尿素装置腐蚀类型及影响因素刍议.doc

尿素装置的腐蚀类型及影响因素刍议 尿素生产中的工艺介质，如氨基甲酸铵以及含有甲铵的尿素水溶液均为强腐蚀介质，且尿素生产具有的高温、高压特点，更加加剧了尿素设备材料的腐蚀。共腐蚀类型主要有均匀腐蚀、点蚀和缝隙腐蚀、晶间腐蚀、选择性腐蚀、应力腐蚀、疲劳腐蚀等6种。影响腐蚀的因素主要有氨碳比、水碳比、惰气影响、氧含量影响、硫含量影响等5种，笔者分别论述如下。1??腐蚀特点和类型1.1??均匀腐蚀? ? 均匀腐蚀使设备与介质接触的金属表面失去光泽而变得粗糙，特别是焊缝、焊缝熔合线和焊接热影响区表现得较为严重。影响材料均匀腐蚀的主要因素是不锈钢表面的钝化膜状态，在活化状态下不锈钢腐蚀速度和钝化状态下腐蚀速度要相差几个数量级。氧对金属活化、钝化的关系见图1。在良好的钝化膜状态下，尿素生产中所用不锈钢材料的腐蚀速率为0.01～0.1 mm／a。均匀腐蚀大都因为设计上能够正确选取腐蚀速度而不易造成破坏性恶性事故。 ? ? 对于尿素生产中不锈钢材料的选择应按不同部位的腐蚀状况分别计算腐蚀速率。尿素装置常用不锈钢材料腐蚀速率见表1。 1.2??点蚀和缝隙腐蚀? ? 点蚀又叫坑蚀，是不锈钢常见的一种局部腐蚀。点蚀有大有小，一般情况下，点蚀仅仅集中在某些特定点并在这些点形成腐蚀孔，其深度要比其直径大得多，而其他大部分表面仍保持钝态。在金属表面附着物下面或在金属与另一物体的缝隙中，腐蚀选择性地进行的腐蚀形式称为缝隙腐蚀。这2种腐蚀都是由所谓活态—钝态电池引起，在同一金属表面发生腐蚀。由于同一金属表面上活态和钝态共同存在，表明活态区和钝态区的介质流动情况是不同的，也就是物质的不同形式的移动，从而助长了该种腐蚀的形成过程和成长过程，这就是缝隙腐蚀常发生在设备死角和介质流动的滞留区的原因。在这些具有特殊几何形状的部位，介质的流动或扩散受到限制，使得被阻塞的死角缝隙的空腔内具有腐蚀性较强的溶液的化学成分与整体溶液的成分产生很大的差别，从而造成空腔内电极电位下降，缝隙孔腔的金属表面呈阳极，整个外表面呈阴极，形成了金属表面的局部腐蚀。此种腐蚀行为往往与交变应力相互作用而使蚀孔迅速引发和扩展。例如，某厂CO2汽提塔管箱内的分布器升气管与固定板因孔间隙过小致使尿素熔融物流动不畅而形成缝隙腐蚀。缝隙腐蚀实例见图2。图2中a＜0.3mm时发生缝隙腐蚀，a＞1 mm时，则不会发生。 13??晶间腐蚀? ? 尿素用钢的晶间腐蚀是介质侵蚀沿着晶界进行而形成裂纹，也可能在表面上没有宏观的显著变化，但却能引起设备机械强度的急剧降低。导致该种腐蚀的原因是由于底层金属中碳化物沉积而使基体脱铬的部分遭受侵蚀，也就是由于没晶粒边界形成或析出铬的碳化物。由于铬的扩散速度低于碳，当晶界析出碳化物时，碳会很快补充上，而铬却来不及扩散到晶界，因而造成了晶界附近的贫铬区。当铬含量降低至小于2％时，即达到了钝化所需的极限含量以下，发生强烈腐蚀。晶间腐蚀主要发生在热影响区或加热后而未经固熔处理的不锈钢部件。图3为尿素设备中热影响区，在尿素—甲铵溶液的作用下，产生晶间腐蚀的现象。如果在尿素设备中底层金属合适（碳含量合适，应力消除），则在上述介质中不会发生该类腐蚀行为。晶间腐蚀金相组织见图3。 1.4??选择性腐蚀? ? 在尿素—甲铵介质中，由于金属组织不平衡，经受高温时出现铁素体，在600～900℃的加热过程中（在临近进行焊接），本身易于转化成α相。出现上述金属互化中或是出现在附近的因金属互化物沉淀而影响其组织的区域，就会产生组织选择性腐蚀。在介质中应用复相钢既能产生铁素体相的选择性腐蚀，也能产生α相的选择性腐蚀。一般在尿素用钢的规范中往往将铁素体含量规定在很低的限度内，但是铁素体本身并无害，不过它最容易转化成α相的选择性却是有害的。事实上，在大多数生产尿素的方法中，尿素合成是在反应物中有氧存在的条件下进行的，氧在操作过程中对不锈钢起到钝化作用，使介质的氧化还原电位移向更高的水平来超过活化区域。但是在含氧量较充分的情况下，介质对铁素体相选择性腐蚀能力强。在缺氧的情况下，介质对铁素体相选择性腐蚀能力弱。1.5??应力腐蚀? ? 应力腐蚀是在应力和腐蚀的共同作用下，在金属和环境系统特殊配合下所产生的一种局部腐蚀现象。与尿素—甲铵液接触的传动设备如高压甲铵泵等有此种腐蚀行为，同时，对于尿素生产中的反应设备，可视为在压力的作用下受压的金属表面处在压力不恒定的情况下产生交变应力。如果从保护膜破坏理论出发，此膜在应力作用下引起破坏，结果暴露出新鲜表面，此新鲜表面置于介质中成为阳极，它与具有保护膜成为阴极的其他金属表面组成一个小面积阳极、大面积阴极的腐蚀电池。另一方面，置于腐蚀介质中的新鲜金属表面又会自动成膜，使已遭到破坏的膜达到修补的能力。? ? 穿晶型应力腐蚀是在应力作用下，位错沿滑移面运