濃硝酸生產裝置長周期運行的改造措施

鄭守利 任玉維

作者通聯：遼陽石化分公司硝酸廠 遼寧遼陽市宏偉區西環路23號 111003

E-mail：zshouli-ly@petrochina.com.cn

遼陽石化硝酸廠2004年建成投產了兩套4萬t/a硝鎂法生產濃硝酸的裝置，在生產中，特別是在開車運行的第一年，由于經驗不足，在設備的維護和材料的選用上認識不夠，再加上操作中工藝參數控制穩定性差，使設備頻繁出現泄漏，嚴重影響生產。

經過幾年的摸索和探討，以及運行中對濃硝生產中一些情況的掌握，有針對性地對設備和易泄漏部位進行改造，徹底消除了影響裝置穩定運行的瓶頸，實現了預期目標。

1.濃縮塔氣相管線的改造

氣相管線是連接氣液分離器與塔尾噴射器的通道，用以保證濃縮塔系統負壓穩定地把來自氣液分離器的尾氣經管線到塔尾噴射器（J210）進行回收。管線原設計材料為00Cr19Ni10,但在運行中發現，由于腐蝕、沖刷等原因，導致管線頻繁出現泄漏，大面積管壁減薄，不得不采用反復更換來維持生產，嚴重影響裝置平穩運行。

經過研究發現，管線頻繁泄漏的原因是從氣液分離器出來的塔尾氣在低溫下不斷冷凝形成濃硝酸，由于濃硝酸的強氧化性和強腐蝕性，其在常溫狀態下就對00Cr19Ni10材料的管道與設備產生較嚴重的腐蝕破壞，再加上不凝氣體，攜帶濃硝酸對管道的沖刷作用，使得管線在很短的運行周期內就在彎頭的焊縫及直管薄弱處出現大面積的泄漏，同時整個管線的壁厚也明顯減薄，導致無法維持生產，只得停車更換。根據以往運行的情況，約三個月就必須更換一次。這樣不僅增加了維修費用和產品綜合單耗，還加重了檢修的工作量，嚴重地制約著裝置的長周期運行。通過調研了解到，聚四氟乙烯是耐濃硝酸腐蝕和抗沖刷的理想材料，為了保證管材的強度和耐腐蝕性，用00Cr19Ni10管材內襯聚四氟乙烯，做成襯氟管，同時考慮襯氟管的制造難度，每根管子的長度不得超過4m，管子之間用法蘭連接。由于生產中系統是在一定的負壓下運行，所以用法蘭連接的襯聚四氟乙烯管能夠很好地滿足工藝生產需要，還方便備件的更換。2006年12月對兩套系統的氣相管線用上述襯氟管進行了整體更換。改造后運行至今，未出現泄漏的情況，有效地滿足了裝置的穩定運行。

2.成品酸冷卻器及入口管線的改造

經漂白塔塔底酸封流出的濃硝酸成品，原設計是通過Φ57mm×4mm的純鋁管線進入成品酸冷卻器，冷卻后的濃硝酸送入成品酸罐。純鋁管線雖然在輸送濃硝酸的過程中，內表面能形成鈍化層，但從酸封出來的濃硝酸溫度較高，一般在80～90℃之間，管道中因不能充滿介質，使其上部形成熱酸氣，加速了對鈍化層及焊縫處的破壞，加上開停車過程中成品酸的溫度變化，使得管線的使用壽命大大縮短，往往新更換的管線在運行兩個月后，就在焊縫處出現蜂窩狀的腐蝕泄漏點，管材也有減薄的跡象，并且在活套法蘭的翻邊處也因腐蝕產生了泄漏，對周圍的支架和平臺造成一定程度的破壞。為了消除泄漏，用既能耐高溫濃硝酸腐蝕，又能適合不同濃度硝酸的高硅鑄鐵管材替代純鋁管線，同時高硅鑄鐵管又具有良好的散熱效果。雖然高硅鑄鐵管脆性大、易碎，但用在常壓的工況下，還是取得了預期的效果，解決了泄漏問題。

對成品酸冷卻器也進行了相應的改造，把原設計物料由下進上出改為上進下出，解決了物料在管道內流動受阻，減少了停留時間。同時把由高硅鑄鐵管與純鋁管材混合組裝的成品酸冷卻器更換成為全部純鋁焊接管材，消除了原設有法蘭連接的泄漏，杜絕了外噴淋冷卻水的污染。

3.硝鎂加熱器的改造

硝鎂加熱器是濃硝生產中的關鍵設備。它是把濃硝酸鎂吸收稀硝酸中的水分成為稀硝酸鎂溶液后，從塔底流入硝鎂加熱器（E201），經加熱脫硝后流入稀硝酸鎂儲罐。同時加熱中產生的二次蒸汽進入硝酸濃縮塔底部，作為蒸餾操作的熱源。

硝酸鎂加熱器的結構為U形管釜式加熱器，管和殼程材料均為00Cr19Ni10，工藝操作溫度為174℃左右。有資料表明，當溫度大于70℃時，硝酸對00Cr19Ni10材料的腐蝕明顯加劇。正是由于高溫含硝的稀硝酸鎂溶液由塔底部沿下料管流入硝酸鎂加熱器，使加熱器的進料管腐蝕嚴重，整個接管管壁也快速減薄。另外高溫稀硝酸鎂溶液還對U形管束產生嚴重的沖刷腐蝕，使正對下料管處的多根換熱管很快斷裂，造成大量加熱蒸汽外泄，嚴重破壞塔系統的真空度，無法維持生產。同時運行中還發現，在人孔、垂直物料接管處，因加熱器內含酸蒸汽冷凝后沿容器壁下流，使加熱器壁也出現了嚴重的局部腐蝕泄漏。

針對以上情況，運行中也試著采用厚壁的下料管和增設00Cr19Ni10管束防沖板，但都未從根本上解決問題。后經研究，聚四氟乙烯在220℃以下，具有良好的抗腐蝕和沖刷性能，很好地適應此工況，所以在高溫的稀硝酸鎂下料管內增設5mm厚的聚四氟乙烯襯套管，并把管束上的00Cr19Ni10防沖板更換成5mm厚的聚四氟乙烯板，消除了介質對接管及換熱管的直接破壞，同時把硝鎂加熱器的人孔接管、預熱蒸汽接管、氣相出口接管均改成內伸式結構，杜絕了含硝冷凝液體沿殼體壁流下時對殼體的腐蝕。

改造后的濃硝酸生產裝置運行平穩，實現了長周期穩定運行的目的。