硝鎂加熱器腐蝕的原因與改進

尹升寶(煙臺巨力精細化工股份有限公司，山東 煙臺 265200)

1 濃縮裝置概述

濃縮裝置主要包括硝酸鎂蒸發(fā)濃縮、稀硝酸濃縮、和濃硝酸儲存，稀硝酸濃縮由五套獨立的濃縮系統(tǒng)組成，硝酸鎂蒸發(fā)濃縮由三套（兩大一小）獨立的蒸發(fā)系統(tǒng)組成。

1.1 濃硝酸生產(chǎn)原理

在濃硝酸實際生產(chǎn)中，硝酸與水形成的是二元恒沸混合物，最高恒沸點121.9℃，相對應的汽、液相硝酸濃度為68.4%，達到相平衡，繼續(xù)蒸餾氣、液相濃度不會改變，不能得到68.4%以上的濃硝酸。在實際生產(chǎn)中采用特殊的蒸餾—萃取蒸餾。

在硝鎂法生產(chǎn)濃硝酸過程中,將硝酸鎂（脫水劑）作為第三組分加入稀硝酸中，增大混合液中硝酸的蒸氣分壓，使蒸氣中硝酸含量提高。硝酸濃縮塔分為提餾段和精餾段，提餾段應用萃取蒸餾進行生產(chǎn)（出提餾段硝酸蒸氣為85%左右），精餾段應用精餾操作進行生產(chǎn)（出精餾段硝酸蒸氣為98%左右），98%硝酸蒸氣進入冷凝器冷凝，1/3回流進入精餾段頂部維持連續(xù)生產(chǎn)，2/3成品酸漂白后進入成品貯槽。

1.2 稀硝酸濃縮的工藝流程

濃度60%左右的稀硝酸、濃硝酸鎂溶液（比為1∶3-4）進入混合分配器，混合后中部硝酸濃縮塔進入；濃縮塔下部為提餾段，濃硝鎂溶液吸收稀硝酸中水份后，成為稀硝酸鎂溶液，從塔底部流入硝鎂加熱器，經(jīng)加熱脫硝后流入稀硝酸鎂槽，硝鎂加熱器中產(chǎn)生的二次蒸汽進入硝酸濃縮塔底部，作為蒸餾操作的熱源。

含量約85%的硝酸蒸汽由提餾段進入硝酸濃縮塔上部的精餾段，濃縮為98%以上的硝酸蒸汽，經(jīng)漂白塔進入濃硝酸冷凝器冷凝為濃硝酸，再經(jīng)漂白塔漂白脫除氮氧化物后進入成品酸冷卻器，冷卻后的成品酸進入成品酸儲槽。工藝流程見圖1。

1.3 硝鎂加熱器的結構

濃縮系統(tǒng)共有五臺硝鎂加熱器，加熱器為雙程盤管。換熱器尺寸為φ1500 mm（φ900）×8 mm×長6250 mm×高2065 mm，換熱管為φ25 mm×2.0 mm，換熱面積約為171m2，材質(zhì)為304L不銹鋼。

2 硝鎂加熱器腐蝕情況及原因分析

2.1 硝鎂加熱器因長期接觸硝酸鎂溶液，受硝鎂溶液沖刷及硝酸的腐蝕而損壞，影響換熱效果，致使停車檢修，濃縮塔、漂白塔要進行降溫，檢修結束后又要進行升溫，該過程中溫度變化不均勻就能造成高硅鑄鐵濃縮塔、漂白塔及冷凝器管破裂，從而無法正常生產(chǎn)，因此硝鎂加熱器盤管經(jīng)常損壞制約了濃縮裝置的穩(wěn)定運行。

2.2 硝鎂加熱器腐蝕的原因分析。

全面腐蝕（均勻腐蝕）:腐蝕程度大致均勻，設備表面腐蝕均勻。

進入硝鎂加熱器的稀硝酸鎂中硝酸含量約為1.0%，在約160-170℃的條件下，含少量硝酸的稀硝酸鎂溶液會對304L不銹鋼造成較快的腐蝕，硝鎂加熱器就會受到均勻腐蝕。

