多层包扎尿素合成塔应力腐蚀裂纹成因分析

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尿素合成塔的主要破坏形式及预防措施

尿素合成塔的主要破坏形式及预防措施尿素合成塔的爆破事故在国内已经发生了多起，事故现场触目惊心，给人民生命和国家财产造成的损失，应引起尿素生产企业的高度重视。

一、尿素合成塔的主要破坏形式水溶液全循环法尿素合成塔是用不锈钢和低合金钢制造的多层包扎式高压容器，塔体由多个筒节与上、下封头焊接而成。

多层包扎式厚壁圆筒由内筒、盲层与层板3部分组成，内筒采用超低碳奥氏不锈钢板材，在高压状态下要求严密不漏，并具有抵抗介质腐蚀的能力。

层板则采用一定的方法使之很好地贴合在内筒上，且与内筒形成一个整体筒节，塔体质量的好坏往往取决于层板间的贴合程度和环焊缝装配及焊接的质量。

多层包扎式圆筒在包扎层板时，靠钢丝索拉紧与焊接的收缩作用使各层间存在有预应力，内层受到压紧力，当筒体承受内压时，由于预应力的作用可以抵消部分拉应力，使筒壁内应力较相同条件下的单层筒体分布均匀，可以提高筒体的弹性承载能力。

从理论上讲多层包扎厚壁圆筒的壁厚应比相同条件下的单层筒体薄，但因预应力的大小与层板纵焊缝宽度、每层层板上纵焊缝数量、焊接规范、焊接材料、包扎的松紧程度等许多因素有关，在设计时尚无法定量计算。

另外，多层包扎式筒体的纵焊缝沿壁厚方向是非连续的，对筒体强度的削弱也较单层筒体小。

所以，在设计时仍采用单层厚壁圆筒强度计算公式进行应力计算。

尿素合成塔在使用过程中产生的主要破坏形式有2种，一是内筒泄漏引起的破坏；二是筒节层板和环焊缝发生应力腐蚀断裂而引起的破坏。

1.内筒的泄漏尿素合成塔内的尿素溶液（氨基甲酸铵溶液）在反应中对碳钢有强烈的腐蚀作用，一旦穿过不锈钢内筒流至碳钢层板以后腐蚀速度会急剧增加，在较短时间就可以腐蚀扩展到穿透筒壁。

内筒的泄漏往往由于内筒上的点腐蚀、缝隙腐蚀、裂纹而引发，在工作条件下引起不锈钢内筒腐蚀的因素很多，其中尿素反应液中存在CI-是产生点腐蚀、缝隙腐蚀及裂纹的主要因素。

2.层板和环焊缝的应力腐蚀断裂应力腐蚀断裂的特点是几乎完全没有金属宏观体积上的塑性变形，这种断裂会造成压力容器的灾难性事故。

层板包扎尿素合成塔爆破和开裂原因及机理研究的开题报告

层板包扎尿素合成塔爆破和开裂原因及机理研究的开题报告题目：层板包扎尿素合成塔爆破和开裂原因及机理研究研究背景和意义：尿素是一种重要的化工原料，广泛应用于肥料、粘合剂、树脂和医药等领域。

层板包扎尿素合成塔是尿素合成工艺中关键的反应器，其安全性与运行稳定性对于生产安全和质量至关重要。

目前在生产中，层板包扎尿素合成塔爆破和开裂的事故时有发生，由此导致生产中断和安全事故。

因此，本研究旨在探索层板包扎尿素合成塔爆破和开裂的原因及机理，以期对尿素合成工艺的安全运行提供科学依据。

研究内容：本研究将从以下三个方面进行探索：1. 爆破和开裂原因：通过现场采集和测试样品，对层板包扎尿素合成塔内部环境和物理结构进行分析，探究塔体内部的压力变化和物理结构破坏等原因。

2. 机理研究：通过主要参数（如温度、压力、流速）实验和模拟计算方法，建立层板包扎尿素合成塔的数学模型，并研究在不同参数条件下的运行特性，分析塔内气相流动、传热传质特性以及反应分布等机理。

