尿素高壓甲胺冷凝器腐蝕和修復(fù)論文

1、尿素高壓甲胺冷凝器的腐蝕和修復(fù)*（* *）摘 要：介紹尿素高壓甲胺冷凝器的腐蝕類(lèi)型及原因和修復(fù)處理措施 。結(jié)合高壓甲胺冷凝器的運(yùn)行狀況，探討處理方案，以及操作維護(hù)方面的注意事項(xiàng)，為尿素生產(chǎn)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。 關(guān)鍵詞：高壓甲胺冷凝器；腐蝕；換熱列管；針孔；措施0 前言湖北*有限公司尿素生產(chǎn)裝置的高壓甲胺冷凝器是由大*有限公司生產(chǎn)制造，此設(shè)備由上、 下管箱和低壓殼體構(gòu)成的立式列管換熱器。其中，管程為高壓系統(tǒng)，介質(zhì)在列管中化學(xué)反應(yīng)放出大量熱量，被殼側(cè)的低壓沸騰水吸收，產(chǎn)生的低壓蒸汽供系統(tǒng)使用。其襯里及換熱管采用X2CrNiMo25-22-2不銹鋼制造。于2008年投入使用，至本次大修停車(chē)已

2、運(yùn)行5年，累計(jì)運(yùn)行時(shí)間約42200小時(shí)。此設(shè)備自投入生產(chǎn)以來(lái)，由于頻繁出現(xiàn)泄漏Ni含量超標(biāo)。從2012年11月大修后運(yùn)行至2013年11月共計(jì)停車(chē)8次。2013年11月利用尿素?cái)U(kuò)能改造機(jī)會(huì)，對(duì)此設(shè)備進(jìn)行了較系統(tǒng)的檢測(cè)和維修，檢測(cè)期間發(fā)現(xiàn)設(shè)備多處存在、較多腐蝕性問(wèn)題?，F(xiàn)就設(shè)備具體腐蝕情況和修復(fù)狀況作如下綜述：1 襯里的腐蝕設(shè)備內(nèi)部襯里的均應(yīng)腐蝕，主要發(fā)生在設(shè)備筒體內(nèi)襯里母材和焊縫處、上下封頭、帶極堆焊層，其特征是金屬表面失去光澤、粗糙和均勻減薄，人孔襯里表面有劃痕。特別是設(shè)備下部較為突出，腐蝕的速度與鈍化膜的質(zhì)量、操作條件的變化及高壓設(shè)備的部位有關(guān)。鈍化良好的尿素級(jí)316L不銹鋼和鈦，在正常的操

3、作條件下，能保持鈍化膜的厚度和完整性，因此腐蝕速度很低，一般在0.010.1mm/a的范圍內(nèi)，這類(lèi)腐蝕屬于正常腐蝕存在的危害相對(duì)而言較小。 （圖1） 上管箱內(nèi)壁襯里 （圖2）人孔內(nèi)壁襯里圖1、圖2看出襯里表面呈棕色，表面較粗糙；焊縫呈白色，局部粗糙；總體呈均勻腐蝕形式，測(cè)厚檢測(cè)襯里厚度 7.3 mm。2 封頭帶極堆焊層的腐蝕上部球頭焊帶呈白色，有均勻腐蝕，有少量腐蝕坑，管箱襯里呈黑色。其它焊縫呈白色，為均勻腐蝕，個(gè)別堆焊部位表面較為粗糙。從塔內(nèi)球頭堆焊層的整體腐蝕情況來(lái)看,高鉀冷下部腐蝕情況較上部嚴(yán)重一些,下部球頭堆焊層表面呈烏黑色，大面積出現(xiàn)腐坑且直徑較大、較深。還有2處腐坑已腐蝕至碳鋼層。

4、焊縫的焊肉大部分高于母材,部分與母材齊平,局部稍有內(nèi)凹,焊縫的邊沿與母材結(jié)合處有一定的刀狀腐蝕。 （圖3） 下球頭堆焊層表1塔下封頭實(shí)測(cè)壁厚及腐蝕情況道 數(shù)南側(cè)厚度(mm)西側(cè)厚度(mm)北側(cè)厚度(mm)東側(cè)厚度(mm)封頭與筒體過(guò)渡區(qū)6.05.59.910.516.55.16.66.824.94.44.84.334.24.34.43.744.54.44.94.054.47.54.94.164.85.05.34.474.94.45.04.585.34.95.86.795.95.86.16.0106.05.26.75.9116.75.57.37.0125.26.67.16.6135.45.65.

