压缩机腐蚀原因分析及处理

1、CQ压缩机腐蚀原因分析及改进措施股份公司生产部唐忠李勇 闵劲黄继平摘 要 以C02对碳钢材质的腐蚀机理着手，对尿素装置CQ压缩机发生严重腐蚀的原因进行了分析，并找岀了有效的改进措施。关键词 CQ压缩机腐蚀原因分析 改进措施1概述泸天化股份公司老系统尿素装置现有三台往复式CQ2压缩机(P1、P101/102), P1为1989年投运的QF165型往复式压缩机，P101/102为1966年投运的卧式四列五段对称平衡往复式压缩机。自从2004年老系统尿素装置长期倒用新系统合成氨装置富余CQ2后，P101/102三、四、五段检修频率逐年上涨，活塞杆点蚀，活塞环槽蚀断，进气阀腐蚀严重，气缸体和阀腔出现大

2、而深的蚀坑，短短几年时间，P101更换活塞杆两次，P102更换活塞杆四次，2008年仅因腐蚀问题造成的维修费用就高达三十多万，严重影响压缩机 的安全稳定与长周期运行。但同样是往复式CQ2压缩机，P1的检修频率却较小，腐蚀现象不明显。表1P101/102检修情况时间检修情况2003 年P101/102各检修气阀一次。2004 年P101检修气阀两次，大修中四、五段缸套更换，P102未检修。2005 年P101/102共检修气阀12次。2006 年P101/102共检修气阀等18次，各更换活塞杆一次。2007 年P101/102共检修气阀等28次，各更换活塞杆一次。2008 年P101/102共检

3、修气阀8次，P102更换活塞杆两次。图1 2008年P102活塞杆腐蚀情况2 CQ 2压缩机腐蚀原因分析2.1 CQ 2腐蚀机理CQ2对设备、材料的腐蚀影响因素较多， 其一是CQ2工艺条件的影响，主要包括温度、压力、含水量、 流速、含氧量、PH值等；其二是材料特性的影响。(1) 水含量的影响。水分含量是影响CQ2腐蚀的关键因素，CQ2溶解于水中后，在金属表面形成了电解质溶液，从而构成了金属的电化学腐蚀的基本条件。溶液中电离出的H+作为Fe腐蚀反应中的一种主要阴极去极化剂，增加金属的腐蚀速度，且随着压力的增大，水分增多，CQ2溶解度也大幅度增加。(2) 温度的影响。温度高低对是否发生CQ2腐蚀并

4、不直接相关，但温度会影响CQ2气体中水含量的饱和度，当加压后的 CQ2被冷却降温时，必然会有冷凝水产生，由此为CQ2的腐蚀提供了条件。(3) 压力的影响。随着压力的增加CQ2气体的溶解度增大，使阴极去极化过程加快，从而大大增加腐蚀速率。（4） 流速的影响。随着流速的加快，H2CO3和日+等去极化剂能更快地扩散到电极表面，使阴极去极 化增强，腐蚀产生的 Fe2+迅速离开金属表面，阻止金属表面保护膜形成，并且对已形成的保护膜起到破坏 作用，形成活化一一钝化微电池，从而使腐蚀速率大大增加。气体挾着液体强烈地冲击钢铁表面，产生强烈的液击，导致严重的冲刷腐蚀。（5） 气体中氧含量的影响。为了保护尿素合成

5、塔等重要设备，在CO2气体中加入0.5%左右的氧，而氧与CO2共存于水中时会引起严重的腐蚀。当金属表面有完好的保护膜存在时，氧气存在将增加保护膜的完整性；而当金属表面未形成保护膜或保护膜被破坏时，由于氧是Fe腐蚀反应中的主要阴极去极化剂之一，氧含量增加会加速碳钢腐蚀速率。（6） PH值的影响因素。CO2溶解于水中后形成酸性溶液，PH值明显下降，则会发生酸性腐蚀。（7） 气缸及设备组件材质的影响。根据相关研究表明，溶解于水中的CO2对碳钢有腐蚀作用，碳钢 的基体组织为铁素体（Fe）和渗碳体（FaC）,当碳钢表面浸在碳酸溶液中，形成微电池，其中铁素体电 极电位较低，成为微电池阳极，渗碳体则为阴极。

6、阳极过程是铁素体溶解受到腐蚀。与此同时，电子由阳极移向阴极，阴极过程使水中的氧与电子结合生成氢氧离子，在溶液中Fe2+与（OH）-相遇生成Fe（OH）2,Fe（OH） 2与碳酸反应生成 FeCO3，由此破坏碳钢表面生成的保护膜。综上所述，CO2对碳钢材质的压缩机产生腐蚀，必须具备两个必要条件，首先是有冷凝水产生并形成 了夹带，其次是冷凝水呈酸性。2.2 腐蚀原因分析由于压缩机P101/102已运行四十多年，且出现严重腐蚀是发生在2004年长期倒用新系统合成氨装置富余CO2以后，因此可排除设备材质存在制造缺陷的可能。从压缩机组的腐蚀部位来看，温度V40C的进口部位，腐蚀比较严重，而100C的出口

