co2压缩机低压缸腐蚀机理研究

化肥设计 第 45 卷 5 期 第 Oct 2007 2007 年 10 月 40 Chem ical Fertilizer Design 二氧化碳压缩机低压缸腐蚀机理研究 戴雪燕 中国石油宁夏石化公司 宁夏 银川 750026 摘 论述了二氧化碳压缩机低压缸的腐蚀形式和锈垢形态 分析了氧腐蚀 2 腐蚀 的腐蚀机理和影响因素 要 CO 从操作 维护 检修及工艺设计方面提出了防腐蚀措施 关键词 CO2 压缩机 低压缸 腐蚀 CO2 水分 中图分类号 TQ 440 5 文献标识码 B 文章编号 1004 8901 2007 05 0040 03 Study on Corrosive M echan is for L ow Pressure Cylin der of CO 2 Com pressor m DA I Xue2yan Ch ina Petroleum N ingxia Petrochem ica l Com pany Yinchuan N ingxia 750026 Ch ina Abstract Author has discussed the Corrosive for and the rust fouling pattern for the low p ressure cylinder of CO 2 comp ressor analyzed the corro2 m sive mechanism for oxygen corrosion CO 2 corrosion and their effecting factors anti2corrosion measures were supposed from aspects of operation mainte2 nance repair and p rocess design etc Key words CO 2 comp ressor low p ressure cylinder corrosion CO 2 moisture 气体压缩工艺流程 二氧化碳压缩机缸体腐蚀状况 宁夏石化公司第 2 套化肥尿素装置的二氧化 来自变换原料气分离器的 2 62 M Pa 55 变 碳压缩机从意大利新比隆公司引进 其低压缸缸体 换气进入 CO2 吸收塔塔底 被从上塔引入的脱碳液 及隔板的材质是碳钢 转子的材质是不锈钢 该压 吸收 吸收塔底出来的 77 富液送入 CO2 再生塔 缩机从 1999 年 9 月试车运行至今 由于缸体腐蚀原 闪蒸段进行闪蒸解吸 闪蒸出来的 0 13 M Pa 70 因导致压缩机无法正常运行 已多次停运检修 CO2 气体经过 CO2 水冷器冷却到 35 后送往气液 2000 年 10 月开车 1 年后设备大修 拆检压缩 分离器进行气液分离 分离出的 CO2 气体送入 CO2 机 发现低压缸上下缸体腐蚀程度严重 特别是二 氨冷器再次冷却到 30 然后经过二氧化碳压缩 段 4 个叶轮弯道靠近螺栓处缸体腐蚀圆孔面积较 机入口分离器分离 CO2 气相中夹带的液滴后 进入 大 圆孔深浅不一 大小不同 一 二段转子叶轮流 二氧化碳压缩机一段入口 经一段压缩后压力升至 道结垢严重 流道明显变窄 这与压缩机出现自循 0 38 M Pa 194 进入一段冷却器 分离器冷却到 环量大 输气量严重不足 蒸汽消耗量偏大 低压缸 振值偏高 压缩机自身负荷偏重的现象相符 修复 25 再进入二段压缩 经二段压缩后压力升至 采用金属粘结块填充腐蚀圆孔 将缸体内表面处理 1 866 M Pa 227 进入二段冷却器 分离器冷却到 光滑 人工清理转子流道内的锈垢 回装后压缩机 25 进入三段压缩 经三段压缩后压力提高到 运行正常 8 046 M Pa 214 进入三段冷却器 分离器冷却到 为了防止低压缸腐蚀程度加剧 从工艺设计和 50 55 之间 进入四段压缩 四段压缩后压力升 日常操作维护都作了很多改进 但收效甚微 低压 至 15 6 M Pa 121 