5、36.5145.15.96.76.5155.36.25.76.5164.45.65.55.2人孔過(guò)渡區(qū)9.08.510.28.93 換熱管的腐蝕生產(chǎn)過(guò)程中高壓甲銨冷凝器列管上部殼程氣液交界面的氯離子富集區(qū)，產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋，該設(shè)備換熱管列管共1618根，生產(chǎn)中多次因列管及管頭焊縫泄漏導(dǎo)致停車(chē)，后取管發(fā)現(xiàn)腐蝕部位位于管板厚度320mm內(nèi)這段列管，表面出現(xiàn)格狀裂紋及腐蝕穿透。2012年8月份對(duì)該設(shè)備進(jìn)行渦流探傷檢測(cè)發(fā)現(xiàn)存在缺陷的換熱列管共375根，大部分列管腐蝕輕微，部分列管存在一定的明顯減薄區(qū)域（0 0.20 mm），但位置不固定；個(gè)別列管由于存在腐蝕缺陷影響壁厚相對(duì)較薄。渦流壁厚檢測(cè)結(jié)果最大壁

6、厚：2.50 mm最小壁厚：1.20 mm 平均壁厚：2.43 mm。根據(jù)檢測(cè)情況結(jié)合大修，分批對(duì)存在缺陷的換熱列管進(jìn)行了換管。（圖4）換熱列管（設(shè)計(jì)壁厚2.5mm）4 密封面和出液分布器的腐蝕密封面襯環(huán)內(nèi)圓腐蝕速率較大，表面呈灰色出現(xiàn)大塊脫落，焊縫有較深針孔和腐坑。分流板沖刷比較嚴(yán)重，焊縫腐蝕失效。（圖5）設(shè)備密封襯環(huán) （圖6）出液分布器（圖7）出液分布器焊縫5 局部腐蝕局部腐蝕的形式很多主要集中在金屬表面較小的區(qū)域，這種腐蝕很難發(fā)現(xiàn)主要以針孔、氣孔、容深缺陷、焊縫縮孔、裂紋等形態(tài)出現(xiàn)，分布和深度都不均勻。這種腐蝕可能導(dǎo)致設(shè)備在完好的生產(chǎn)狀態(tài)下，發(fā)生局部穿孔和破裂引起嚴(yán)重事故，所以危害性很大

7、。（圖8）焊縫裂紋 （圖9） 焊縫縮孔（圖10）堆焊層刀口腐蝕 （圖11）密封面坑蝕 6 腐蝕原因從以上設(shè)備腐蝕部位所涵蓋的腐蝕類(lèi)別來(lái)看，除內(nèi)襯均應(yīng)腐蝕外，還有其他的多種腐蝕形式存在：頂、底封頭環(huán)帶堆焊層部位出現(xiàn)針孔腐蝕；襯里焊縫邊沿處由于在制作焊接時(shí)母材受溫度影響，導(dǎo)致局部貧鉻，設(shè)備運(yùn)行隨著腐蝕出現(xiàn)刀狀腐蝕；上下封頭、人孔存在垢下腐蝕，由于保溫不嚴(yán)也有會(huì)發(fā)生冷凝腐蝕；塔壁和塔板之間的縫隙里也有晶間腐蝕和沖刷腐蝕現(xiàn)象等。造成這些腐蝕的原因主要是以下幾點(diǎn)；1.水碳比影響列管腐蝕，水碳比超過(guò)允許范圍0.430.5，列管的應(yīng)力腐蝕會(huì)加重。顯然，系統(tǒng)水碳比增高意味著系統(tǒng)的水量偏多，溶液濃度過(guò)小，使NH

