合成塔的腐蚀与检验分析

摘　要：本文结合合成塔生产工艺的特点，介绍了合成塔的主要腐蚀形式和腐蚀机理，详细论述了合成塔的检测检修方法,加强腐蚀监测、检测。

关键词：合成塔　腐蚀　检查

合成塔是尿素生产的关键设备之一，是供二氧化碳、液氨在高温高压下反应合成尿素的主体设备。尿素合成塔长期处于高温、高压和强腐蚀介质工况中，会产生多种腐蚀缺陷，缺陷严重时危及生产和安全，造成不必要的经济损失，因此对尿素合成塔进行定期腐蚀检查和维护检修至关重要。合成尿素的原料NH3 和CO2，及成品尿素单独存在对不锈钢没有明显的腐蚀，但尿素合成反应中尿液的腐蚀性却很强，腐蚀类型主要为电化学腐蚀。首先反应的中间物氨基甲酸胺具有强腐蚀性。其次在高温高压下，尿素及其同分异构体氰氧酸铵具有互变反应，氰氧酸铵在水中离解产生强还原性的氰氧酸根 (CNO-)，这种产物对不锈钢表面的钝化膜具有极强的破坏性，腐蚀性很强。不锈钢在不通氧情况下，在尿液中属于活化腐蚀，但在通氧的条件下，表面生成一层钝化膜，把母材和介质隔离，变为钝化腐蚀。而 CNO-离子破坏钝化膜，将钝化腐蚀变为活化腐蚀，腐蚀速度成倍上升，加快了衬里的腐蚀。尿素合成塔衬里的腐蚀基本遵循上述腐蚀机理[1]。

一、材料腐蚀

尿素生产中的介质有液氨、氨水、二氧化碳、尿素溶液、水、蒸汽、碳酸铵溶液、氨基甲酸铵溶液和尿素甲铵溶液。其中腐蚀性最强的介质是高温高（中）压下的甲铵液和尿素甲铵液[2]。它们对材料的腐蚀有以下几种：

1.面腐蚀

表现为整个金属表面失去金属光泽，变的粗糙而均匀减薄。尿素甲铵液是造成全面腐蚀的根本原因。金属材料在尿素甲铵液中的腐蚀速率，与材料表面形成的钝化膜的质量和溶液中的溶解氧含量有着密切的关系。在正常情况下尿素合成塔内衬、内件的腐蚀过程是材料表面钝化膜不断腐蚀消耗及在溶液中溶解氧的作用下新鲜金属表面形成新的钝化膜的过程，这个过程的结果是内衬、内件厚度的全面减薄。

2.晶间腐蚀

尿素甲铵溶液对不锈钢具有很强的晶间腐蚀能力。溶液中硫化物和水含量增加会加剧晶间腐蚀的程度。

3.选择性腐蚀

尿素甲铵溶液对双相钢具有较强的选择性腐蚀能力。既能产生奥氏体选择性腐蚀，又能产生铁素体选择性腐蚀。通常尿素甲铵溶液中氧含量的多少与双相钢发生何种选择性腐蚀有关。在合成塔正常加氧时，介质氧化性较强，容易产生铁素体选择性腐蚀，当合成塔因停车保压而液相缺氧时,容易产生奥氏体选择性腐蚀[3]。

4.应力腐蚀破裂

金属在腐蚀和拉应力共同作用下会产生应力腐蚀破裂。尿素甲铵液中或冷却水中存在氯离子对不锈钢在一定条件下会大大提高应力腐蚀破裂的敏感性。为避免发生应力腐蚀破裂事故，对采用蒸汽检漏的尿素合成塔应严格控制氯离子进入检漏空间；尿素甲铵液，应严格控制氯离子含量。

5.疲劳破裂

在交变应力和腐蚀介质的共同作用下会引起不锈钢材料的腐蚀疲劳破裂。例如：振动的高压不锈钢管道，液体进出口处，分布器的大腿焊缝等均易产生腐蚀疲劳破裂。

6.磨蚀

这是金属表面同时受到流体介质的磨损和腐蚀而产生破坏的一种形态。它包括湍流腐蚀、冲击腐蚀、空泡腐蚀和磨振腐蚀等。各种尿素工艺流程中，从高压到中压的高压差减压阀，改良C法尿素合成塔顶部出口衬钛管道等均存在严重的冲刷腐蚀。

7.缝隙腐蚀

在缝隙处的介质由于其滞留或是死区，因腐蚀作用消耗了其中的氧，使缝隙处成为缺氧区，缺氧加速了腐蚀速度。例如尿素设备中螺栓与螺帽之间，塔板与筒体壁之间，法兰连接面处等。

8.孔蚀

针孔腐蚀是尿素合成塔腐蚀缺陷中危害较严重的缺陷，一般发生在焊接金属部位，如衬里环纵焊缝、带级堆焊层、焊接飞溅等部位。孔蚀直径可以从零点几毫米到数毫米，有的孔蚀一旦形成，发展速度很快，可以在较短时间内造成腐蚀穿孔泄露。介质中含有硫化物或氯离子，吸附在滞留区的金属钝化膜表面，取代表面吸附的氧，产生可溶性金属化合物，破坏了钝化膜。孔蚀的发生部位一般在：(a)不锈钢中的夹杂物和析出相部位；(b)焊缝表面和近表面气孔（皮下气孔）。

9.晶间腐蚀

端晶腐蚀发生在不锈钢端面，如塔盘板端面、塔盘座耳端面等部位，是晶间腐蚀的一种形式。

二、尿素合成塔的检验

对尿素合成塔进行以下三种检验：外部检查、内外部检验、非定期检验。

每年至少一次，主要由使用单位进行，其项目如下：保温是否完好。检漏系统和法兰密封，壳体有无泄漏；基础有无下沉、开裂、倾斜，紧固螺栓是否完好。设备运行是否稳定。对有关工艺仪表进行检查。