3. 安全措施：基于对爆破和开裂原因及机理的深入了解，提出适合该装置的安全监测和预警措施，并针对不同情况提出相应的应急措施。

研究方法：1. 采集现场实验数据，建立数学模型，并进行计算和分析。

2. 基于实验和模拟结果，控制变量条件下开展层板包扎尿素合成塔的实验研究，分析其内部的物理结构和运行特性。

3. 开展现场风险监测和安全预警，以及针对不同情况提出相应的应急措施。

预期成果：1. 揭示层板包扎尿素合成塔爆破和开裂的原因及机理。

2. 建立层板包扎尿素合成塔的数学模型，研究其运行特性。

3. 针对不同情况提出相应的安全措施，为生产安全提供科学依据。

尿素合成塔腐蚀及应对措施探究

尿素合成塔腐蚀及应对措施探究尿素合成塔是供二氧化碳、液氨在高温高压下反应生成尿素的关键设备。

但是，尿素生产中却碰到棘手的问题—腐蚀问题。

为此，探究尿素合成塔的腐蚀情况，及腐蚀原因，从而从工艺指标、停车期间的防腐蚀控制和温度等几方面对尿素合成塔的腐蚀提出应对措施。

标签：尿素合成塔；腐蚀情况；腐蚀原因；应对措施1 尿素合成塔的腐蚀情况尿素的腐蚀从大体上可分为两种：均匀腐蚀和局部腐蚀。

均匀腐蚀表现为尿素合成塔内部衬里的均匀腐蚀，一般是内衬里母材的均匀腐蚀和焊缝的均匀腐蚀，虽有较大面积的质量损失，但相对而言危险性较小。

局部腐蚀表现为尿素合成塔中金属表面某些区域的不均匀腐蚀，如尿素合成塔顶底封头的环焊带部位、合成塔上封头的人孔处等，腐蚀的分布和深度都是不均等的，因此常会在整个设备看似正常的情况下发生局部穿孔或破裂，从而导致严重事故，危险性较大。

因此，在尿素合成塔运行一段时间后，要经常进行检查因腐蚀而逐渐出现的状况，如气孔、针孔、夹渣、裂缝等，并进行及时处理，从而避免造成更严重更致命的局部腐蚀。

2 尿素合成塔的腐蚀原因分析（1）工艺介质对设备腐蚀的影响。

在尿素合成塔内发生的反应，化学反应如下：2NH3+CO2→NH2COONH4→CO（NH2）2+H2O，生成了中间产物——氨基甲铵，而氨基甲铵溶液在高温、高压下有很强的腐蚀性。

同时，合成的尿素又会分解成氰酸和氰酸铵，两者都会在水中发生电离反应，电离出的氰酸根有强还原性。

从而与合成塔内不锈钢表面的氧化膜发生反应，导致合成塔受腐蚀。

（2）温度操作对设备腐蚀的影响。

介质对不锈钢的影响随着温度的变化而变化。

以316L的合成塔为例，当温度较低时，容易使不锈钢发生钝化，介质对不锈钢的腐蚀速度较缓慢；当温度较高，高于190摄氏度时，溶液中溶解的氧含量急速下降，介质对不锈钢的腐蚀速度突飞猛进。

（3）氧含量对设备腐蚀的影响。

氧含量对设备的耐腐蚀性有着举足轻重的地位，主要体现在两方面：①氧含量的浓度若达不到形成钝化膜的最低浓度，这时氧化膜将被破坏，加速对不锈钢的腐蚀；②反应产生的中间产物氨基甲铵溶液是一种具有还原性的酸性溶液，氧的加入，能使溶液的性质发生转变，具有氧化性，大大降低对不锈钢的腐蚀。

尿素合成塔腐蚀分析与防护

尿素合成塔腐蚀分析与防护尿素合成塔是尿素生产工艺中的核心设备之一，它是将天然气、空气和蒸汽等原料在一定的温度、压力和催化剂的作用下，经过一系列反应生成尿素的重要设备。