送入尿素高压汽提塔底部作 缸上下缸体的腐蚀程度仍然比较严重 而且金属粘 为生产尿素的原料气 结块也已开始腐蚀 遂于 2005 年 10 月将低压缸整 体更换 2007 年 2 月 14 日拆检低压缸时没有发现 作者简介 戴雪燕 1973 年 女 四川岳池人 1997 年毕业于成都 缸体腐蚀现象 仅低压缸二段入口处叶轮结有少量 科技大学化工系无机化工专业 工程师 从事化肥生产装置隐患研 锈垢 隔板表面有 1 块直径 30 cm 的冲刷腐蚀区 究工作 第 5 期 戴雪燕 二氧化碳压缩机低压缸腐蚀机理研究 41 在压缩机低压缸上下缸体首次受到严重的冲 低压缸的腐蚀形式 刷腐蚀时 立即用金属胶将腐蚀的圆孔填塞处理 均匀腐蚀 之后每次检修缸体都可以看到缸体内侧金属粘结 块正在继续受到腐蚀 由于金属胶与缸体是粘接 电化学腐蚀分为全面腐蚀和局部腐蚀 全面 在一起的 经打磨处理后虽用肉眼看不到缝隙 但 腐蚀即均匀腐蚀 腐蚀在金属表面上均匀进行 这 实际缝隙的存在不可避免 一旦处于酸性湿气环境 种腐蚀不易造成穿孔 腐蚀产物氧化铁可以在整个 金属表面上形成 在一定的情况下具有保护作用 下 就会发生缝隙腐蚀 但也可能形成严重的污垢 钢铁在 CO2 水和氧的 锈垢的形成 作用下难以形成稳定的钝化状态 一般来讲 钢铁 从现场污垢分析来看 污垢由无定型污垢和晶 腐蚀后产生的阴极 阳极产物会在基体表面形成一 体矿物组成 无定型污垢主要是高分子量有机物 层不同价态的氧化铁锈层 虽然这层腐蚀产物不如 二氧化碳压缩机结垢物取样分析为长链脂肪烃类 钝化膜那样完整致密 但在一定程度上阻滞了氧的 脱碳工序使用脱碳液吸收 CO2 气体 最终脱碳液随 进一步扩散速度 降低了腐蚀速率 由于在 CO2 水 CO2 气体以饱和状态进入二氧化碳压缩机 气体在 和氧的协同作用下 腐蚀产物层难以形成 故在此 压缩过程中温度 压力升高 使高分子有机物在过 条件下钢铁遭受的腐蚀以均匀腐蚀为主 热的情况下发生碳化 由于压缩机各级流道光滑 磨损腐蚀 冲刷腐蚀 气体流速高 所以只在二回一阀的阀座上才能看到 由磨损和腐蚀联合作用而产生的材料破坏过 结垢物 该结垢物呈乳白色固体 夹杂了铁锈时呈 程称为磨损腐蚀 磨损腐蚀是由于腐蚀流体和金 黄白色 暴露在空气中失去水分后呈黄白色的灰 属表面间的相对运动 引起金属的加速破坏或腐 晶体矿物类主要是菱铁矿石 FeCO3 磁铁矿 蚀 这类腐蚀常与金属表面上的湍流程度有关 湍 石 Fe3 O4 等 而菱铁矿石和磁铁矿石均被认为是 流使金属表面液体的搅动比层流时更为剧烈 使金 一种腐蚀产物 实际上 污垢一般是分层沉积的 属与介质的接触更为频繁 通常称做湍流腐蚀 湍 类似于树木的年轮 层与层之间的质地和成分存 流腐蚀实际上是机械腐耗和腐蚀共同作用的结果 磨 在差异 这与垢层的沉积时间长短有关 一般来 蚀的外部特征是形成槽 沟 波纹 圆孔或山谷形状 讲 靠近钢基体的污垢致密 而与气体接触的污垢 从合成界区来的饱和湿 CO2 气体 以一定的流 疏松 菱铁矿石和磁铁矿石在靠近叶轮流道内壁 速进入二氧化碳压缩机一段入口 经吸气室被均匀 的地方被发现 是垢层与钢基体的过渡部分 在现 地引入叶轮 气体跟随叶轮作高速旋转 由于气体 场从外观形态上难以区分究竟是属于垢层还是属 受旋转离心力的作用 以及在叶轮里的扩压流动作 于钢基体 它与钢基体的结合非常紧密 用 使气体通过叶轮后压力得到提高 气体随叶轮 作高速旋转的同时 叶轮将机械能传给气体 提高 低压缸腐蚀原因 了气体的压力和速度 气体从叶轮流出时 除压力 CO2 气体的腐蚀长期以来一直被认为是产生腐 升高外 还具有较高的流动速度 气体从叶轮流出 蚀的重要因素 在二氧化碳压缩机系统运行的温 经扩压器被引入弯道 即蜗壳 蜗壳的主要作用是 度 压力下 CO2 干气本身不具有腐蚀性 但经过合 把扩压器后面的气体汇集起来并使其流向气体输 成脱碳工序产生的 CO2 气体是以饱和不纯的湿气 送管道和设备 气体经弯道被均匀地引入下一级叶 