内外部检验即定期检验，每隔三年至少一次，由法定检验单位，根据有关规程进行，我们设定了如下检验项目及检验重点：

1.外部检漏系统的检验—所有检漏孔必须畅通，才能确保一旦衬里蚀穿漏液时及时处理，便碳钢壳体不受腐蚀。

2.外表面碳钢壳体检验—宏观检查壳体焊缝，重点部位为封头与筒体连接主环焊缝，入孔接管焊缝,筒体纵、环焊缝等，必要时进行表面探伤及超声波探伤。对发生过衬里泄漏的壳体部位进行详细检查。

3.设备支承的检验—检查基础有无下沉、开裂、倾斜，紧固螺栓是否完好至关重要；

4.设备内表面的宏观腐蚀检查—用肉眼和5~10倍的放大镜对所有与腐蚀介质接触的衬里内表面进行检查。重点检查所有环焊缝、纵焊缝、接管焊缝以及封头带极堆焊层有无发黑、选择性腐蚀、晶间腐蚀和裂纹，有无铁锈色。检验时重点注意收弧点、熔合线和热影响区部位。如焊缝颜色变深，发黑，则检查铁素体含量，并用测厚仪测定耐蚀层厚度。出现铁锈色通常表明耐蚀层有渗漏，腐蚀介质已接触碳钢基体。检查所有支架焊缝是否满焊，有无气孔、空隙、蚀坑；检查所有表面颜色、粗糙度，有无蚀坑或异常现象，检查局部是否出现过快的减薄、蚀沟、裂纹、鼓包等；检查接管端面和内壁的腐蚀对检出裂纹或局部腐蚀严重的衬里、焊缝进行金相检查和裂纹深度测量。衬里进行定点超声波测厚；筒体衬里及焊缝进行氨渗漏检查，确保在使用时不出现介质泄漏。

5.高压螺栓的检验—磁粉探伤检查螺栓有无裂纹及其它表面缺陷。

6.有关工艺仪表的检验(每半年进行一次)。

7.耐压试验(每两个检验周期进行一次)。

尿素合成塔的腐蚀检查，一般以肉眼检查为主，并辅以5~10倍放大镜，对全面腐蚀主要采用定点测厚的方法，采用超声波测厚仪和膜层测厚仪进行厚度测定。

上、下封头带级堆焊层全部由熔敷金属构成，容易产生针孔、焊带选择性腐蚀（多呈羽毛状或蜂窝状）、焊带之间填充不良（制造缺陷）等缺陷，对针孔可视其深度、直径、底部形态采用打磨处理或打磨补焊处理。对气相区部分的带级堆焊层应重点检查灰皮形态、有无垢下腐蚀现象，对气相区工艺接管应检查角焊缝完好情况、接管内表面有无冲刷腐蚀现象。

检查衬里颜色、表面粗糙情况，对衬里受热部位，包括打磨、焊接飞溅部位、焊缝热影响区部位应进行重点检查。 正常情况下衬里颜色为棕褐色（316L Mod）或银白色（25-22-2）；衬里表面很粗糙，手摸有颗粒感，表面腐蚀较严重。衬里在制造时的受热部位腐蚀速度要大于未受热部位。

检查焊缝颜色、焊波形态，对发黑焊缝进行铁素体测定；检查焊缝表面腐蚀针孔、裂纹、焊缝边缘咬边、腐蚀坑；检查焊缝刀线腐蚀情况，根据具体情况决定是否返修。

液氨管角焊缝及内壁存在裂纹的几率极大，几乎每台均存在不同程度的裂纹，液氨管的结构及工艺使操作过程中液氨管角焊缝及内壁承受很大的局部应力、温差应力再加上冲刷因素，使得该部位极易产生裂纹缺陷。对发现的裂纹应进行打磨消除，如消除深度超过2mm，应进行补焊。

三、 内件腐蚀检查

检查勾头螺栓、塔盘、出料管、热电偶套管的完好情况；检查塔盘腐蚀减薄情况，如塔盘板腐蚀减薄严重，应进行铁素体测定确定材质是否符合要求；如内件腐蚀破损，应进行更换，以免影响工艺性能。检查勾头螺栓腐蚀情况，决定是否需要更换。

注意检查工艺接管内部冲刷腐蚀情况、热电偶接管缺氧腐蚀减薄情况，CO2管对筒体衬里的冲刷情况、气液交界面及液面波动区的腐蚀情况。

尿素合成塔是尿素装置关键设备，腐蚀检查的结果是定期检验时确定设备安全状况等级的重要依据，依据《压力容器定期检验规则》和有关尿素合成塔维护检修规程，按照以上检验程序及缺陷处理方法,本次检验经验丰富的压力容器持证检验师已多次对化工系统在用的多台尿素合成塔进行了检验,针对检出缺陷的实际情况,采用相应的方法进行了处理，通过多年运行的考验，处理过的部位在几年的使用过程中未发现缺陷，取得了良好的效果。参考文献[1] 许凯荣．尿素合成塔腐蚀原因及对策．腐蚀与防护，2003，3：59[2] 袁一．《化肥工业丛书》尿素．北京：化学工业出版社，1997．4，272[3]杨明，姜浩．中小型氮肥厂尿素合成塔腐蚀、检验及缺陷处理．现代机械，2004，4：100作者简介：黄俭（1974-），男，工程师、锅炉、压力容器、压力管道检验师。1997年毕业于上海电力学院电力系统专业，现从事锅炉、压力容器、压力管道检验工作。