由于腐蚀问题严重影响了尿素合成塔的使用寿命和生产效率，因此进行塔腐蚀分析与防护显得尤为重要。

一、尿素合成塔的腐蚀问题尿素合成塔的腐蚀主要来自于外部环境和内部介质的作用。

在外部环境方面，塔体长期接触空气和水分，受到大气腐蚀的影响，因此需要在设计和制造过程中采取防腐措施。

在内部介质方面，由于尿素生产过程中所使用的尿素溶液中含有氨气、二氧化碳等腐蚀剂，长期作用于塔体内壁和设备管道等，则会引起腐蚀和材料损耗，严重时会导致设备失效。

尿素合成塔的腐蚀可分为化学腐蚀、电化学腐蚀和微生物腐蚀等几种类型。

1. 化学腐蚀：主要是由尿素生产过程中使用的氨气、二氧化碳等腐蚀剂直接对金属材料产生化学反应而引起的腐蚀。

在塔内喷放的氨气会直接作用于内壁和设备管道等金属表面，形成氮化物、亚硝酸盐等物质，引起腐蚀和材料损耗，产生白垩、黑垩等异常物。

2. 电化学腐蚀：由于在尿素合成过程中所涉及的介质的化学成分和物理条件的变化，导致金属表面出现电位差，形成电化学腐蚀现象。

这种腐蚀方式主要依赖于溶液中金属离子和氧化还原反应产物的生成和扩散，容易在金属表面形成氧化物和氢氧化物等产物。

3. 微生物腐蚀：指在尿素生产过程中，由微生物直接或间接诱发的金属腐蚀现象。

微生物腐蚀是产生在高温高压条件下的海洋、地下水和污水处理场等环境中，由细菌、藻类、真菌等微生物引起的一种特殊腐蚀现象。

在塔内运行一段时间以后，普遍会出现微生物污染，这时候就容易发生微生物腐蚀。

为了解决尿素合成塔的腐蚀问题，需要采取一系列有效的防腐措施，主要包括以下几方面。

1. 材料及涂层的选择：在制造过程中采用高耐腐蚀性材料，如不锈钢、钢材贴陶瓷等，同时在涂层选择时应选用高品质的树脂、聚合物等防腐涂料，以提高其耐腐蚀性。

尿素合成塔腐蚀分析与防护

尿素合成塔腐蚀分析与防护尿素是一种重要的化肥和有机化学品，其生产过程中需要采用尿素合成塔。

然而，尿素合成塔在使用过程中易受腐蚀的影响，对塔的性能和寿命产生不利影响。

因此，对尿素合成塔的腐蚀进行分析，并实施有效的防护措施，是保障塔稳定运行的重要环节。

一、塔腐蚀主要原因尿素合成塔在使用过程中，容易受到以下多种因素的腐蚀作用：1.酸性气体腐蚀：在塔内运行时，酸性气体如二氧化碳、硫化氢、氢硫酸等会在塔体表面发生化学反应，产生酸性物质，从而引起塔体的腐蚀。

此类腐蚀主要发生在塔底、转化器入口附近和内衬表面等处。

2.塔中液体腐蚀：尿素合成过程中，产生的尿素等液体对塔体金属材料也会产生腐蚀作用。

这种腐蚀主要由于液体中存在氨等物质，以及液体中氢氧化物的腐蚀性等因素引起的。

3.水腐蚀：尿素合成塔使用的水源中可能含有各种离子、酸性物质等，容易对塔体产生腐蚀作用，从而引发塔体的腐蚀。

二、塔腐蚀防护措施为了减轻和避免尿素合成塔腐蚀对塔的损坏和影响，需采取以下措施：1.选用耐蚀金属材料：在尿素合成塔的设计和建造过程中，应该优先选用耐腐蚀的材料，如玻璃钢、PTFE、HASTELLOY等。

这种材料无毒、稳定、加工容易，并且具有较高的防腐性能。

此外，还可以在基础金属表面涂布耐腐蚀的涂料进行保护。

2.合理设计：在尿素合成塔的设计过程中，应该根据具体需求，合理规划塔的结构和布置。

例如，可以设置在塔的内壁加装保护层，以及在达到一定深度后喷涂保护层等措施，对塔进行多层保护。

3.加强维护管理：在设计和建造完整的尿素合成塔后，试运行期和正式运行期也必须做好维护管理工作。

主要包含定期检查，发现塔体问题，及时修补切割等；开展规范化操作，防止操作不当引起的腐蚀；做好安全生产管理，严格进行安全管理规范等工作。

4.节制化学反应：为避免酸性气体和液体等因素的腐蚀作用，还可以采取减少化学反应过程中发生的酸性气体和液体产生的措施。

例如，在塔内增设中和坑，将化学反应过程分段进行，并且增加反应坑之间的距离等措施，以期减少化学反应对塔体的腐蚀作用。

尿素合成塔的检验、腐蚀分析及修理

--●Vol.33,No.92015年9月中国资源综合利用China Resources Comprehensive Utilization尿素合成塔的检验、腐蚀分析及修理王新建,徐东(化学工业设备质量监督检验中心,南京210024)摘要:尿素合成塔的检验包括对耐蚀层宏观腐蚀检查、衬里及基材最外层超声波测厚、堆焊层磁探测厚、内件铁素体测定、基材层板磁粉检测、物料管渗透检测、球头环缝超声波检测等。