8、4COONH2和NH4CNO的解離度過(guò)大，溶液 中的氨基甲酸根COONH2-和氰酸根離子CNO-數(shù)量過(guò)多，造成介質(zhì)對(duì)金屬的腐蝕加速。2.氧含量甲銨溶液中有氧存在，會(huì)使不銹鋼產(chǎn)生化學(xué)鈍化，在表面形成并保持氧化膜，尤其是采用鉻鎳鉬不銹鋼時(shí),能使其表面生成組織致密的氧化膜層，加氧量過(guò)小可能導(dǎo)致腐蝕速度大大增加。3.工藝介質(zhì)中硫含量影響列管腐蝕硫具有強(qiáng)還原性，在高溫、高壓下進(jìn)行水解和一系列氧化還原反應(yīng)后，最終的結(jié)果都會(huì)把金屬氧化膜破壞，從而使金屬表面產(chǎn)生嚴(yán)重的活化腐蝕。4. 操作溫度控制，超溫對(duì)設(shè)備的加速腐蝕是比較明顯的，超溫幅度愈大，設(shè)備腐蝕速率增加愈快；超溫 時(shí)間愈長(zhǎng)，設(shè)備腐蝕愈嚴(yán)重。所以，正常生

9、產(chǎn)中，要嚴(yán)格控制設(shè)備的運(yùn)行溫度，盡量避免超溫現(xiàn)象的發(fā)生。5. 系統(tǒng)硫含量及氯離子含量控制 當(dāng)工藝介質(zhì)中硫和氯離子超標(biāo)時(shí)，對(duì)設(shè)備造成的腐蝕是非常嚴(yán)重，其含量愈 高，對(duì)設(shè)備造成的腐蝕愈嚴(yán)重。 所以說(shuō)生產(chǎn)過(guò)程中控制好原料CO2氣中的硫質(zhì)量濃度，以降低設(shè)備的應(yīng)力腐蝕。6. 水質(zhì)的影響，生產(chǎn)中的水的氯離子含量偏高更容易引發(fā)腐蝕,特別能造成不銹鋼設(shè)備的應(yīng)力腐蝕。 7. 在檢修時(shí)鐵器敲擊設(shè)備，在檢修過(guò)程中嚴(yán)禁使用扳手、鐵錘等鐵器敲擊設(shè)備列管及內(nèi)件劃傷內(nèi)襯等部位，防止加快設(shè)備產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕程度。嚴(yán)禁油脂粘貼在內(nèi)襯表面，防止加快設(shè)備在高溫條件下產(chǎn)生紅斑，加快腐蝕速率。7 缺陷的處理檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的缺陷主要有四類(lèi) :

10、表面襯里大面積腐蝕減薄 ,襯里對(duì)接焊縫刀狀腐蝕,接管焊縫角焊氣孔和列管的腐蝕開(kāi)裂，上下封頭帶極堆焊層、腐坑、針孔、減薄。針對(duì)不同的缺陷 ,檢驗(yàn)時(shí)我們采取不同的處理方法。7.1襯里母材缺陷的處理襯里修復(fù)盡量采用“多磨，少焊”的原則，對(duì)襯里表面較小的蝕坑、劃痕、蝕溝及表面裂紋 ,用專(zhuān)用砂輪機(jī)打磨除去。打磨時(shí)邊緣圓滑過(guò)渡 ,當(dāng)打磨深度小于或等于 2mm時(shí) ,經(jīng)滲透探傷檢查確認(rèn)缺陷已消除 , 而剩打磨深度大于 4mm時(shí) ,對(duì)打磨部位進(jìn)行手持式氬弧焊補(bǔ)焊。補(bǔ)焊完畢不進(jìn)行打磨，進(jìn)行滲透檢測(cè)和鐵素體檢查,鐵素體小于 0.6 %為合格。7.2不銹鋼襯里焊縫的缺陷修復(fù)對(duì)于焊縫上已暴露出來(lái)的氣孔，未熔合孔隙 ,腐

11、蝕孔洞對(duì)肉眼可見(jiàn)底 ,深度很淺的可不處理，如較深，用錐形磨頭小心打磨 , 使打磨邊緣應(yīng)圓滑過(guò)渡。打磨后的深度小于或等于 2mm時(shí)，不補(bǔ)焊。打磨后深度大于 2mm 時(shí) , 用氬弧焊進(jìn)行補(bǔ)焊。打磨后深度大于 4mm ,補(bǔ)焊后進(jìn)行鐵素體測(cè)定 ,保證鐵素體含量小于或等于0.6% 。對(duì)焊縫上的腐蝕孔洞很深，打磨后已達(dá)碳鋼基底 ,焊縫屬于碳上的堆焊層，應(yīng)小心打磨，清理腐蝕孔洞，然后在碳鋼上堆焊過(guò)渡層，再用焊材堆焊至所需高度，補(bǔ)焊層外表不必打磨。補(bǔ)焊后進(jìn)行鐵素體測(cè)定，含量小于或等于0.6%為合格。如鐵素體含量大于0.6% ,應(yīng)打磨至少深 4mm ,重新補(bǔ)焊。在補(bǔ)焊操作特別是收弧時(shí)應(yīng)細(xì)心，避免形成氣孔。如發(fā)現(xiàn)

