压缩机腐蚀原因分析及处理.doc
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4、压缩机发生严重腐蚀的原因进行了分析,并找出了有效的改进措施。关键词 CO2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CO2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CO2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
5、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CO2压缩机,P1的检修频率却较小,腐蚀现象不明显。表1 P101/102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 CO2压缩机腐蚀原因分析2.1 CO2腐蚀机理CO2
6、对设备、材料的腐蚀影响因素较多,其一是CO2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CO2腐蚀的关键因素,CO2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,CO2溶解度也大幅度增加。(2)温度的影响。温度高低对是否发生CO2腐蚀并不直接相关,但温度会影响CO2气体中水含量的饱和度,当加压后的CO2被冷却降温时,必然会有冷凝水产生,由此为CO2的腐蚀提供了条件。(3)压力
7、的影响。随着压力的增加CO2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H+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
8、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(Fe3C),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。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)
9、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40的进口部位,腐蚀比较严重,而100的出口部位腐蚀很少发生;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
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