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尿素設備的主要腐蝕介質

2021-01-22 13:14:01 作者：小南點來源：工業小南點分享至：

尿素設備的主要腐蝕介質

尿素生產的原料二氧化碳、氨及工藝過程中的介質（尿液、氨水、碳酸氫銨溶液、水及蒸汽）腐蝕性都比較弱，對金屬材料的腐蝕作用并不需要特別的材料和處理。而生產過程中的中間產物尿素甲銨溶液在高溫高壓情況下，腐蝕性很強。在不加氧的情況下，不銹鋼并不耐甲銨溶液的腐蝕。由于尿素甲銨溶液只有在高溫高壓條件下才能生成，所以不可避免地存在高壓設備遭受尿素甲銨溶液的腐蝕作用。這種強腐蝕性作用，碳鋼和低合金鋼即使在加氧的條件下也是無法抵抗的。從研究和分析結果來看，尿素甲銨溶液的腐蝕機理有以下幾種解釋

PART-1

氨基甲酸根的腐蝕：

實際生產中，氨基甲酸銨在水中離解出氨基甲酸根（COONH2-）呈還原性，能阻止鈍化金屬表面氧化膜的生成，使金屬產生活化腐蝕。介質的腐蝕性隨著甲銨含量的提高而增大。

（但氨基甲酸銨是鹽類，其水溶液在溫度和壓力較低的情況下腐蝕性并不大，為何在高溫高壓條件下卻有如此強烈的腐蝕性呢？）

PART-2

氰氧酸根的腐蝕：

尿素甲銨液的腐蝕性強是由于在高溫高壓條件下尿素會產生同素異構物氰氧酸根，例如在100℃時有5％的尿素轉化為氰氧酸銨：

（NH2）2CO→NH4 CNO

在有水存在時，氰氧酸銨可離解產生氰氧酸根：

NH4 CNO→NH4+ + CNO-

氰氧酸根具有強烈的還原性，使鈍化型金屬在其中不易形成鈍化膜，從而使金屬產生活化腐蝕。

（分析檢測出尿素溶液中有少量氰氧酸成分，但成品尿素中沒有氰氧酸銨，說明氰氧酸的量小，難以造成尿素設備大面積腐蝕，說明還有其他腐蝕因素。）

PART-3

氨絡合作用引起的腐蝕：

Van der Horst等人研究了316L不銹鋼在尿素合成塔氣相介質中的腐蝕，結合鉻、鎳和316L不銹鋼在尿素合成液相介質中的陽極極化曲線證明：不銹鋼表面的氧化物被氨絡合并溶解到氨液中，同時被水離解金屬表面，這樣形成絡合、溶解、離解的循環過程，造成了金屬的腐蝕。在不銹鋼被氨絡合和溶解過程中，表面氧化膜的溶解次序為：氧化鎳一氧化鉻一氧化鐵一氧化鉬（氧化鉬則完全不絡合）。

PART-4

形成羥基物：

不銹鋼在尿素甲銨溶液中的腐蝕和金屬與介質發生了羥基化反應有關，生成金屬羥基物Mem（CO）n。鎳和不銹鋼中的鎳容易生成Ni（CO）4，所以鎳最不耐蝕。

PART-5

HCO3-的作用：

根據NH4+濃度和HCO3-濃度對316L鋼陰極電流密度影響試驗結果發現陰極電流只隨HCO3-濃度的增加而增加，認為316L不銹鋼在尿素合成介質中的腐蝕陰極反應為：

NH4++ HCO3- →NH3+H2CO3

H2CO3+e → H+ HCO3-

對于尿素裝置，CO2的腐蝕也經常發生。例如國內某大型化肥廠的高壓CO2水冷器（U形管換熱器）第一臺管材為304L不銹鋼，壁厚3mm，投產后一個半月因發生嚴重的點蝕造成泄漏。第二臺管束材料換成2RE69不銹鋼，使用40天又因泄漏太多而報廢。

一般來說，氨水和尿液對普通碳鋼的腐蝕性是比較強，但尿素生產過程中，與它們接觸的設備基本都是不銹鋼或非金屬材料，所以氨水和尿液對設備腐蝕所帶來的故障并不多見。

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