饱和热水塔是合成氨系统的重要设备之一。过去的饱和热水塔常用16MnR材质制造，使用中腐蚀减薄现象比较严重，现在常用奥氏体不锈钢材料或复合不锈钢板制造，解决了钢板腐蚀减薄过快的问题。但在加压情况下，由于运行环境复杂，塔内操作温度高，腐蚀介质多，奥氏体不锈钢材料或复合不锈钢板制造的饱和热水塔仍存在程度不同的腐蚀现象。
1 企业设备概述
某合成氨生产企业2011年底投用了一台饱和热水塔。该设备由上下两部分组成，上部为饱和塔，使用介质为水蒸气和半水煤气，工作压力1.60MPa，工作温度135~150℃；下部为热水塔，使用介质为变换气和水蒸气，工作压力1.54MPa，工作温度140~90℃。上下塔筒体及封头材料均为316L+Q345R复合不锈钢板，壁厚3+26mm，直径2800mm，中间封头材料为316L，壁厚28mm。
2014年8月定期检验时发现，饱和塔热水进口管附近的不锈钢金属筒体内壁腐蚀严重，塔内进水管局部存在腐蚀现象，其他部位无异常。筒体不锈钢内壁经表面清理后，可见大量腐蚀凹坑，详见图1。腐蚀部位经渗透检测，未发现裂纹等其他缺陷。将表面清理下来的锈垢等腐蚀物置于盐酸溶液，未见气泡产生，溶液呈浅绿色。简单地用磁铁检验，发现腐蚀产物具有明显的磁性。此外经查看设备的质量证明书，不锈钢材料均进行了固溶处理。
观察饱和塔热水喷淋方式，该设备采用分配管的方式进行喷淋。热水进口管水平进入饱和塔，经90°弯管焊接一水平分配管，在分配管下方安装一分配槽，通过溢流孔喷洒在截面上，该分配槽的安装方向与热水进水管的方向一致，见图2。
2 腐蚀原因分析
2.1 气液接触形成导电介质引起的电化学腐蚀导致气液冲刷腐蚀
以固体燃料为原料的合成氨生产过程中，半水煤气制备是第一道生产工序，经调查，半水煤气组分一般为：CO2 6%~14%，H2S 0.1%~0.3%，该设备循环热水使用原水，经检测，热水中氯离子含量严重超标，分析认为缺陷位置存在以下腐蚀：
(1)H2S腐蚀
硫化物的含量是关系到饱和热水塔腐蚀的一个重要因素。原料气中硫化物一般是以H2S、COS、CS2等形式存在，硫化物中的H2S为活性硫化物，对金属腐蚀性最强。H2S溶解于水，生成酸性电解液，造成腐蚀，破坏了设备或管道表面的氧化膜。氧化膜被破坏后，碳素钢被H2S腐蚀，生成物主要为FeS，它是疏松多孔且易剥落的薄膜并能加速腐蚀反应的进行。
H2S主要腐蚀Fe元素，由于Fe、FeC3是以不规则形状排列的，故腐蚀的进行如蚕食一样，层层深入，这就是金属被H2S腐蚀后生成疏松多孔且易剥落薄膜的缘故。H2S对饱和热水塔的腐蚀速度随着溶液的温度、浓度和压力等条件的提升而加快。
一般气液接触规律为：气体溶解度与溶液温度成反比，与气体压力成正比。这是加压变换压力越高，介质腐蚀越厉害的根本原因。
(2)CO2腐蚀
半水煤气中CO2含量一般在6%~14%之间。故在饱和热水塔循环热水中有大量CO2溶解而生成碳酸水溶液，经检测，热水pH＜5，对金属引起氧的去极化腐蚀。
CO2腐蚀机理如下：
Fe+2CO2+2H2O→Fe(HCO3)2+H2↑
化合物Fe(HCO3)2不稳定，比FeS易溶解，能与H2S和O2反应，生成溶度积小的硫化铁和氧化铁。在饱和塔液气交界处，腐蚀更为严重，因为在相同温度下，水膜状态比液态腐蚀率要大1～5倍，气体腐蚀率最小。
(3)氯离子腐蚀
经了解，该企业所用循环水为原水，未经任何水处理，氯离子含量严重超标。氯离子具有很强的穿透性，且常在点蚀敏感区域富集，如在不锈钢点蚀坑处富集，加速点蚀，而且不锈钢锈蚀层（氧化铁或氧化亚铁即腐蚀产物）不能阻止氯离子穿透。
2.2 热水喷淋结构的不合理引起气液剧烈波动加速了腐蚀速率
