H2S對(duì)尿素裝置CO2壓縮機(jī)的腐蝕分析

鄒彩俠

（安徽三星化工有限責(zé)任公司 安徽渦陽(yáng)233600）

H2S對(duì)尿素裝置CO2壓縮機(jī)的腐蝕分析

鄒彩俠

（安徽三星化工有限責(zé)任公司 安徽渦陽(yáng)233600）

0 前言

安徽三星化工有限責(zé)任公司（簡(jiǎn)稱三星公司）尿素裝置有5臺(tái)CO2壓縮機(jī)，若其活門、活塞環(huán)、缸套損壞時(shí)，檢修時(shí)大多是進(jìn)行更換，一般都是對(duì)活門、活塞環(huán)、缸套的本身質(zhì)量問(wèn)題和裝配質(zhì)量問(wèn)題產(chǎn)生懷疑，往往忽略了介質(zhì)中H2S對(duì)CO2壓縮機(jī)及其部件的腐蝕。

尿素生產(chǎn)中，CO2壓縮機(jī)工段設(shè)置的脫硫裝置是為了脫除凈化工段送過(guò)來(lái)的CO2原料氣中的H2S。進(jìn)入尿素界區(qū)的CO2原料氣中的H2S質(zhì)量濃度一般在10～200mg／m3，由脫硫裝置脫硫后，經(jīng)CO2壓縮機(jī)五級(jí)壓縮進(jìn)入尿素合成塔。正常情況下，仍有質(zhì)量濃度2～5mg／m3的H2S沒(méi)有被完全脫除，此部分H2S氣體會(huì)形成HS－，使不銹鋼表面鈍化膜中的氧被置換，進(jìn)而不銹鋼晶粒間失去結(jié)合力，造成不銹鋼晶間腐蝕，氧化膜一旦遭到破壞，腐蝕就會(huì)加劇。生產(chǎn)中，通過(guò)有效加氧可減輕不銹鋼的腐蝕，故尿素生產(chǎn)裝置一般在壓縮機(jī)一段進(jìn)口加入體積分?jǐn)?shù)0.4%～0.7%的防腐空氣，以減輕H2S對(duì)不銹鋼的腐蝕。

1 存在的問(wèn)題

2011年7月前后，三星公司幾乎每天都要更換四段、五段活塞環(huán)，在更換活門、活塞環(huán)、缸套時(shí)，活門、活塞環(huán)、缸套表面有像細(xì)砂一樣的附著物，且有硫磺的刺鼻氣味。五段缸套最短時(shí)間才使用7d、最長(zhǎng)使用時(shí)間不超過(guò)1個(gè)月，其磨損率達(dá)0.3mm／d。由于來(lái)不及修復(fù)缸套，5臺(tái)CO2壓縮機(jī)都“帶病”運(yùn)行，造成打氣量偏低，維修費(fèi)用大幅升高。當(dāng)時(shí)，僅從備件質(zhì)量找原因，更換了不同廠家的活塞環(huán)，效果不佳。同時(shí)，從備件裝配質(zhì)量著手，嚴(yán)格裝配間隙并反復(fù)校正，效果仍不佳。

2 腐蝕原因分析

眾所周知，H2S會(huì)對(duì)壓縮機(jī)接觸部件造成腐蝕。由于CO2原料氣中含有弱酸性的氫硫酸，可與鐵發(fā)生反應(yīng)（Fe＋H2S＝FeS＋H2）。由于氫硫酸的酸性較弱，反應(yīng)很慢，實(shí)際生產(chǎn)中晶間腐蝕不太明顯，一般只要加強(qiáng)壓縮機(jī)各段的排水就可得到有效控制。壓縮機(jī)一段加氧后，O2和H2S發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，也會(huì)對(duì)壓縮機(jī)造成腐蝕。在實(shí)際生產(chǎn)中，壓縮機(jī)的四段、五段的缸套、活塞、活塞環(huán)等都有一定使用期限，根據(jù)壓縮機(jī)備件質(zhì)量的優(yōu)劣和安裝的質(zhì)量高低，一般四段缸套可使用1年左右，五段缸套可使用3個(gè)月左右，如果五段缸套保養(yǎng)好也可使用半年至1年。

由于凈化工段脫硫效果不佳，進(jìn)尿素界區(qū)CO2原料氣中H2S質(zhì)量濃度在80～220mg／m3。9臺(tái)脫硫槽總共容積是147m3，而相匹配的5臺(tái)壓縮機(jī)打氣量是323m3／min（標(biāo)態(tài)），脫硫槽容積不夠，而且當(dāng)時(shí)使用R-4型脫硫活性炭，其脫硫效果不佳，有10～15mg／m3的H2S經(jīng)五級(jí)壓縮后進(jìn)入尿素裝置。當(dāng)H2S質(zhì)量濃度達(dá)到15mg／m3時(shí)，即使再提高氧含量也不能修復(fù)被破壞的氧化膜，不僅腐蝕尿素合成塔襯里及其他不銹鋼裝置，還會(huì)在五級(jí)壓縮過(guò)程中腐蝕壓縮機(jī)各段活塞環(huán)以及缸套，特別是對(duì)四段、五段的腐蝕尤為嚴(yán)重。

進(jìn)入CO2壓縮機(jī)的CO2氣體中的H2S與加入的O2發(fā)生反應(yīng)，生成單質(zhì)硫和水。壓縮機(jī)一段進(jìn)口壓力和溫度都較低，H2S與O2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的速度就慢，隨著段間壓力、溫度升高，H2S氧化反應(yīng)加劇。壓縮后的CO2氣體又通過(guò)各段冷卻器冷卻至40℃左右，此時(shí)CO2氣體中的單質(zhì)硫解析出來(lái)。壓縮機(jī)段間壓力、溫度越高，H2S與O2的反應(yīng)越快，CO2氣體冷卻后解析出來(lái)的單質(zhì)硫就越多；壓力越高，解析出來(lái)的單質(zhì)硫顆粒就越大。這些單質(zhì)硫顆粒在氣缸里相當(dāng)于研磨砂，對(duì)氣缸和活塞環(huán)損壞加劇。同時(shí)，H2S與O2反應(yīng)后生成的水與CO2發(fā)生反應(yīng)生成弱碳酸，加劇了對(duì)活塞環(huán)和缸套的腐蝕。

3 解決措施及效果

經(jīng)過(guò)與三星公司生產(chǎn)部溝通，及時(shí)調(diào)整了凈化工藝，將尿素工段CO2原料氣中的H2S質(zhì)量濃度控制在30mg／m3以下，并對(duì)5臺(tái)CO2壓縮機(jī)活門室、缸套表面附著的單質(zhì)硫晶體進(jìn)行了清洗，更換了新型高效的102型精脫硫劑，保證了進(jìn)入尿素裝置的原料氣中H2S質(zhì)量濃度在10mg／m3以下。通過(guò)以上措施改進(jìn)后，三星公司5臺(tái)壓縮機(jī)運(yùn)行周期大幅延長(zhǎng)，其中5＃CO2壓縮機(jī)五段缸套連續(xù)使用時(shí)間超過(guò)了1年。

2014-11-27）