7、部位腐蚀很少发生；而且在一、二段进口部位腐蚀较轻，三四段腐蚀特别严重。根据以上腐蚀现象发生的特点判断，可能是同时出现了CO2气体冷凝水PH值降低呈酸性和段间分离器分离能力不足产生带水的两种情况。2.2.1 段间油水分离器能力核算经专业压缩机设计厂家对P101/102段间油水分离器进行核算，发现二、三段油水分离器分离能力不足，主要是分离器直径偏小，分离效果差。实际取样发现二、三段油水分离器出口有雾沫夹带现象，其中 二段分离器尤为严重。2.2.2 段间油水分离器油水 PH值测定及原因分析（1）CO入口流程简介进入尿一界区的 CO2有两路，一路来自合成一车间，另一路来自合成二车间，在通过液滴分离器

8、V101和D9分离过剩的水份后，分别进入往复式压缩机P101/102、P1 （如图2）。从流程上看，虽然进口管道是相互连通的，但P1主要使用合一来 CO2, P101/102主要使用合二来 CO2,P101/102与P1输送的CO2来源不同。由于合一、合二采用了不同的脱碳工艺，其CO2产生的冷凝水PH值及氨含量可能存在差异，因此需要测定在不同CO来源状态下的关联参数。(2) 段间油水分离器油水 PH值及氨含量测定表2 P101/102各段间油水PH值分析数据单独使用合一 CO同时使用合一、合二 CO时间一段二段三段时间一段二段三段PHPH最高7.16.736.15最大4.824.925.23最

9、低6.096.065.37最小4.043.993.94平均6.776.425.80平均4.454.504.66表3 P102各段间油水混合后的氨含量分析数据、单独使用合一 CQ单独使用合二CQ负荷氨含量PH负荷氨含量PHNnhmg/LNnhmg/L最咼33099887.18344115.64.65最低33098136.2234413.24.63平均3309895.86.69634417.84.64(3) 段间油水分离器油水 PH值偏低的原因分析结合机组发生腐蚀的关联事件分析，P101/102出现严重腐蚀主要发生在2004年以后，而2004年合二实施了装置扩能改造，并将脱碳系统的苯菲尔脱碳溶液更

10、换为aMDEA溶液，经验证同样使用合二CO2的尿二的数据，确认了造成压缩机 P101/102段间油水分离器油水 PH值偏低的原因是合二 CO2组分中微量氨发生 了变化。由以上验证和分析可见，CO2气体冷凝水 PH值低呈酸性且段间分离器分离能力不足是造成压缩机P101/102产生严重腐蚀的原因。3改进措施针对上述存在的问题，研究了两项改进措施。 一是增大P101/102二、三段油水分离器直径以提高分离效果；二是在 CO2气体中加入微量气氨，以提高CO2气体的PH值。3.1 P101/102 二、三段油水分离器直径增大根据专业压缩机设计厂家核算数据，将二段油水分离器直径由362mmF大到400mm

11、容积由0.18m3增大到0.186m3,三段油水分离器直径由257mm扩大到400mm容积由0.08m3增大到0.136m3，均采用切向进气方式。为防止更换分离器后压缩机出现共振，保持油水分离器现有出气管线中心线不变，出气口按现场 实际管径、管口方位和连接方式与现有管线连接，即安装高度和位置不变。3.2 CO 2气体中实现加氨3.2.1加氨流程设计气氨采用来自合一氨球的尾气(0.3 MPa )，在气氨管线上安装两位式电磁阀便于紧急切断，安装流量计便于计量和调整。由于加氨量较小，流速较低，高浓度气氨容易在管口处与CO发生反应，为避免生成碳铵盐堵塞加氨管道，在加氨管线上加入适量氮气，以降低气氨浓度

12、和提高流速，并设置一个混合器，.3以确保N2和气氨混合均匀(如图 3)。氮气的加入会降低 CO纯度，但由于仅有12m/h氮气加入量对 CO 纯度影响较小，尿素装置合成系统压力不会发生明显变化。空气低压氮流量计PHH-混合器止逆阀C02连通管线流量计气氨管线图3压缩机进口加氨流程3.2.2 加氨量计算假定压缩机进口 CO中只含饱和水，不含游离水，饱和蒸汽和氨在经过压缩机后全部冷凝成液体（废油水），从表3可知废油水中的氨含量，由此估算出合一CO中氨含量为1.59 x 10-5kg/kg.CO2,合二CO中氨含量为1.19 x 10-7kg/kg.CO2。由于在使用合一 CO时压缩机未出现明显腐蚀， 因此以合一 CO中氨含量为 基准，则合二 CO中应加入氨量为1.578 x 1O-5kg/kg.CO 2。加入气氨来自合一氨球尾气，其压力约0.3 MPa经减压到3kPa送入压缩机进口（压缩机进口压力约 3kPa），则各种负荷下气氨的加入量见表 4。表4各种负荷下的加氨量（气氨压力3kPa）最咼正常最低使用合二CQ流量（kg/h ）2300060002000加氨量（mVh ）0.4640.1210.0413.3改进效果2009年利用大修机会实施并完成了CO压缩机进口加氨流程和P101/102二、三段油水