以福建省三钢(集团)三明化工有限责任公司2#尿素合成塔的检验为例,列举了尿素合成塔的多种缺陷,分析了几种典型腐蚀缺陷产生的原因,并制定出切实可行的修理方案。

关键词:尿素合成塔;检验;腐蚀分析;修理中图分类号:TQ053.5文献标识码:A文章编号:1008-9500(2015)09-0059-03Detection ,Corrosion Analysis and Repair of the Urea ConvertorWang Xinjian ,Xu Dong(Quality Supervisory Centre of Chemical Equipment ,Nanjing210024,China )Abstract :Detection of the Urea Convertor include macro-corrosion layer corrosion test ,outermost ultrasonicthickness lining and the base material,magnetic detecting thick surfacing layer ,determination of ferrite ,base material layer plate magnetic particle testing ,Material tube penetration testing and ball head girth ultrasonic testing.Take convertor 2#of Fujian Sanming Iron and Steel Chemical Co.,Ltd for example.Based on the inspection ,we enumerate a variety of defects ,analyze the reasons of typical corrosion ,and formulate practicalrepair programs.Keywords :urea convertor ;detect ;analyze of corrosion ;repair尿素合成塔是尿素生产装置的关键核心设备,其内部介质(甲铵液)具有很强的腐蚀性,同时承受高温、高压。

氨合成塔的腐蚀与修复措施

氨合成塔的腐蚀与修复措施尿素合成塔是尿素生产系统中的关键设备之一，不仅体积大、造价高，而且工作条件要求较高，属于高温、高压、强腐蚀性介质反应器，它的运行状况直接影响整个尿素系统的安全、稳定的长周期运行。

因此，合成塔衬里的日常维护与腐蚀情况检查是保证设备安全稳定运行的重要措施；并且要根据氨生产工艺从工艺方面和设备的检测角度，对尿素合成塔的腐蚀特点和防护对策进行简要分析腐蚀情况。

一般情况下，多层板包扎结构尿素合成塔是由衬里层，盲板层，内筒和包扎层板构成。

衬里材料一般为8mm厚的316L不锈钢，盲板层材料为6mm的Q235-A的碳钢，内筒材料为12mm的16MnR低合金钢板，包扎层板材料一般为6～8mm的15MnVR层板。

计14层，约110mm厚度。

操作工况：操作压力不大于15.7MPa，操作温度低于190℃，CO2气体中的氧含量为0.25～0.35%,H2S含量为15mg/m3以下,氨碳比为3.65,水碳比为0.6,封塔时间不超过24小时。

一方面：设备腐蚀会导致产品中镍的含量超标，导致成品价格降低，利润降低。

另一方面：设备腐蚀会导致装置的使用寿命大大降低，增大对设备的投资。

因此，要严格控制生产过程中的操作，以防设备腐蚀。

一、尿素生产腐蚀原理尿素生产所用的原料氨以及产品尿素的腐蚀性都不严重。

生产过程中对钢材具有强烈腐蚀性的工艺介质主要来自溶液中的氨基甲酸铵，即溶解有 NH3和 CO2的溶液，特别是高温高浓度的甲铵液、尿素甲铵液和熔融尿素，对大多数金属都具有强烈的腐蚀作用。

主要的腐蚀根源在于氨基甲酸根COONH2-的还原性，破坏了不锈钢金属表面的氧化膜。

不锈钢在腐蚀介质中之所以抗腐蚀，是由于金属表面形成一层保护性的氧化膜，只要这层氧化膜不被破坏，金属的腐蚀速度是很低的。

在介质无氧的情况下，不锈钢处于活化腐蚀状态，只有当溶液溶解有足够的氧，溶液由还原性转变为氧化性，形成的组织致密的钝化膜，不锈钢处于钝化状态，才能大大降低腐蚀速度。

