雙加壓法制稀硝酸工藝中二次水改一次水的利與弊

李蘇軍

(重慶飛華環保科技有限責任公司，重慶 401221)

重慶飛華環保科技有限責任公司(以下簡稱飛華環保)硝酸裝置是由中海油山東工程有限公司設計，采用西班牙TR公司雙加壓法工藝技術，年產40萬t 60%稀硝酸的裝置。在脫鹽水冷卻的整個系統中，循環冷卻水冷卻脫鹽水系統成為一次循環水冷卻，而通過P0119泵強制循環的脫鹽水成為二次水冷卻系統(見圖1)。2019年12月，飛華環保對二次水系統進行了改造，圖1中紅線部分為技改管線，即取消原二次脫鹽水冷卻系統，改為循環水一次冷卻，取消了圖1中虛線內的相關設備，以下將詳細分析改造后的優缺點。

1 技改后的優點

(1) 通過技改后，噸酸電耗降低，原二次水系統需要的2臺P0119泵停止運行，只利用一次循環冷卻水的壓力進行循環冷卻，全年可節約電費84.8萬元。

(2) 循環冷卻水的消耗有所減少，一次循環水的進水溫度低于原二次水溫，溫差大，循環水量將大幅降低，經計算，全年因降低一次循環冷卻水量而節約的成本約45.62萬元。

(3)有利于硝酸產品的提濃，雙加壓制稀硝酸的生產工藝從氨氧化爐發生氧化反應到吸收塔的整個流程中均在發生氧化放熱反應，而其中的低位余熱原設計由E0110(低壓反應冷卻器)、E0113(高壓反應冷卻器)及T0101(吸收塔)二次水冷卻降低溫度，當E0110低壓反應冷卻器、E0113(高壓反應冷卻器)、T0101(吸收塔)二次水改為一次水后，由于一次水水溫較二次水水溫低，這將有利于反應的進行和吸收效果的提高，T0101(吸收塔)頂所需加入的吸收水量也就相應減少，而這最終體現為硝酸濃度的提升。技改前硝酸濃度一般為60%～62.5%，技改后最高可達到64.7%。

圖1 二次水系統

2 技改后可能存在的問題

2019年12月，飛華環保在裝置大修期間，對二次水系統進行了技改，運行一段時間后，其弊端也逐漸顯現。

2.1 氯離子對不銹鋼設備造成腐蝕的風險

二次循環水主要設備用戶的材質情況見表1。

表1 二次循環水主要設備用戶的材質情況

采用304不銹鋼的硝酸設備Cl-離子含量應在0～200mg/L，當溫度在60℃時不應大于90mg/L，由于Cl-離子的腐蝕跟溫度關系密切，本裝置采用的二次水冷卻換熱設備溫度不同，環境存在差異。原TR公司工藝包中要求Cl-離子含量不高于70mg/L的數據較為準確，過高的Cl-含量會增加 530E0110 、 530E0113 等不銹鋼換熱器設備列管的點蝕和應力腐蝕風險。

2.2 溫度的影響

循環冷卻水的運行溫度不宜過高，當溫度高于循環冷卻水的水穩劑所要求的溫度時(水穩劑要求<50℃)，將加速水穩劑中聚磷酸鹽的水解，造成磷酸鈣沉淀，加速結垢速率，設備的結垢將是必須解決的問題。

2.3 雜質和壓力的影響

雜質的影響主要體現在兩方面：一是因循環水水質因素而產生的各種結垢，二是由于腐蝕以及安裝中產生的焊渣和鐵銹的影響。

(1)工業循環水水質常會發生一系列變化，對生產造成危害(如腐蝕、結垢、菌藻、黏泥等)。

(2)在飛華環保二次水改一次水的過程中，從切割101.6cm循環水管口可以看出，循環水管網的腐蝕及鐵銹、焊渣量極大，可以引申到低壓反應水冷器E0110，低壓反應水冷器E0110處于循環水的低點、尾端、死角的位置，發生鐵銹、焊渣的堆積可能性極大。