晶間腐蝕:腐蝕是從表面沿晶粒邊界向內(nèi)發(fā)展，外表沒有腐蝕跡象，這種變化通常是由于焊接引起。

硝鎂加熱器腐蝕的主要原因是晶間腐蝕。硝酸呈現(xiàn)氧化性，在硝酸介質(zhì)中不銹鋼的晶間腐蝕非常明顯，隨著硝酸濃度和溫度的升高而更加顯著。

磨損腐蝕:金屬表面受高流速和湍流狀的流體沖擊，保護膜受到破壞，屬沖擊腐蝕。高速流動的液體中含有空氣，使腐蝕變得更為嚴重（空蝕或氣蝕），使保護膜受到破壞，屬于磨損腐蝕。

硝鎂加熱器進料管位于加熱盤管的上部，加熱盤管受到高溫的稀硝酸鎂溶液的沖涮，腐蝕較快；加熱盤管頂部溫度最高，此處硝酸鎂溶液溫度最高，脫硝最快，硝酸蒸汽濃度及溫度最高，進料管法蘭短節(jié)根部及加熱器錐體部位的硝酸蒸汽濃度與溫度高，腐蝕嚴重。

3 硝鎂加熱器防腐蝕控制措施

3.1 工藝方面的控制

稀硝酸鎂含硝高的原因有:硝酸鎂溶液沸騰情況不好、進料比不合適、硝鎂加熱器有漏點破壞負壓、濃硝酸鎂濃度不合適、加熱器盤管漏蒸汽、操作不穩(wěn)定等。

為確保稀鎂含硝在0.1%左右:①提高硝鎂加熱器內(nèi)硝鎂溶液的溫度，提高沸騰程度；②調(diào)整稀硝酸與濃硝酸鎂進料量，提高稀鎂濃度；③調(diào)整稀鎂蒸發(fā)系統(tǒng)，提高濃鎂濃度，在74-80%；④定期對硝酸鎂溶液進行沉降，濾掉雜質(zhì)，提高脫水能力。⑤硝鎂加熱器用1.0MPa的蒸汽，為保證蒸汽的穩(wěn)定，在進濃硝裝置前的1.8MPa的中壓蒸汽總管上增加一個調(diào)節(jié)閥，設定為1.2MPa，投自動，確保硝酸鎂加熱器的操作穩(wěn)定。

3.2 設備方面的控制

①設備安裝時確保濃縮塔、漂白塔塔體正，防止塔體不正造成塔內(nèi)液體偏流，換熱不均；②濃縮塔、漂白塔裝填料時一定要擺放正且沿塔壁每隔1米加一圈四氟帶，防止液體偏流，換熱不均；③濃縮塔、漂白塔的分布器必須安裝水平，防止液體分布不均勻，換熱不均；④硝鎂加熱器內(nèi)的液面確保在加熱盤管以上，減少物料沸騰時對加熱盤管的沖涮。⑤硝鎂加熱器物料入口在加熱器椎體頂部位置，一個入口，對此處進行改造，將進料入口改為兩個，由加熱器底部向上150mm處的水平位置進入，同時為減少物料的流速設計了一個緩沖槽，硝鎂溶液經(jīng)過緩沖槽緩沖后再進入硝鎂加熱器的底部，降低了物料對加熱器的沖刷。

4 結語

硝酸鎂加熱器腐蝕問題仍然沒有徹底解決，目前只能采用合理的技術方法，在經(jīng)濟、安全的情況盡量延緩腐蝕的程度，來確保硝酸濃縮裝置長周期安全穩(wěn)定運行。

[1]煙臺巨力精細化工股份有限公司.濃硝酸裝置操作規(guī)程.2014.

[2]濟南雙硝技術服務公司硝酸培訓手冊.