尿素设备的主要腐蚀介质

2021-01-22 13:14:01 作者：小南点来源：工业小南点分享至：

尿素设备的主要腐蚀介质

尿素生产的原料二氧化碳、氨及工艺过程中的介质（尿液、氨水、碳酸氢铵溶液、水及蒸汽）腐蚀性都比较弱，对金属材料的腐蚀作用并不需要特别的材料和处理。而生产过程中的中间产物尿素甲铵溶液在高温高压情况下，腐蚀性很强。在不加氧的情况下，不锈钢并不耐甲铵溶液的腐蚀。由于尿素甲铵溶液只有在高温高压条件下才能生成，所以不可避免地存在高压设备遭受尿素甲铵溶液的腐蚀作用。这种强腐蚀性作用，碳钢和低合金钢即使在加氧的条件下也是无法抵抗的。从研究和分析结果来看，尿素甲铵溶液的腐蚀机理有以下几种解释

PART-1

氨基甲酸根的腐蚀：

实际生产中，氨基甲酸铵在水中离解出氨基甲酸根（COONH2-）呈还原性，能阻止钝化金属表面氧化膜的生成，使金属产生活化腐蚀。介质的腐蚀性随着甲铵含量的提高而增大。

（但氨基甲酸铵是盐类，其水溶液在温度和压力较低的情况下腐蚀性并不大，为何在高温高压条件下却有如此强烈的腐蚀性呢？）

PART-2

氰氧酸根的腐蚀：

尿素甲铵液的腐蚀性强是由于在高温高压条件下尿素会产生同素异构物氰氧酸根，例如在100℃时有5％的尿素转化为氰氧酸铵：

（NH2）2CO→NH4 CNO

在有水存在时，氰氧酸铵可离解产生氰氧酸根：

NH4 CNO→NH4+ + CNO-

氰氧酸根具有强烈的还原性，使钝化型金属在其中不易形成钝化膜，从而使金属产生活化腐蚀。

（分析检测出尿素溶液中有少量氰氧酸成分，但成品尿素中没有氰氧酸铵，说明氰氧酸的量小，难以造成尿素设备大面积腐蚀，说明还有其他腐蚀因素。）

PART-3

氨络合作用引起的腐蚀：

Van der Horst等人研究了316L不锈钢在尿素合成塔气相介质中的腐蚀，结合铬、镍和316L不锈钢在尿素合成液相介质中的阳极极化曲线证明：不锈钢表面的氧化物被氨络合并溶解到氨液中，同时被水离解金属表面，这样形成络合、溶解、离解的循环过程，造成了金属的腐蚀。在不锈钢被氨络合和溶解过程中，表面氧化膜的溶解次序为：氧化镍一氧化铬一氧化铁一氧化钼（氧化钼则完全不络合）。

PART-4

形成羟基物：

不锈钢在尿素甲铵溶液中的腐蚀和金属与介质发生了羟基化反应有关，生成金属羟基物Mem（CO）n。镍和不锈钢中的镍容易生成Ni（CO）4，所以镍最不耐蚀。

PART-5

HCO3-的作用：

根据NH4+浓度和HCO3-浓度对316L钢阴极电流密度影响试验结果发现阴极电流只随HCO3-浓度的增加而增加，认为316L不锈钢在尿素合成介质中的腐蚀阴极反应为：

NH4++ HCO3- →NH3+H2CO3

H2CO3+e → H+ HCO3-

对于尿素装置，CO2的腐蚀也经常发生。例如国内某大型化肥厂的高压CO2水冷器（U形管换热器）第一台管材为304L不锈钢，壁厚3mm，投产后一个半月因发生严重的点蚀造成泄漏。第二台管束材料换成2RE69不锈钢，使用40天又因泄漏太多而报废。

一般来说，氨水和尿液对普通碳钢的腐蚀性是比较强，但尿素生产过程中，与它们接触的设备基本都是不锈钢或非金属材料，所以氨水和尿液对设备腐蚀所带来的故障并不多见。

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