尿素装置压力容器腐蚀的概况

尿素生产过程中, 在高温、高压环境下, 液氨、 CO2 、尿液、氨水、冷凝液和蒸汽等都会对设备产生腐蚀作用, 但主要设备的腐蚀作用是尿素甲铵液对设备产生腐蚀。



尿素合成塔(尿塔) 是尿素生产中的关键设备, 尿素合成介质具有良好的导电性, 对金属的腐蚀为电化学腐蚀过程。目前用于尿素设备的不锈钢、钛、锆等耐蚀材料均为钝化型合金, 其腐蚀的电化学行为与在无机酸中相似。甲铵预热器和甲铵分离器, 所选用的耐蚀材料一般都能满足耐蚀性要求。

尿素生产装置的腐蚀包括了全面腐蚀、局部腐蚀的孔蚀、电偶腐蚀、缝隙腐蚀、选择性腐蚀、应力腐蚀、腐蚀疲劳、冲刷腐蚀和空泡腐蚀等各种电化学腐蚀类型。尿素生产过程中, 在高温和高压情况下接触尿素甲铵溶液的设备见表5-18。
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尿素生产过程中的中间产物尿素甲铵溶液在高温高压情况下, 其腐蚀性很强, 在不加氧的情况下, 不锈钢并不耐甲铵溶液的腐蚀。尿素甲铵溶液的腐蚀机理有以下几种解释。

①氨基甲酸根的腐蚀氨基甲酸铵在水中离解出氨基甲酸根(COONH2- ) 呈还原性,能阻止金属表面氧化膜的生成, 使金属产生活化腐蚀。

②氰氧酸根的腐蚀尿素甲铵液的腐蚀是由于在高温高压条件下尿素会产生同素异构物氰氧酸根, 例如在100℃时可有5% 的尿素转化为氰氧酸铵。氰氧酸根有强烈的还原性,使钝化型金属不易形成钝化膜而产生活化腐蚀。

③氨络合作用引起的腐蚀有人研究了S31603 不锈钢在尿塔气相介质中的腐蚀。不锈钢表面的氧化物被氨络合并溶解到氨液中, 同时被水离解金属表面。这样形成络合、溶解、离解的循环过程, 造成了金属的腐蚀。



在不锈钢被氨络合和溶解过程中, 表面氧化膜的溶解次序为: 氧化镍—氧化铬—氧化铁—氧化钼(氧化钼完全不络合) 。


④形成羰基物有人认为, 不锈钢在尿素甲铵溶液中的腐蚀是由于金属与介质发生了羰基化反应, 生成了金属羰基物。镍和不锈钢中的镍容易生成Ni(CO)4 , 所以镍最不耐蚀。

⑤ HCO3- 的作用有人根据NH4+ 浓度和HCO3- 浓度对S31603 不锈钢阴极电流密度影响试验结果, 发现阴极电流只随HCO3- 浓度的增加而增加.

人们也采用模拟实际生产的试验装置, 进行电化学测试。结果发现, 加入溶液中的氧对降低不锈钢的腐蚀速度起着重要的作用, 氧使不锈钢的腐蚀电位升高, 但仅当氧含量高于某一临界值时, 才能对不锈钢起到保护作用。



对于不同尿素生产工艺腐蚀特性有一定的差别, 则起钝化作用的氧含量( 临界值) 也不一样; 过高的氧含量对生产工艺带来不利的影响。



尿塔的腐蚀与防护是一个比较复杂的问题, 除了与操作人员、管理人员的责任心、操作水平有密切相关外, 还与合成塔本身的材料、设计结构、制造质量、安装及维护等相关联。



只有严格按照操作规程, 执行工艺指标, 定期对尿塔的检测与维护, 才能确保尿塔的安全,稳定, 长周期运行。


尿素装置中, 尽管氨水和尿液对碳钢的腐蚀性较强, 但现在与它们接触的设备材质都为不锈钢或非金属材料, 所以这些设备的腐蚀问题并不多见。

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