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某化肥厂烟囱防腐蚀技术

烟囱防腐概述

某集团化肥有限公司下属一家以生产三聚氰酸为主的精细化工企业,自2001年8月份投产以来,热解工序排氨烟囱下部的水喷淋处不断发生严重腐蚀,厚度由原来的6mm减薄到不足2mm,焊缝处出现应力腐蚀断裂,一些部位孔蚀严重,急需对烟囱防腐处理。
 

1.热解工序工艺简介

如图1所示,来自热风炉的高温烟道气通入隧道窑内的加热管内,使窑内温度上升至280℃左右,尿素在窑内发生热解缩合反应生成粗品三聚氰酸,反应释放的氨气及其他物质(如HCl等),通过排氨风机,由排氨烟囱排出。


 

2.腐蚀原因

2.1小孔腐蚀
孔蚀的发生大都和Cl-离子有关。尿素在进行热解缩合反应的同时,尿素中掺入的氯化胺活化剂,会随着温度升高,分解成氯化氢和氨气,在通过风机进入排氨烟囱时,由于温度降低,分解物就会在烟囱下部处结晶为氯化铵,进行水喷淋操作后,Cl-就附着在了排氨烟囱上。

Cl-的存在可以破坏保护膜,形成点蚀坑。由于金属表面上存在硫化物夹杂,如MnS等,所以会使碳钢在含氧的水中产生孔蚀。硫化物相对碳钢基体为阳极,孔蚀自硫化物/钢交界处开始,向钢基一侧发展,腐蚀产物呈半球形壳膜覆盖在蚀孔上,阻止了溶液中的溶解氧向孔底扩散,构成了封闭电池腐蚀,使孔蚀加深加大。

2.2高温氧化腐蚀

在排氨烟囱内采用的是间断通水喷淋工艺。在不喷淋的情况下,新鲜裸露的铁表面会发生高温氧化腐蚀,形成Fe2O3和Fe3O4氧化层。同时,NH4Cl会在氧化层上结晶,达到一定厚度后,通水喷淋。因为水中含有Cl-,所以NH4Cl结晶物冲掉后,氧化层随即遭到破坏,被冲洗下来,露出铁金属。停止喷淋后,又再发生高温氧化腐蚀反应,如此循环,使排氨烟囱不断被腐蚀破坏。

2.3电化学吸氧腐蚀

通常碳钢在氨水中,可形成钝化膜,从而抑止腐蚀的发生。但由于溶液中存在Cl-,钝化膜遭到破坏,难以形成有效保护,这就为电化学腐蚀创造了条件。

阳极Fe→Fe2++2e

Fe2+→Fe3++e

阴极2H2O+O2+4e→4OH-

吸氧腐蚀随温度升高而速度加快,我公司排氨烟囱通水时的温度较高,而且碳钢处于流动的液体中,所以腐蚀速度是比较快。

2.4应力腐蚀

应力腐蚀破裂是金属材料在静拉伸应力和腐蚀介质共同作用下导致破裂的一种腐蚀现象。

排氨烟囱在卷制焊接过程中,不可避免地会存在一些焊接缺陷,产生残余应力,加上环境介质中又存在腐蚀介质,这样就导致了应力腐蚀的发生。
 

3.采取的烟囱防腐措施

为预防腐蚀的发生,决定采取以下烟囱防腐措施。

(1)增加水洗装置

热解炉排出的HCl和NH3都易溶于水,因此气体从热解炉排出后,经过水洗,可以去除大部分的HCl和NH3,还可降低气体温度,抑制孔蚀的发生。

(2)改变操作工艺

以前操作中用水将NH4Cl冲洗完后,等发生电化学吸氧腐蚀后再停止冲水。现在可以根据冲洗时流出液体的颜色来判断。NH4Cl首先溶解是无色的,等出现红色时,说明铁锈已被冲洗;出现绿色时,说明已经发生电化学吸氧腐蚀。因此,出现红色时,就应停止冲水,既可保护铁锈层,又可防止电化学腐蚀的发生。

(3)合理选折烟囱防腐材料

排氨烟囱以前采用的是普通碳素钢材料,硫含量较高,耐孔蚀性能差,因此我们决定将烟囱下部改用硫含量少、铬含量高的耐孔蚀高纯铁素体不锈钢材料,耐孔蚀性能从而大大提高。同时,在焊接加工时,为防止起焊和停焊位置、焊缝端部以及引弧点位置发生腐蚀疲劳和应力腐蚀,采取退火等热处理办法,以消除残余应力。


 
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