饱和塔腐蚀部位主要位于气液波动位置。在加压变换条件下，由于气体重度增大，密度增加，当气体流速增加到一定程度后，介质的机械冲刷作用会破坏金属表面的保护层（或保护膜），使金属表层处于无表面膜或表面膜不完善的状态，腐蚀速度会明显增加。经了解，饱和塔热水喷淋装置由制造单位设计安装，且无实际运用的先例。实际使用情况表明，饱和塔进水管处的结构，加大了气液的波动及对塔壁的冲刷磨损，同时又加快了电化学腐蚀的进程。此外还发现，热水分配管的上部和热水进水管的下部腐蚀也较明显，显然是处于气液波动剧烈空间的缘故。
3 饱和塔的防腐措施
3.1 原先的喷淋结构不利于热水的均匀分布，仍会产生一定的气液偏流和壁流现象，且进水管附近更为明显。改变分配管方向（如水平垂直进水管）或采用盘式分布器，再通过溢流孔均匀地喷洒在整个截面上，能避免热水偏流、壁流现象及气液剧烈波动。
3.2 在较高变换压力下，工艺用汽、用水有特殊要求，要特别加强水处理净化管理工作，最好采用除盐除氧处理软水装置，严格控制软水质量和循环热水氯离子含量。
3.3 对腐蚀介质进行处理，降低或清除各种腐蚀介质，可以降低或消除腐蚀介质对金属的腐蚀。通过一定的工艺手段和管理措施控制半水煤气中的H2S和CO2的含量。活性炭脱硫可以脱除部分有机硫，这对降低变换气中的H2S含量具有一定好处。
4 结论和对现有饱和塔腐蚀的处理
(1)气液接触形成导电介质而引起的电化学腐蚀导致气液冲刷腐蚀。
(2)热水喷淋结构的不合理引起气液剧烈波动，加速了腐蚀速率。
(3)改变分配管方向（如水平垂直进水管）或采用盘式分布器，再通过溢流孔均匀地喷洒在整个截面上，能避免热水偏流、壁流现象及气液剧烈波动。
(4)加强水处理净化管理工作，最好采用除盐除氧处理软水装置，严格控制软水质量和循环热水氯离子含量。
由于腐蚀部位比较集中，可选方案是将饱和塔热水进口段筒体整体更换，但这需要很长时间，生产不允许，所以只能采取在筒体内壁腐蚀部位焊补，并贴补不锈钢钢板遮盖腐蚀较严重的部位，见图3。并在焊补部位及贴补完成后对角焊缝进行渗透探伤。建议每年年度大修时，均对饱和塔进水管附近筒体进行检查，以确保饱和热水塔的安全运行。
因饱和热水塔的腐蚀是客观存在，无法彻底避免。采用上述几种防腐措施后，饱和塔的腐蚀可以起到明显的减缓作用，保证了装置的安全运行。
1 企业设备概述
某合成氨生产企业2011年底投用了一台饱和热水塔。该设备由上下两部分组成，上部为饱和塔，使用介质为水蒸气和半水煤气，工作压力1.60MPa，工作温度135~150℃；下部为热水塔，使用介质为变换气和水蒸气，工作压力1.54MPa，工作温度140~90℃。上下塔筒体及封头材料均为316L+Q345R复合不锈钢板，壁厚3+26mm，直径2800mm，中间封头材料为316L，壁厚28mm。
2014年8月定期检验时发现，饱和塔热水进口管附近的不锈钢金属筒体内壁腐蚀严重，塔内进水管局部存在腐蚀现象，其他部位无异常。筒体不锈钢内壁经表面清理后，可见大量腐蚀凹坑，详见图1。腐蚀部位经渗透检测，未发现裂纹等其他缺陷。将表面清理下来的锈垢等腐蚀物置于盐酸溶液，未见气泡产生，溶液呈浅绿色。简单地用磁铁检验，发现腐蚀产物具有明显的磁性。此外经查看设备的质量证明书，不锈钢材料均进行了固溶处理。
观察饱和塔热水喷淋方式，该设备采用分配管的方式进行喷淋。热水进口管水平进入饱和塔，经90°弯管焊接一水平分配管，在分配管下方安装一分配槽，通过溢流孔喷洒在截面上，该分配槽的安装方向与热水进水管的方向一致，见图2。
2 腐蚀原因分析
2.1 气液接触形成导电介质引起的电化学腐蚀导致气液冲刷腐蚀
以固体燃料为原料的合成氨生产过程中，半水煤气制备是第一道生产工序，经调查，半水煤气组分一般为：CO2 6%~14%，H2S 0.1%~0.3%，该设备循环热水使用原水，经检测，热水中氯离子含量严重超标，分析认为缺陷位置存在以下腐蚀：
(1)H2S腐蚀
