用温度高达230℃，在200℃以下其耐蚀性能高出钛约一个数量级。采用复合金属管的汽提塔在运
行13 000 h后，用涡流方法检查，去发现有腐蚀现象，设备的运行情况良好。
2．2 调整工艺操作
一般在合成尿素的工艺内，提高尿素合成的温度可以提高尿素合成反应的转化率，但是Ti材的使用温度一般不宜超过205～210 ℃，若温度超过上述范围，则会使腐蚀速率明显加快。因此，控制尿素生产中的工艺温度是控制腐蚀的有效手段。来自合成塔的物料在进入汽提塔之后，壳程的蒸汽压力应控制在1．1～1．2 MPa之内，每10 min提高0．1 MPa，温度应控制在210℃以下。当液位高达满液时，放液应缓慢进行，慢慢地打开液位控制阀，向系统内放料，不要将汽提塔的液位放空，投料负荷应控制在50％左右，加负荷时一定要缓慢地进行，以免对氨汽提塔造成较大的流体冲刷与冲击，从而引起磨蚀进而导致深层次的腐蚀。
    另外，在汽提塔中加入过量的氨可以部分中和尿素甲铵溶液的酸性，提高pH值，抑制腐蚀性很强的氰氧酸根的产生，减轻因水的存在而引起的腐蚀。另外，在二氧化碳中加入氧也是控制腐蚀的重要因素，加氧后可以改变介质的强还原性，使其呈现较强的氧化性，在Ti的表面形成稳定的氧化膜。加氧量达到某一临界值(对Ti材约为3×10(-6)，即3 ppm)以上，其腐蚀速度可以降到允许的稳定值。
3结束语
    目前，对于尿素装置中腐蚀条件最为苛刻的高温高压汽提塔的防腐蚀方法仍在进一步的探讨之中，但至今，仍未完全找到可以全面控制尿素高温高压汽提塔腐蚀的根本方法。