工艺与设备化  工  设  计  通  讯
Technology and Equipment
Chemical Engineering Design Communications
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第45卷第9期
2019年9月
中海石油华鹤煤化有限公司尿素装置采用Stamicarbon 2000+CO 2汽提法尿素流程，采用了三台高压设备为汽提塔、池式反应器和高压洗涤器。尿素装置自2015年5月投产以来，各 个系统运行平稳，各项工艺参数正常。但在2018年7月大修期间发现池式反应器的存在设计缺陷，现就存在的问题进行探讨。1 池式反应器流程
池式反应器工艺流程图如图1所示，工艺液（氨）与从高压洗涤器C06203过来的甲铵液混合，混合后的液体与来自汽提塔E06201的气相工艺介质一起进入池式反应器R06202的底部，均匀地分布到池式反应器中。在池式反应器中保持足够的停留时间进行化学反应（主要是甲铵液转换为尿素溶液），可达到化学反应平衡的65%
左右。
图1 池式反应器流程
池式反应器管侧及隔板采用碳钢材料，在碳钢管板接触
甲铵液一侧堆焊了一层5mm 的SAFUREX 衬里，壳侧采用SAFUREX 材料做衬里。为了杜绝了传统冷凝器应力腐蚀现象的发生，列管和管板用内孔焊技术焊接。池式反应器的主要
参数见表1。
表1 池式反应器主要参数
项目管程壳程设计温度（℃）190190操作温度（℃）152177设计压力（MPa ）  1.016.1操作压力（MPa ）
0.4314.0介质蒸汽
尿素溶液
材质NAXTRA 70（1.8988），WSTE460（1.8935），P355NH （1.0565）20Mn5V （1.1133），SAFUREX®
厚度（mm ）ML-壳体：94，封头：102，LP-壳体：16
衬里厚度（mm ）5mm SAFUREX
管规格/管数无缝管[D*T*L]25，40 * 2，41 * 25.235，00mm/813U 制造厂家
奥地利 Schoeller-Bleckmann Nitec GmbH （SBN ）
2 发现的问题及解决办法
2018年7月尿素装置大修期间，拆开池式反应器低压侧人孔检查发现以下问题：
问题一：检查池式反应器和低压汽包连接处，发现池式反应器低压侧隔板上部固定螺栓螺母被蒸汽冲刷断，中间的一字筋板被冲刷出多处沟槽，如图2所示。初步判断为蒸汽冷凝液直接走了短路，如不及时发现带来后果为池式反应器管侧的汽包产汽量减少，汽包冷凝液泵循环量增大，池式反应器温度升高，高压系统压力升高，以至系统负荷加不上去，严重影响了生产。同时低压汽包产汽量不够，影响蒸发系统运行，只有通过2.1MPa （G ）压力的抽汽来补充低压汽包，造成能量损失。
问题二：对池式反应器“U ”型管进行高压水射流发现“U ”型管内有大量铁锈，低压汽包中也有大量铁锈，隔板的全面腐蚀也比较严重。
摘　要：对Stamicarbon2000+CO 2汽提工艺中池式反应器低压侧隔板腐蚀问题进行了剖析，指出池式反应器的管侧隔板的设计缺陷，探讨解决办法及相应预防措施。
关键词：池式反应器；低压管侧隔板；腐蚀中图分类号：TQ441.41  文献标志码：A  　文章编号：1003–6490（2019）09–0091–02
Design Defect of 2000+CO 2 Stripping Process Tank Reactor
Ma Guang-chao
Abstract ：This paper analyzes the corrosion problem of low pressure side diaphragm plate of the pool reactor in Stamicarbon2000+CO 2 stripping process ，points out the design defect of the pipe side diaphragm plate of the pool reactor ，discusses the solution and corresponding preventive measures.
Key words ：pool reactor ；low pressure tube side divider ；corrosion 2000+CO 2汽提工艺池式反应器的设计缺陷
马广超
（中海石油华鹤煤化有限公司，黑龙江鹤岗 154100）
收稿日期：2019–07–28作者简介： 马广超（1986—），男，吉林九台人，工程师，主要从事
设备日常管理工作。
滑系统运行参数变化等原因造成，鉴于目前运行状况，提出以下几点优化建议：
1）低压瓦斯缓冲罐入口控制蝶阀增设压力控制逻辑，增加蝶阀调控灵敏度，蝶阀开度随管网压力进行实时调节，降低压缩机因瓦斯压力波动造成瞬时冲击；
2）低压瓦斯缓冲罐内加装填料环，增加瓦斯气体缓冲凝结接触面积，提高液相凝结效率，提高压缩机入口前脱液效率，防止因瓦斯带液对气缸乃至曲轴造成的冲击；
3）与压缩机设计建造单位取得联系，经设计单位详细核算后对抽气机曲轴润滑供油方式进行变更，由非轴伸端向轴伸端的串联供油方式变为非轴伸端与轴伸端同时供油的并联方式；