硫化物的含量是关系到饱和热水塔腐蚀的一个重要因素。原料气中硫化物一般是以H2S、COS、CS2等形式存在，硫化物中的H2S为活性硫化物，对金属腐蚀性最强。H2S溶解于水，生成酸性电解液，造成腐蚀，破坏了设备或管道表面的氧化膜。氧化膜被破坏后，碳素钢被H2S腐蚀，生成物主要为FeS，它是疏松多孔且易剥落的薄膜并能加速腐蚀反应的进行。
H2S主要腐蚀Fe元素，由于Fe、FeC3是以不规则形状排列的，故腐蚀的进行如蚕食一样，层层深入，这就是金属被H2S腐蚀后生成疏松多孔且易剥落薄膜的缘故。H2S对饱和热水塔的腐蚀速度随着溶液的温度、浓度和压力等条件的提升而加快。
一般气液接触规律为：气体溶解度与溶液温度成反比，与气体压力成正比。这是加压变换压力越高，介质腐蚀越厉害的根本原因。
(2)CO2腐蚀
半水煤气中CO2含量一般在6%~14%之间。故在饱和热水塔循环热水中有大量CO2溶解而生成碳酸水溶液，经检测，热水pH＜5，对金属引起氧的去极化腐蚀。
CO2腐蚀机理如下：
Fe+2CO2+2H2O→Fe(HCO3)2+H2↑
化合物Fe(HCO3)2不稳定，比FeS易溶解，能与H2S和O2反应，生成溶度积小的硫化铁和氧化铁。在饱和塔液气交界处，腐蚀更为严重，因为在相同温度下，水膜状态比液态腐蚀率要大1～5倍，气体腐蚀率最小。
(3)氯离子腐蚀
经了解，该企业所用循环水为原水，未经任何水处理，氯离子含量严重超标。氯离子具有很强的穿透性，且常在点蚀敏感区域富集，如在不锈钢点蚀坑处富集，加速点蚀，而且不锈钢锈蚀层（氧化铁或氧化亚铁即腐蚀产物）不能阻止氯离子穿透。
2.2 热水喷淋结构的不合理引起气液剧烈波动加速了腐蚀速率
饱和塔腐蚀部位主要位于气液波动位置。在加压变换条件下，由于气体重度增大，密度增加，当气体流速增加到一定程度后，介质的机械冲刷作用会破坏金属表面的保护层（或保护膜），使金属表层处于无表面膜或表面膜不完善的状态，腐蚀速度会明显增加。经了解，饱和塔热水喷淋装置由制造单位设计安装，且无实际运用的先例。实际使用情况表明，饱和塔进水管处的结构，加大了气液的波动及对塔壁的冲刷磨损，同时又加快了电化学腐蚀的进程。此外还发现，热水分配管的上部和热水进水管的下部腐蚀也较明显，显然是处于气液波动剧烈空间的缘故。
3 饱和塔的防腐措施
3.1 原先的喷淋结构不利于热水的均匀分布，仍会产生一定的气液偏流和壁流现象，且进水管附近更为明显。改变分配管方向（如水平垂直进水管）或采用盘式分布器，再通过溢流孔均匀地喷洒在整个截面上，能避免热水偏流、壁流现象及气液剧烈波动。
3.2 在较高变换压力下，工艺用汽、用水有特殊要求，要特别加强水处理净化管理工作，最好采用除盐除氧处理软水装置，严格控制软水质量和循环热水氯离子含量。
3.3 对腐蚀介质进行处理，降低或清除各种腐蚀介质，可以降低或消除腐蚀介质对金属的腐蚀。通过一定的工艺手段和管理措施控制半水煤气中的H2S和CO2的含量。活性炭脱硫可以脱除部分有机硫，这对降低变换气中的H2S含量具有一定好处。
4 结论和对现有饱和塔腐蚀的处理
(1)气液接触形成导电介质而引起的电化学腐蚀导致气液冲刷腐蚀。
(2)热水喷淋结构的不合理引起气液剧烈波动，加速了腐蚀速率。
(3)改变分配管方向（如水平垂直进水管）或采用盘式分布器，再通过溢流孔均匀地喷洒在整个截面上，能避免热水偏流、壁流现象及气液剧烈波动。
(4)加强水处理净化管理工作，最好采用除盐除氧处理软水装置，严格控制软水质量和循环热水氯离子含量。
由于腐蚀部位比较集中，可选方案是将饱和塔热水进口段筒体整体更换，但这需要很长时间，生产不允许，所以只能采取在筒体内壁腐蚀部位焊补，并贴补不锈钢钢板遮盖腐蚀较严重的部位，见图3。并在焊补部位及贴补完成后对角焊缝进行渗透探伤。建议每年年度大修时，均对饱和塔进水管附近筒体进行检查，以确保饱和热水塔的安全运行。
因饱和热水塔的腐蚀是客观存在，无法彻底避免。采用上述几种防腐措施后，饱和塔的腐蚀可以起到明显的减缓作用，保证了装置的安全运行。