进入二氧化碳压缩机入口的 CO2 溶于水后对部分 轮进口的回流器 气体经扩压器出来后以很高的 金属材料具有极强的腐蚀性 速度冲向蜗壳 气体中没有完全分离掉的液滴也以 氧腐蚀 同样高的速度冲向蜗壳 引发冲刷腐蚀 由于实际生产过程 CO2 气体与空气接触 空气 缝隙腐蚀 缝隙腐蚀是腐蚀性介质中金属材料的缝隙和 中的氧气混合在湿的 CO2 气体中 就有可能发生氧 其他隐蔽部位经常发生的严重局部腐蚀之一 当 腐蚀 氧腐蚀电化学反应如下 金属之间或金属与非金属之间存在缝隙时 缝隙内 阳极反应 Fe e 2 Fe 外的氧浓度和电解质溶液组成常有差异 并且伴有 阴极反应 H2 O O2 e OH 自催化作用 由此形成的活化 钝化电池或氧浓 阳极反应产物和阴极反应产物可以进一步反 差电池更加剧了缝隙内部 阳极区 的腐蚀 应 反应生成的氧化铁构成腐蚀产物铁锈 铁锈中 化肥设计 2007 年第 45 卷 42 铁的价态不是一个简单的整数 一般在 0 到 3 之 均匀腐蚀 在 100 左右 腐蚀速率增大 腐蚀产物 间 氧腐蚀可以形成磁铁矿石产物 较厚但还很疏松 此时形成深坑状或环状腐蚀 在 腐蚀 温度高于 150 的条件下 由于生成致密且附着力 极强的 FeCO3 膜 腐蚀基本能阻止 关于 CO2 的腐蚀机理 一般都认为是溶解在水 中的 CO2 和水反应生成 H2 CO3 尔后再和 Fe 反应 防腐措施和解决方案 使之被腐蚀 CO2 在水中存在如下平衡反应 1 避免压缩机非正常工况下工作 压缩机 CO2 H2 O H2 CO3 日常操作维护要尽心 操作监控要负责 使压缩机 3 2 H2 CO3 H HCO 2H CO3 各段操作指标在设计要求的范围内 操作中尽量 阴极反应为 H e H 避免压缩机入口 CO2 流量的大幅波动 波动范围控 阴极反应的进行促使 CO2 在水中的平衡反应向生 制在 1 000 m 左右 每小时现场巡检监控各段分 3 成 CO3 的方向进行 2 离器液位计的液位 只要有液位显示就通过现场导 阳极反应 Fe e 2 Fe 淋排放 中控岗位应时常翻动 DCS 画面监控各段 阳极反应产物在溶液中可以进一步反应 液位 确保各段分离器在正常生产中 既不能积液 2 2 Fe CO3 FeCO3 过高在分离罐内形成液封 使 CO2 气体夹带的水分 CO2 腐蚀可以形成菱铁矿石产物 FeCO3 实 进入压缩机造成严重腐蚀 也不能一直排放 使 CO2 际上腐蚀产物碳酸盐 FeCO3 CaCO3 或结垢产物 气体从导淋处排出造成流量波动 引起压缩机内 膜在钢铁表面不同区域的覆盖程度不同 不同覆盖 CO2 流量 流速大幅波动 度的区域之间形成了自催化作用很强的腐蚀电偶 2 增加各段分离器的分离效果 经过对合 CO2 的局部腐蚀就是这种腐蚀电偶作用的结果 这 成界区送来 CO2 饱和气体的流量 组分的测试 以 一机理可以很好地解释水化学作用和现场发生上 及各段出口 CO2 混合气流量 组分的测试 经过多 述过程时 局部腐蚀会突然变得非常严重等现象 方研究测算 在原一段出口分离器后串联 1 个分离 器 明显提高了一段出口 CO2 混合气体中水分的分 腐蚀的影响因素 离 50 扩能改造时 在二氧化碳增压机入口处增 CO2 腐蚀最典型的特征是呈现局部的点蚀 轮 加 1 个分离器 分离效果十分明显 改造后二氧化 癣状腐蚀和台面状坑蚀 其中台面状坑蚀过程是 碳压缩机低压缸冲刷腐蚀现象几乎很少发生 最严重的情况 这种腐蚀速度可达 20 mm h CO2 3 采用新型防蚀材料 近年来新型材料的 腐蚀的影响因素如下 发展日新月异 各种防蚀材料大量涌现 虽然应用 1 流速的影响 流速是 CO2 腐蚀非常重要 这些材料使初期投资增大 但综合考虑日常维修 的影响因素 高流速促进了腐蚀 因为高流速下会 使用寿命等因素 还是可取的 在扩能改造时 公 发生湍流并且造成不均匀条件下的点坑腐蚀 此 司投资 600 多万元委托美国 GESTT CONM EC 公司 外 高速流动时流体导致