4）适时考虑对抽气压缩机进行电机整体更换，提高电机功率，将现有不平衡的加载模式变更为初始设计的平衡型加载方式，彻底解决由于负荷加载形式造成的曲轴偏斜问题，延长压缩机运行周期。
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图2 冲刷沟槽
针对这种情况，采取以下处理措施：措施一：隔板螺栓全部更换；筋板上下面各加装一块表面处理过的长方形钢板，钢板和筋板之间、钢板和短节之间加锯齿形高压石墨波纹带夹死；通过后部一个M16螺栓向前将钢板顶紧，然后将钢板点焊在隔板上，钢板和筋板用M20螺栓垂直压紧，取下M16螺栓，处理后如图3
所示。
Tube sheet
Support strip
M10 bolt
Gasket 10mm 10mm
Pass partition
Tubesheet
outer graphite gasket
Serrated gasket inner Graphite gasket 20mm
图3 隔板缺陷及修复
措施二：池式反应器“U ”型管用高压水射流清洗，冲出很多铁锈，同时把低压汽包V06905中的铁锈也进行了清洗。
处理后，取得良好效果，装置满负荷运行，低压汽包产汽量足够后系统使用。3 产生问题的原因分析
造成隔板如此严重腐蚀的原因主要是结构设计上的不合理，隔板和管板之间的连接有间隙，隔板、短节采用碳钢，冷凝液流速比较大，主要发生了冲刷腐蚀。
冲刷腐蚀是指高速度的腐蚀流体，即腐蚀流体与高速度的结合对材料造成的损伤称为冲刷腐蚀。冷凝液泵来的冷凝液高速冲击隔板下部，产生的蒸汽冲刷隔板上部，造成隔板全面腐蚀，上部螺栓被腐蚀掉；同时，由于筋板和短节之间一字垫片有微小间隙，冷凝液冲刷加剧腐蚀，使间隙逐渐加大。冲刷腐蚀发生在潮湿的蒸汽冷凝液系统。初步分析以下因素与冲刷腐蚀有关：
蒸汽中湿气的量、温度、pH 值、氧含量、材料、紊流/流体流动的形式、湿蒸汽的线速度、流体流动的形式等。
湿气（水分）：原理上说，干蒸汽不会造成冲刷腐蚀损坏。水分（水含量）越高，冲刷腐蚀的风险越高。在池式反应器中，冷凝液与蒸汽的设计比率是3∶1。所以，按照设计，其中流动的有湿蒸汽。
温度：保护性磁性层的形成严重地依赖于温度。图4可知，120~180℃的运行温度是可能出现最高冲刷腐蚀风险的。在这个温度范围内，形成保护层相当困难。在该池式反应器中生产的低压蒸汽冷凝液的温度就位于这一温度范围。
材料：通常的做法是在系统里使用标准的碳钢，但是必须采用一个合适的蒸汽调制系统。已知，合金元素铬，钼和/或铜会增加对冲刷腐蚀的耐受性，见图4。当蒸汽冷凝液的质量难于控制，或者控制不可行时，可以采用含这些合金元素的材料。
紊流/液体流动形式：通过适当的设计来尽量避免紊流。几何形状的急剧变化会增加冲刷腐蚀的风险。
湿蒸汽的线速度：在任何一个具体的条件（温度、湿度和材料）增加蒸汽线速度会增加冲刷腐蚀的风险。在该池式
i
图4 作为温度及材料函数的几种碳钢合金元素的
冲刷腐蚀（合金元素如铬、钼和铜）反应器的设计中，管出
口（到管板的孔）中的蒸汽线速度设计值为20~50m/s ，50m/s 被认为是可接受线速度的最高值。
pH 值：图5显示：当pH 值小于9时，铁的可溶解性急剧增高；当pH 值>9.2时，冲刷腐蚀的风险下降。
氧：图5显示，蒸汽及蒸汽冷凝液中少量的氧（400~500×10-6）可以显著降低冲刷腐蚀风险。然而，更高的氧含量将是有害的，溶解在水里的氧是高度腐蚀性的。为了保护碳钢不被氧化，必须避免蒸汽和蒸汽冷凝液中出现高含
量的氧。
图5 左侧：在pH>9.2处，冲刷腐蚀率急剧下降。
reactor technology 文章翻译
右侧：蒸汽中零氧含量增加冲刷腐蚀率；
为了降低冲刷腐蚀，需要少量的氧（400~500ppb ）。
4 预防措施
从腐蚀分析看，导致隔板、螺栓不正常腐蚀的原因在于隔板安装结构设计不合理。所以，要根除这种腐蚀，必须改变现有设计，降低冷凝液流速，改变隔板结构形式或安装方式，提高隔板的材质等。下一步与专利商和设计院探讨如何解决这个问题，争取在下次大修期间给以彻底解决。在当前的状况下，必须注意以下几个方面：
1）常开汽包冷凝液排放至蒸汽冷凝液槽，防止冷凝液长期循环造成Fe 3+浓度过高。
2）隔板在安装时，采用更高强螺栓均匀紧固。
3）开车过程中，避免压力和温度增长过快，努力保持平稳运行；尽量减小压力和温度的周期性变化。升温速率不超过30℃/h ，防止设备温升过快造成短节与隔板应力拉伤。
4）监视低压蒸汽冷凝液的pH 值及氧含量。
5）监测低压蒸汽冷凝液排污中，铬、镍和铁的含量。6）提高低压蒸汽冷凝液的质量。
7）监测低压蒸汽冷凝液电导率的变化，以及时探测到工艺侧的任何泄漏。
8）严密监测汽包产汽量、冷凝液循环量、池式反应器出液温度，如发现汽包产汽量减少、冷凝液循环量增大、池式反应器出液温度升高，及时停车检查。
参考文献
[1]  田立志.二氧化碳汽提法池式冷凝器的设计缺陷[J].大氮肥，2016（5）.

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