雙加壓法稀硝酸生產裝置運行情況分析

鄭鵬圖

（甘肅劉化（集團）有限責任公司白銀新天化工分公司，甘肅白銀 730900）

1 公司概況

甘肅劉化（集團）有限責任公司新天化工分公司成立于2013年9月，一期項目生產能力為年產濃硝酸15萬t、硝銨溶液20萬t、硝基復合肥25萬t。主要產品有稀硝酸、濃硝酸、液體硝銨、硝基復合肥等。稀硝酸裝置采用先進的GRANDE PAROISSE雙加壓法制取稀硝酸，此方法集中了氨耗低、鉑耗低且成品酸濃度高和尾氣中NOX含量低，能量回收綜合利用合理等優點。

工藝流程為：由液氨球罐供給的液氨經低壓蒸汽加熱成氣氨與空氣混合，在0.45MPa的壓力下在氧化爐中發生氨的氧化反應。氨氧化反應設備制造要求高，操作控制要求嚴，尤其是在氨氧化過程中氧化爐溫度、壓力、接觸時間以及氨的流速等工藝條件對氧化率都有影響，因此控制最佳的工藝指標對整個系統高效、節能、安全的生產尤為重要。系統通過產生蒸汽及尾氣加熱而使氧化氮氣體冷卻，獲得最大的熱量回收。低壓氧化氮氣體經冷卻、稀酸冷凝分離，在NOX壓縮機升壓到1.1MPa，冷卻后送到吸收塔，在塔內NO2與水反應生成硝酸，生成的硝酸用二次空氣氣提漂白后送入稀硝酸儲槽，出塔的尾氣在換熱器中經加熱后送入尾氣透平以回收能量，生產出濃度為58%～62%的硝酸。

其核心設備“四合一機組”采用國產設備，蒸汽透平機由杭州汽輪機股份有限公司制造，軸流式空氣壓縮機、離心式氧化氮壓縮機、尾氣透平機均由陜西鼓風機廠制造，機組于2013年4月完成安裝，同年 7月投入運行。工作原理是利用系統產生的高壓蒸汽驅動汽輪機并與尾氣透平聯合驅動四合一機組中的空壓機和氧化氮壓縮機做工。空壓機向硝酸崗位提供合格的空氣，氧化氮壓縮機將氧化氮氣體加壓至系統吸收所需的壓力，四合一機組運行的好壞直接影響整個硝酸裝置的運行情況。

2 運行過程中出現的問題

生產裝置投入運行以來，按照設計要求執行工藝指標，創造了較好的生產業績。因長周期運行，設備老化，物料腐蝕，生產過程中部分設備不同程度出現了問題。

2.1 氨蒸發器列管出現滲漏，工藝參數不穩定

（1）2019年11月28日發現氨蒸發器B列管滲漏，造成循環水水質污染，列管堵塞，高壓快冷器循環冷卻回水系統阻力增大，換熱系統不流暢，NOX氣體溫度升高，吸收效果差，尾氣NOX波動大，呈上漲趨勢。

（2）NOX氣體溫度升高，吸收效果差，導致冷凍水溫度波動大，氨蒸發器A為主蒸發器，主要靠冷凍水溫度來提供熱量，當冷凍水溫度波動大時，氣氨壓力相對波動大，引起氨空比及氧化爐溫度波動超指標，波動大時易觸發氨空比連鎖引起稀硝酸系統停車。

（3）氣氨壓力波動大時，易引起氣氨帶液，造成氣氨引壓管帶液，氣氨流量計出現誤差，引起氨空比計算錯誤觸發氨空比連鎖停車；氣氨過濾器液位上漲，氣氨帶液，氨溫低連鎖，也可能帶至氧化爐，損傷鉑網。

（4）循環水中氨水含量超過100mg/L時，對表冷器銅管有腐蝕，對其他循環水換熱設備造成堵塞及腐蝕。

2.2 氧化爐爐管結垢嚴重，鉑網脫邊影響工藝

2020年3 月稀硝酸滿負運行過程，氧化爐鉑網出現脫邊現象，造成氧化爐爐壁溫度升高，氧化爐出口氧化氮氣體溫度高，氧化爐鉑網脫邊嚴重，鉑網壓條卡松動，氧化爐水循環量低，爐壁冷卻水流量低。