尿素合成塔腐蚀分析与防护

尿素合成塔腐蚀分析与防护尿素合成塔是尿素生产装置中的重要设备，因其工作条件较为苛刻，经常接触到腐蚀性物质，容易发生腐蚀现象。

针对尿素合成塔的腐蚀分析与防护，本文将从以下几个方面进行介绍。

一、腐蚀分析1.1 腐蚀介质分析：尿素合成塔中主要的腐蚀介质有碳酸铵、尿素过饱和溶液以及其他有机酸等。

根据具体工艺参数和塔内工作条件，可以对腐蚀介质进行详细的分析，确定腐蚀介质的成分和浓度。

1.2 腐蚀形式分析：尿素合成塔的腐蚀形式包括常规腐蚀、局部腐蚀和应力腐蚀等。

通过观察和检测腐蚀表面的形貌和颜色变化，以及进行金相分析和电化学测试，可以确定塔内腐蚀的具体形式和程度。

1.3 腐蚀速率分析：通过长期观察并对尿素合成塔进行取样检测，可以确定腐蚀速率的大小。

根据腐蚀速率的数据，可以对合成塔的寿命进行预测，制定相应的防护措施。

二、腐蚀防护2.1 材料选择：对于尿素合成塔的材料选择，应考虑到尿素合成塔工作条件的特殊性，选择具有较高耐腐蚀性能的材料。

常用的材料有碳钢、不锈钢和镍基合金等。

根据不同的腐蚀介质和工作条件，可以通过涂层、衬里等方式提高材料的抗腐蚀性能。

2.2 表面处理：合成塔的表面经常直接接触腐蚀介质，因此对于合成塔表面的处理十分重要。

可以采用化学浸渍、喷涂等方式，在表面形成保护层，增加钢铁材料的耐腐蚀性能。

2.3 降低腐蚀介质浓度：通过改变工艺参数和工作条件，降低腐蚀介质的浓度，降低对合成塔的腐蚀程度。

可以调整尿素生产工艺中的温度、压力和流速等参数，减少腐蚀介质的接触时间和浓度。

2.4 定期检测和维护：定期对尿素合成塔进行检测和维护，及时发现腐蚀问题并采取相应的补救措施。

对于已经发生腐蚀的部位，可以进行修复或更换，保证合成塔的正常运行和寿命。

2.5 事故处理：在腐蚀防护工作中，也要考虑到可能发生的腐蚀事故，制定相应的应急措施，及时处理和善后，确保人员和装备的安全。

对于尿素合成塔的腐蚀分析与防护，需要根据具体工艺参数和工作条件，对腐蚀介质进行分析，确定腐蚀形式和速率，采取相应的防护措施，选择适当的材料和表面处理方式，定期检测和维护，并制定应急措施，确保合成塔的安全和正常运行。

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第２卷第２０期
２００７年６月
石
油
化
工
高
等
学
校
学
报
Ｖｏ１．２０
ＮＯ．２
Ｊ）（ＵＲＮＡＩ（ＦＰＥ）ＴＲ（ＣＨＥＭＩＵＮＩ）ＣＡＩＶＥＲＳＴＩＩＥＳ
Ｊｎ２０ｕ．０７
中图分类号：ＴＨ１３４２．
文献标识码：Ａ
ＳｔｅｓＣｏｒｉｎＣｒｃｎｉｉｔｏｎｌｓｓｏｕｈｉａｅｅｅａｔｒｒｓｒｏｓｏａｋＩｔａｉｎＡａｙｉｆＭｌｙｒｄＵｒａＲｅｃｏｓ
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ｃｎｃｔａｉｓｔａｔｅｄｏｈｅｏｅｎｒｔｏｎｈｌａｔｔＳＣＣｈｅｖｇｒｈｏｆａｙｉｔｗｅｄｌｕｒａｅｏｆｈｍｕｔｌｅｅｒａｔｓｔｅｌｉａｙｒｄｅｃｏｒ
．
Ｔｈｒｓｌｓａｎｅｅｕｔｃｇｉｅｅｎｆｃａ，ＷＡＮＧｅ — ｑａｇａ一Ｗｉｉｎ，ＣＨＥＮＬｕ－ｂｎ－ｉ，ＸＵＳｈｕ— ｇｎｅ
（．ＳａｄｏｇＵｎｖｒｉｙ．ｉａｈｎｏｇ２０６．Ｐ．Ｃｎ。１ｈｎｎｉｅｓｔＪｎｎＳａｄｎ５０１Ｒ．ｈｉａ
文章编号：０６３６２０）２０３０１０ — ９Ｘ（０７０ —０７ — ，１
多层包扎尿素合成塔应力腐蚀裂纹成因分析
宋明大。王威强，陈鹭滨，徐书根，
（．东大学．１山山东济南２０６；２山东省特种设备检验研究院．东济南２０１）５０１．山５０３
摘要：对多层包扎尿素合成塔开裂部位进行了取样分析．认为应力腐蚀裂纹。并对应力腐蚀的影响因素确进行了分析，果表明检漏蒸汽会在深环焊缝的层板间隙处冷凝．生碱性介质浓缩。深环焊缝部位在碱性环境和结产局部较高应力下萌生裂纹并扩展，导致多层包扎尿素合成塔应力腐蚀开裂的原因。分析的结果为多层包扎尿素是合成塔避免层板开裂和灾难性爆炸事故指明了方向。关键词：尿素合成塔；应力腐蚀开裂；间隙；有限元分析；深环焊缝