冯建华
（四川绵竹川润化工有限公司，四川 绵竹618200）
［摘 要］四川绵竹川润化工有限公司200 kt/a合成氨装置MDEA脱碳系统自2019年12月投产以来，管道、阀门、设备多次出现腐蚀泄漏。经分析与总结，其主要腐蚀原因为冲刷腐蚀、CO2酸性腐蚀、HSS（热稳定性盐）阴离子腐蚀。为此，采取了优化设备与管道设计及合理选材、CO2酸性腐蚀区选用不锈钢材料、加强监测与运行维护（定期分析MDEA溶液Fe2+含量、溶液离线或在线净化、定期检查维护设备与管道）等一系列防治措施，MDEA脱碳系统的腐蚀问题得到有效解决，系统运行稳定，再未出现过管道、设备、阀门泄漏。并结合生产经验就系统设计、MDEA溶液监测提出建议。
［关键词］MDEA脱碳系统；设备腐蚀；原因分析；冲刷腐蚀；CO2酸性腐蚀；HSS阴离子腐蚀；防治措施；经验与建议
［中图分类号］ TQ113.26+4 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2025）02-0027-05
0 引 言
四川绵竹川润化工有限公司（简称川润化工）200 kt/a合成氨装置以天然气为原料，主生产工艺为两段转化、中低温变换、MDEA脱碳、甲烷化、中压氨合成，MDEA脱碳系统再生出的CO2用于生产工业级和食品级液体CO2。其中，MDEA脱碳系统由四川省化工设计院设计，采用江苏某公司的MDEA脱碳溶液，系统所需热量由低变炉出口气（190～220 ℃）进低变气再沸器加热MDEA溶液（110～120 ℃）提供，不外补蒸汽，于2019年12月投产。MDEA脱碳系统主要设备有CO2吸收塔1台、CO2再生塔1台、低变气再沸器1台、富液预热器1台、富液闪蒸槽1台、贫液水冷器1台、半贫液水冷器1台、贫液泵2台（一开一备）、半贫液泵2台（一开一备）、溶液泵2台（一开一备）等，累计运行近5 a。MDEA脱碳系统投运以来，系统管道、阀门、设备多次出现泄漏，调研同类企业，也存在类似情况。为此，川润化工针对MDEA脱碳系统运行问题展开研究，通过不断整改和优化调整，系统运行趋于稳定，安全环保生产得到保证。以下对有关情况作一介绍。
1 MDEA脱碳系统概况
1.1 MDEA脱碳系统工艺流程（图1）简介
CO2吸收塔上部加入的贫液［MDEA浓度45%～50%（质量分数，下同）］，自上而下在吸收塔上部填料层吸收自下而上的低变气（设计低变气成分为CO2 17.80%、CO 0.30%、H2 60.40%、N2 20.20%、CH4 0.40%、H2O 0.70%、Ar 0.30%）中的CO2，出吸收塔脱碳气CO2含量0.10%（其他气体成分CO 0.30%、H2 74.00%、N2 24.80%、CH4 0.40%、Ar 0.30%），吸收液流至吸收塔中部与半贫液（MDEA浓度45%～55%）混合继续向下在下部填料层吸收低变气中大部分的CO2，吸收塔底部含大量CO2的富液从塔底流出，经富液闪蒸槽闪蒸出闪蒸气（含可燃气）供造气系统用作燃料，液体（60 ℃）则经富液预热器壳程被低变气再沸器来的低变气加热至85 ℃后从CO2再生塔上部进入，在再生塔上部填料层解吸出溶液中的CO2，出再生塔气含CO2 97.5%；溶液流至中部成为半贫液，此半贫液维持再生塔一定的液位从中部引出一部分，另一部分则继续向下流动。引出的半贫液分成两股，一股（约430 m3/h）经半贫液水冷器降温至55 ℃并经半贫液泵加压后进入吸收塔中部；另一股（约180 m3/h）通过溶液泵加压并经溶液换热器与再生塔底部流出的贫液换热后返回再生塔中部。溶液在再生塔下部填料层解吸出其余的CO2后进入低变气再沸器，被加热至110～120 ℃后进入再生塔底部。再生塔底部流出的贫液经溶液换热器、贫液水冷器降温至50 ℃并经贫液泵加压送入吸收塔上部。由此形成MDEA脱碳系统吸收—解吸再生循环。
1.2 主要设备概况
1）CO2吸收塔（1台），规格Φ2 600 mm×26 mm（下段）/Φ1 800 mm×20 mm（上段）×47 000 mm（总高），塔体材质Q345R，设计压力2.2 MPa，设计温度100 ℃，换热面积170 m2；内件规格Φ2 600 mm（下段）/Φ1 800 mm（上段），内件材质304。
2）CO2再生塔（1台），规格Φ2 000 mm×20 mm（下段）/Φ3 000 mm×23 mm（上段）×50 440 mm（总高），材质Q345R（塔体）+06Cr19Ni10（内衬），设计压力035 MPa，设计温度120 ℃，换热面积222.4 m2；内件规格Φ2 000 mm（下段）/Φ3 000 mm（上段），内件材质304。
3）富液预热器（1台），规格Φ900 mm×10 mm×4 923 mm，材质S30408（原设计材质为Q345R），设计压力1.2 MPa（壳程）/2.4 MPa（管程），设计温度90 ℃（壳程）/145 ℃（管程），换热面积85.4 m2；换热管规格Φ25 mm×2 mm×2 500 mm、材质S30408，共460根。
