2.参评论文--尿素合成塔衬里腐蚀原因分析及修复曹金鑫

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1、参评论文题目：尿素合成塔衬里腐蚀原因分析与修复姓名：曹金鑫完成时间：2008年12月尿素合成塔衬里腐蚀原因分析与修复曹金鑫卢荔民（中海石油化学股份有限公司，海南东方，572600）摘要分析了氨汽提法尿素生产工艺中尿素合成塔不锈钢衬里腐蚀的机理，重点阐述了不锈钢衬里的修复措施。关键词尿素合成塔衬里腐蚀原因修复措施尿素合成塔是尿素生产装置中的核心设备之一，不仅体积庞大、投资昂贵，而且工作条件苛刻，属高温、高压、强腐蚀性介质反应容器，在运行中极易产生缺陷。合成塔衬里的维护与检修是保证其安稳运行的重要措施。因此，研究合成塔衬里的腐蚀机理和修复措施具有重要的意义。

2、1.尿素合成塔的基本情况1.1设备设计制造情况中海石油化学股份有限公司一期尿素装置采用SNAM氨汽提工艺，设计产能1765t/a。其尿素合成塔（R101）为立式圆筒形结构，筒体内径2150mm。塔顶部开有内径为Φ500mm的人孔，原设计塔内安装12层筛板；筛板由焊在塔壁衬里上的筛板支架支撑，并用螺栓固定。塔内上部设有中心出液管，反应后的尿素混合液体经过中心出液管从中部离开合成塔，进入氨汽提塔。合成塔正常液位在中心出液管口之上，因此在塔上部有少量气相区存在。合成塔外筒材质为碳钢，内壁衬有7mm厚的316LMOD型不锈钢板，与尿液接触的其他内件材质为316L

3、MOD或00Cr25Ni22Mo2型不锈钢。塔壁衬里和衬里焊缝设有检漏装置。1.2设备主要技术特性尿素合成塔主要技术特性如表1所示。表1尿素合成塔主要技术特性技术参数数值部位规格材质设备型式筛板塔壳体A737GRC内径（mm）2150封头R1095.5×59.5A737GRC设计温度（℃）210衬里壳体7mm，封头8mmA240TP316LMOD工作温度（℃）188塔盘筛板Ф2135×5A240TP316LMOD设计压力（MPaG）16.7人孔螺栓/母M64×4A193B7/1942H工作压力（MPaG）15.5人孔密封TEFLON＋ALLUMI

4、NIO工作介质NH3、CO2、甲铵液等人孔法兰Ф840×（160＋8）A508CL3/A240TP316L（MOD）1.3设备历年大修改造情况2001年4月，原设计￠168×5中心出液管（材质A182F316LUG有缝钢管）纵缝腐蚀开裂，开停车时因震动造成该管从第七层塔盘处断开，临时用规格为￠159×5的国产0Gr18Ni9Ti无缝钢管替换；2004年12月，将临时管替换为由SANDVIK生产的3R60UG无缝不锈钢管。2004年12月，由于原筛板腐蚀减薄，采用Casale高效塔盘进行改造，并将原设计12层增加到14层。2005年12月，为方便巡检和集

5、中管理，对合成塔100根检漏管（其中在合成塔顶部圆弧处的12根，塔直筒壁处的88根）进行改造，将其分别集中引至第四层和第一层平台。2.衬里及内件的缺陷情况及原因分析2.1衬里及内件的缺陷情况该塔于96年10月投用，运行12年后，在08年1月大修期间，对合成塔进行了全面的检查。2.2.1宏观检查情况1）衬里母材均匀腐蚀，如图1所示，从上到下粗糙度逐渐减小，颜色逐渐变浅（上部为灰褐色，中部为土黄色，下部还可见金属光泽）。图1衬里颜色及粗糙度对比2）上封头气相区衬里结垢，如图2所示（图中上部为垢区）；3）内部衬里焊缝出现刀口腐蚀，如图3所示。其中第11层至14

6、层（从下往上数，最上面一层塔盘为第14层）最为严重，10层以下刀口腐蚀较少；图2上封头结垢图3衬里刀口腐蚀缺陷4）第14层衬里上面一条环焊缝全面腐蚀疏松（该焊缝处于气相区）；5）中部塔盘支撑架与衬里连接焊缝多处出现腐蚀性孔洞（深1~3mm，直径2~6mm）；6)衬里及衬里焊缝局部有针孔腐蚀；7)塔盘、中心出液管、CO2进气管、NH3进液管等内件基本正常，无明显缺陷。2.2.2其它检测情况人孔开盖后，相关人员对合成塔内部进行了全面检测，内容包括：1）铁素体含量检测。对衬里及衬里焊缝作了铁素体含量检测，其值小于SNAM对尿素装置奥氏体钢的规范要求（≤0.6%

7、）；2）对塔底封头衬里焊缝、入塔管及中心管与筒体连接焊缝堆焊衬里进行着色检查，未发现缺陷；3）对衬里、中心出液管进行定点测厚，衬里最小壁厚为5.9mm，平均6.9mm。2.2腐蚀原因分析在高温高压的条件下，氨、二氧化碳及中间产物甲铵的混合溶液具有强烈的腐蚀性。尽管国内外对尿素合成塔不锈钢衬里的腐蚀机理存在几种不同的解释，但中间产物甲铵对衬里腐蚀的主导影响是毋庸置疑的。2.2.1全面腐蚀Cr-Ni不锈钢具有钝化特性。在尿素合成塔的混合介质作用下，不锈钢衬里的化学溶解和钝化膜的生长是一个动态平衡过程。在缺氧的情况下，金属的腐蚀率随着介质氧化能力的增大而不断增

8、大，即通常所说的活化区。但当通入适量氧的时候，腐蚀率就会突然下降，进入钝化状态。