12、氣孔 ,打磨掉重新補(bǔ)焊。對(duì)于焊縫裂紋 ,應(yīng)盡可能測(cè)定裂紋深度 ,并用滲透法顯示裂紋范圍 ,然后根據(jù)具體情況處理。對(duì)深度較淺的裂紋，進(jìn)行打磨 ,滲透探傷表明裂紋已徹底清除之后 ,打磨深度小于或等于 2mm 時(shí) ,不補(bǔ)焊，打磨深度大于 2mm ,可用氬弧焊補(bǔ)焊。對(duì)深度較深的裂紋出現(xiàn)在碳鋼層的堆焊層上 ,必須徹底打磨。焊接完畢檢查在焊后對(duì)焊縫表面進(jìn)行打磨 , 進(jìn)行滲透探傷和宏觀(guān)檢查。7.3帶極堆焊層缺陷修復(fù) 對(duì)下封頭帶極堆焊層大面積的坑腐蝕、針孔、腐蝕減薄（最薄3.7mm）、腐蝕孔洞至碳鋼層，先進(jìn)行大面積打磨，打磨深度2-3mm，后進(jìn)行宏觀(guān)檢查，無(wú)相關(guān)缺陷后為止。至于腐蝕孔洞至碳鋼層的對(duì)其打磨至碳鋼

13、層，打磨擴(kuò)大孔洞面積使打磨邊緣應(yīng)圓滑過(guò)渡，打磨完畢清洗干凈，用手工電弧焊進(jìn)行填補(bǔ)，填補(bǔ)完畢后打磨平整，由于堆焊層整體減薄，根據(jù)方案采用電焊對(duì)其進(jìn)行堆焊增厚，大面積焊接時(shí)要注意分散操作，避免熱量過(guò)于集中影響焊接質(zhì)量。堆焊層與襯里過(guò)渡帶，先打磨平整后，采用手工氬弧焊進(jìn)行均勻填補(bǔ)，焊接完畢后對(duì)堆焊層表面附著的飛濺物及不平整的焊道進(jìn)行打磨以致光滑，整體進(jìn)行鐵素體檢查、磁感應(yīng)測(cè)厚（7.0 mm 9.0 mm）達(dá)到使用要求、最后進(jìn)行PT滲透探傷和宏觀(guān)檢查。7.4換熱列管更換修復(fù)根據(jù)列管ET檢測(cè)的結(jié)果，將存在問(wèn)題的列管（兩頭在管板里的管段）進(jìn)行更換。首先將有缺陷的列管，上下管板處管頭角焊縫光掉，采用專(zhuān)業(yè)工具

14、將列管拔出，在上管板1200mm位置切斷更換新列管，然后采用手工氬弧焊接接列管。焊接完畢后采用RT無(wú)損檢測(cè)，經(jīng)檢測(cè)合格后將列管回裝于管板位置再次焊接，將下端更換列管多出的600mm原換熱列管切掉與管板焊接。待列管全部更換完畢后，對(duì)管板管頭焊縫進(jìn)行滲透檢測(cè)。（圖12）列管更換現(xiàn)場(chǎng)8 結(jié)束語(yǔ)通過(guò)這次對(duì)設(shè)備的檢修，針對(duì)尿素高壓容器存在的腐蝕，除受設(shè)備本身耐蝕材料的使用制約外，還與設(shè)備制造質(zhì)量、工藝操作、檢修質(zhì)量等因素密切相關(guān)。 要實(shí)現(xiàn)對(duì)尿素高壓容器腐蝕狀態(tài)的完整、準(zhǔn)確分析，需要應(yīng)用各種腐蝕檢測(cè)手段，并盡可能做到檢測(cè)項(xiàng)目齊全、檢測(cè)范圍寬廣，做到對(duì)設(shè)備的有效全面監(jiān)測(cè)。對(duì)高壓甲胺冷凝器列管出現(xiàn)泄漏，如何用簡(jiǎn)