4）半贫液水冷器（1台），规格Φ900 mm×8 mm×4 515 mm，材质Q345R+S30408，设计压力0.6 MPa（壳程）/0.6 MPa（管程），设计温度95 ℃（壳程）/60 ℃（管程），换热面积116 m2；换热管（波纹管）规格Φ25 mm×1 mm×3 000 mm、材质S30408，共504根。
5）贫液水冷器（1台），规格Φ1 200 mm×10 mm×6 428 mm，材质Q345R+S30408，设计压力0.6 MPa（壳程）/0.6 MPa（管程），设计温度105 ℃（壳程）/60 ℃（管程），换热面积388 m2；换热管（波纹管）规格Φ25 mm×1 mm×4 500 mm、材质S30408，共1 100根。
6）低变气再沸器（1台），规格Φ1 200 mm×10 mm×8 300 mm，材质S30408，设计压力0.85 MPa（壳程）/2.40 MPa（管程），设计温度140 ℃（壳程）/250 ℃（管程），换热面积490 m2；换热管规格Φ19 mm×2 mm×5 506 mm、材质0Cr18Ni9，共1 549根。
7）贫液泵（2台），型号180HDD295X2-A，流量184 m3/h，扬程248 m，其泵体材质为不锈钢。
8）半贫液泵（2台），型号795HDD220，流量575 m3/h，扬程228 m，其泵体材质为不锈钢。
2 MDEA脱碳系统主要腐蚀问题
2.1 MDEA溶液管道腐蚀
川润化工脱碳系统除低变气再沸器进/出口MDEA溶液管道采用不锈钢材质外，其他MDEA溶液管道均采用碳钢，系统运行到第2年至第3年时陆续出现腐蚀渗漏——CO2吸收塔出口富液管道多个管段发现点渗漏、半贫液泵进口管道多个管段出现点渗漏、富液闪蒸槽液位调节阀后管道出现渗漏，当期在漏点处临时安装管卡维持系统运行；年度大修时对渗漏管道进行检查，管道内表面呈现沟槽、疏松、多孔状结构，管道中溶液流向改变处腐蚀尤为严重。
2.2 MDEA溶液阀门腐蚀
1）脱碳系统CO2吸收塔、CO2再生塔、富液闪蒸槽的液位调节阀采用不锈钢材质，其他阀门采用碳钢材质，系统运行至第1年底就出现碳钢阀门内漏，还出现启停半贫液泵和溶液泵时阀门关闭后泄不完压、排不净溶液的现象；系统停车对阀门进行解体检查时发现，半贫液泵进/出口闸阀阀芯下半幅背面有点状腐蚀、正面有沟槽状冲刷腐蚀，阀体密封面有溶液冲刷形成的浅痕。
2）检查发现脱碳系统2台半贫液泵（一开一备）出口止回阀阀芯严重腐蚀，阀体内部有麻点状孔蚀，其中一台泵的出口止回阀阀芯已不在阀体内。半贫液泵出口止回阀采用轴流式结构，垂直安装，工作状态时，阀芯在流体压力推动作用下开启，阀芯后座弹簧处于压缩状态，半贫液通过止回阀时其阀芯在轴流方向上一直处于较小的窜动状态，半贫液在圆锥形阀芯前后端与阀内腔体之间有旋流和低压区，半贫液（温度60 ℃，残碳量26～28 L/L）极易出现CO2逸出，冲刷+汽蚀造成半贫液泵出口止回阀严重腐蚀。
3）脱碳系统富液预热器副线阀、溶液换热器进/出口阀、富液闪蒸槽副线阀运行至第2年的不同时间段开始出现阀体渗液，当期采取加卡子、安装抱箍等临时堵漏措施；系统停车时对阀门解体检查发现多为冲刷性腐蚀。
2.3 设备腐蚀
1）CO2吸收塔壳体采用Q345R碳钢、塔内装填304不锈钢规整填料，CO2再生塔壳体采用Q345R碳钢、内衬06Cr19Ni10不锈钢薄板、塔内装填304不锈钢规整填料，每年大修拆开吸收塔及再生塔上/中/下人孔检查发现填料不锈钢支架与塔壁焊缝有个别裂口，塔内壁表面钝化膜有脱落现象，未见明显腐蚀，塔底部有主要成分为FeCO3和Fe3O4的少量黑色片状物。
2）富液预热器壳体采用Q345R碳钢，管板采用不锈钢复合板。运行至第2年设备壳体出现渗液，外观检查发现壳体焊缝边缘有一砂眼；系统停车检查，发现壳体另有两处渗液，试压管板有漏点，经有资质的第三方单位对壳体漏点进行补焊、对管板进行堆焊修复后，富液预热器投入生产并监护运行。2021年度大修时更换了富液预热器，设备材质变更为不锈钢（S30408）。拆开旧富液预热器壳体，发现溶液进口端壳体内表面、管板内侧面腐蚀严重，金属表面点状腐蚀坑多，部分区域腐蚀坑已连成片，金属板减薄量最大处达1.1 cm，属于典型的CO2酸性腐蚀。
3 MDEA脱碳系统腐蚀原因分析
3.1 MDEA物化性质
MDEA脱碳溶液是N-甲基二乙醇胺的水溶液，添加有少量活化剂。N-甲基二乙醇胺的分子量119.17，分子式C5 H13NO2，其是一种无色液体，与水可以无限互溶，在一定条件下对CO2等酸性气有很强的吸收能力，且吸收反应热小、解吸温度低、化学性质稳定，在正常操作范围内性质稳定，不降解、蒸气压低、损失少，年补充率2%～3%。MDEA脱碳溶液沸点246 ℃（102 kPa）、闪点126.7 ℃、汽化热17.581 kJ/mol、密度（20 ℃）1 039 kg/m3，呈弱碱性，对碳钢基本不腐蚀。
3.2 冲刷腐蚀
更多内容详见《中氮肥》2025年第2期