(3)吸收塔二次水冷卻盤管由于改造后壓差減少，流速降低，尤其是吸收塔二次水高端盤管可能會因管網未充滿、流速低等原因造成局部鐵銹、焊渣以及泥沙的沉淀堵塞現象，也會由于上述原因導致吸收塔二次水高端盤管換熱效果不充分。

(4)細小管線用戶的影響，在裝置中關鍵基本鍋爐循環水泵P0102AB和鍋爐給水泵P103ABC機泵的軸承箱、機封處冷卻采用的就是二次水，改造前機泵冷卻運行較好，2019年12月改造后出現軸承溫度過高、機泵跳車的現象。

2.4 泄漏的影響

設計之初即考慮到雙加壓制稀硝酸工藝在生產中會導致設備易腐蝕的問題，因此在設備選材上選擇了較好的耐腐蝕材料304L和2RE10，同時為避免因為泄漏而影響相關裝置和污染循環水系統，設計的這個閉路循環是二次水系統。從實際運行來看，腐蝕泄漏不可避免，尤其是二次水系統涉及的設備較多，設備所處環境大多較為惡劣，出現泄漏的可能性更大。以吸收塔T0101為例，2018年5月就出現過吸收塔第10層塔盤泄漏，泄漏到冷凍水系統的酸不僅造成冷凍水管腐蝕穿孔，同時也嚴重威脅著碳鋼設備主蒸發器E0101。通過事故發現了以下問題。

(1)循環冷卻的二次水管網上單純使用一個在線分析的pH計，其可靠性差，極易出現上述硝酸漏入冷凍水管網，而pH計不能準確體現的事故。

(2)當設備泄漏量小時，不能及時察覺，從現象和結果看，吸收塔第10層塔盤泄漏已經有了較長一段時間，但由于起初泄漏量小，進入冷凍水系統與冷凍水混合后，在線pH計無法及時發現。同理，目前如果二次水管網出現某個換熱設備泄漏，要被3 000m3/h的循環水在線pH計發現，顯然這個漏點要足夠大。

(3)影響范圍廣。循環水使用單位廣，使用的大大小小設備也多，這些循環水用戶通常都是碳鋼設備，而且這些循環水用戶一般也沒有對循環冷卻水酸值進行在線分析。

(4)出現問題損失大，較之以前獨立密閉的系統來說，一旦出現泄漏，影響的不僅是本裝置相應設備，同時也有可能影響其他裝置設備的正常生產運行。

2.5 循環水對設備的腐蝕

循環水對設備的腐蝕顯然要比脫鹽水所帶來的腐蝕嚴重得多，加之較高的氯離子和各類雜質、結垢等的影響。目前的改造是對現有運行裝置的改造，但是現有設備的塔盤、換熱器設計是按照脫鹽水的年腐蝕率設計，如此改造后勢必減少設備的使用壽命，降低設備的安全及穩定性。不僅如此，上述腐蝕大多最先會在管板、焊縫等處集中出現，使得裝置無法連續化生產。

2.6 結垢對設備的影響

結垢將給設備帶來換熱效果的降低，這主要表現在設備經過一定時間運行后，換熱效果降低，吸收塔吸收效率下降。采用循環水冷卻的用戶出現結垢屬于普遍和無可避免的問題，結垢的程度又與時間、循環水的水質以及被冷卻介質的溫度關系密切。

3 結語

一個技改項目的確立與實施，自然要講求其經濟效益，同時更應注重設備、生產的安全與穩定。在進行技改的可行性研究時，應充分研究原工藝包設計的思想和理念，并充分認證。在裝置實施二次冷卻水改一次冷卻水的技改前，對此改造認證不充分，對改造利弊分析不透徹，盲目地用以往裝置的經驗進行技改，必定會對以后的長周期、連續、穩定生產造成不利影響。