濃硝酸裝置的腐蝕與防護

徐紅沈國良(.中國石油遼陽石油化纖公司， 遼寧 遼陽 003；.沈陽工業大學遼陽校區， 遼寧 遼陽 003)

濃硝酸裝置的腐蝕與防護

徐紅1沈國良2(1.中國石油遼陽石油化纖公司， 遼寧 遼陽 111003；2.沈陽工業大學遼陽校區， 遼寧 遼陽 111003)

本文介紹了濃硝酸裝置中主要存在的腐蝕現象，通過研究試驗，結合實際運行驗證，提出濃硝酸裝置易腐蝕部位防護措施。

濃硝酸裝置；腐蝕；防護

中石油遼陽石化硝酸廠濃硝酸裝置于2004年建成投產，設計能力為4萬噸/年(折百濃度)，采用間硝法工藝技術。間硝法生產濃硝酸工藝流程共有兩個工序，分別是：酸濃縮過程和鎂濃縮過程。本文根據該裝置運行情況, 從工藝及設備改進方面介紹濃硝酸生產的防腐蝕措施。

1 濃硝酸裝置運行中的主要腐蝕現象

1.1 氣相管腐蝕

濃硝酸裝置采用負壓操作系統。負壓系統靠真空噴射器形成，真空噴射器與濃縮系統通過氣相管相連，在這樣一個封閉的工藝系統內，形成負壓蒸餾系統。

在正常生產過程中，一小部分酸性水吸附在氣相管線上，這部分酸通過不斷吸收氣流中的硝酸氣體，濃度不斷提高，當其濃度超過75%時，對304L材質管線產生腐蝕。隨著濃度不斷的提高，氧化性也隨之提高，氣相管極易發生腐蝕現象，進而發生泄漏。

1.2 硝酸鎂加熱器的腐蝕

硝酸鎂加熱器是濃硝酸裝置的主要設備之一，作用是將稀硝酸鎂中所含的硝酸利用蒸汽熱量脫除，同時熱量作為蒸餾反應的熱源。硝酸鎂加熱器為U型管換熱器，盤管和殼體的材質均為奧氏體不銹鋼00Cr19Ni10(304L)，而不銹鋼設備如硝酸鎂蒸發器、硝酸鎂加熱器、換熱管與管板焊接區產生應力腐蝕[1]。

加熱器發生腐蝕的部位主要集中在硝酸鎂入口側的管束和加熱器殼體上。硝鎂加熱器的損壞部位通常在氣、液相界面處, 特別是露在液面外的列管容易被腐蝕[2]。該加熱器正常運行過程中，平均維修周期為2個月，隨著管束泄漏數量的增加，換熱效率逐步降低，使硝酸鎂脫硝效果降低，含硝量增加，加劇了換熱器的腐蝕速率。

根據腐蝕原理，通過對腐蝕部位以及腐蝕情況的分析，得出以下幾種腐蝕類型：均勻腐蝕、應力腐蝕和晶間腐蝕。

1.3 成品酸冷卻器自身及連接處泄露

該濃硝酸裝置成品酸冷卻器材質采用高硅鑄鐵，濃硝酸生產所使用的高硅鑄鐵牌號為STSi15R，具有優良的耐腐蝕性能，但高硅鑄鐵材料也有以下缺點：溫差變化大時易發生斷裂、鑄件產品中出現氣孔和裂紋的幾率大、加工性能差、加工時間長等。由于高硅鑄鐵管線無法焊接，只能通過法蘭連接，而且由于高硅鑄鐵本身性脆易發生斷裂，連接時螺栓的預緊力不能過大，這樣就導致高硅鑄鐵管連接處出現縫隙，在正常生產中隨著成品酸的流動產生泄漏[3]。泄漏出的成品酸對連接其管件的螺栓產生腐蝕，久而久之造成連接螺栓斷裂，發生事故。

2 濃硝酸裝置易腐蝕部位防護措施

2.1 氣相管腐蝕防護

分析氣相管內酸濃度后發現，部分酸濃度已達到90%以上，接近成品濃硝酸，在這種濃度下，304L不銹鋼會在短時間內腐蝕泄漏。為了選取最適用的材質來替換現有的304L材質，分別選取了高純鋁、高硅鑄鐵、聚四氟乙烯以及C4鋼在氣相環境下進行耐蝕試驗，試驗數據見表1。

通過上述數據，在氣相線內的環境下，以上四種材質均具有較好的耐腐蝕性，耐蝕性的強弱依次為高硅鑄鐵、聚四氟乙烯、C4鋼、高純鋁，所以優先選擇前兩種作為氣相管線的材質替換，考慮到高硅鑄鐵的重量以及其安裝和材質本身耐候性的弱點，我們最終選擇了內襯聚四氟乙烯的不銹鋼管作為最終替代材質。由于其外部有不銹鋼管做支撐，彌補了其作為工程塑料的柔軟性，而內襯的聚四氟乙烯又滿足了其耐蝕性的需要，加上其造價較低，完全符合工藝生產的需要。

2.2 硝酸鎂加熱器腐蝕防護

通過對腐蝕原因的分析，我們有針對性的對各類腐蝕采取了以下措施，使硝酸鎂加熱器的腐蝕速率大大降低。

①均勻腐蝕的防止 從工藝參數上嚴格要求稀硝酸鎂中含硝酸含量低于0.2%，通過定期取樣分析、加熱器內溫度嚴格控制、硝酸鎂液面嚴格控制等工作措施來保障其稀鎂含硝的數值。同時設立專人定期對加熱器殼體的重點部位進行厚度監測，發現腐蝕等問題及時解決。

②應力腐蝕的防止 主要從工藝操作上盡量減少氯離子的來源，使氯離子的濃度降到最低標準。

表1 不同材質掛片腐蝕情況表

（文章題目：濃硝酸裝置的腐蝕與防護）

③晶間腐蝕的防止 在焊接過程中做以改進，在新加熱器的制造過程中，采用對管板及殼體的焊縫處進行與稀硝酸低壓反應水冷器相似的固溶處理，使晶粒細化、均勻，同時也應退火處理，去除應力，以有效防止發生晶間腐蝕的發生。

2.3 濃硝酸成品酸冷卻器改為全鋁構造

通過實際運行的效果看，高硅鑄鐵管件的連接處經常泄漏，所以將原來的三層高硅鑄鐵管全部改為鋁管線，鋁管線全部采用焊接方式連接，使成品酸冷卻器成為一個整體的鋁制構造。為了防止換熱器上部分高溫帶來的腐蝕，適當的加大了循環水的流量，降低其上部三層的溫度，從而達到降低腐蝕速率的目的；同時監測和控制循環水水質，防止從換熱器外部發生的腐蝕[1]。經過近三年的運行，該設備運行良好，從未發生因泄漏發生酸進入循環水系統而造成的腐蝕事件。

[1]劉振宏.硝酸生產裝置腐蝕原因分析及防護對策[J].石油化工設備技術，2006，27(6):61.

[2]郭正安.間硝裝置技術改造總結[J]. 中氮肥, 2008, 1: 29.

[3]王育忠.鋁管換熱器腐蝕原因及解決方法[J].石化技術,2005,12(3):53.