2.3 尾氣氧化氮含量高

2020年1 月，因SCR內部圍堰間隙過大，導致東側床層塌陷，尾氣氧化氮值超標，最高至668mg/m3，SCR床層溫度偏高，高值為400～420℃，（正常時操作溫度為360～380℃）。

3 處理措施

3.1 氨蒸發器消漏

2020年3月13 日稀硝酸裝置計劃停車檢修。對氨蒸發器B進行工藝處理，3月14日氨蒸發器B封頭拆除，清理查漏，對氨蒸發器每一根列管及管板、封頭清理后進行檢修，對氨蒸發器B管板反復打磨、補焊、探傷，工藝試壓試漏無漏點后，于3月30日封閉氨蒸發器B。

3.2 氧化爐開蓋檢修

（1）3月14日氧化爐大蓋開啟后，校正扇形板塌陷，大小各24塊，圓形1塊，共計49塊；補焊氧化爐觸媒框焊縫；鉑網由120d更換為180d。

（2）氧化爐外管及關聯設備化學清洗。

本次化學清洗自生產裝置投運以來第一次進行，由甘肅銀泰化工有限公司對氧化爐外管、尾氣四次預熱器、水平廢鍋、尾氣三次預熱器、鍋爐給水預熱器、吸收塔、開工槽、地下收集池等設備進行化學清洗及貴金屬回收作業。

根據硝酸裝置現場的實際情況，本次清洗過程按照幾個階段嚴格執行，系統水沖洗→酸洗→漂洗→中和鈍化→人工清理、內部檢查和系統復位。

清洗過程符合HG/T2387—2007《工業設備化學清洗質量標準》，不銹鋼腐蝕率＜2g/（m2·h），碳鋼腐蝕率＜6g/（m2·h），洗凈率＞90%，設備管道表面清潔，無殘留氧化物、泥沙，無明顯金屬粗品析出，無點蝕現象，清洗完畢后，鈍化效果良好。

（3）氧化爐內管及關聯設備化學清洗

針對氧化爐爐水循環量偏低問題，對氧化爐內管、水平廢鍋、汽包等設備進行了化學清洗。清洗流程：水洗→酸洗→中和→漂洗→鈍化處理→設備打壓驗收→清洗液中和處理。

氧化爐廢熱鍋爐內管化學清洗，換熱面積943m2，容積：35m3，垢厚2mm，經58h 化學清洗，不銹鋼腐蝕率＜2g/（m2·h），碳鋼腐蝕率＜6g/（m2·h），洗凈率＞90%，除垢率＞90%，無明顯粗金析出和點蝕。

3.3 SCR縮小內部間隙，處理床層塌陷

3月15日打開SCR人孔，將觸煤掏出后重新填裝，觸煤、氧化鋁耐火球卸出后進行圍堰補焊，縮小間隙，清理干凈，在篦子板上層鋪二層鋼絲網，裝入氧化鋁耐火球，上層鋪一層鋼絲網，裝入觸煤，鋪一層鋼絲網，安裝觸煤上層壓板框架后設備、工藝檢查驗收合格后，封閉人孔。

4 處理結果

1）2020年4 月11日稀硝酸裝置開車后，氨蒸發器B投運正常，各項工藝指標恢復正常，見表1。

表1 氨蒸發系統檢修前后工藝指標比較

2）4月11 日稀硝酸裝置開車成功，4月19日稀硝酸系統滿負荷運行，處理前后數據見表2。

氧化爐大蓋開蓋檢修后，同等負荷工況下空壓機運行參數、爐水循環量、爐壁溫度等主要指標恢復正常，過熱段蒸汽量增加，汽輪機進汽量減少，外送蒸汽量增加，經濟效益明顯。

表2 處理前后氧化工段工藝指標比較

SCR檢修后尾氣折算均值在50mg/m3，床層溫度基本保持在360～380℃，設備運行穩定。

5 取得經濟效益

我公司通過對氨蒸發器、SCR進行檢修，對氧化爐內、外管及關聯設備清洗，經過數據比對，效果明顯。

1）氨蒸發器檢修后開車運行，氣氨壓力壓差減小、蒸發器出口循環水溫度降低，氣氨溫度、氧化爐溫度、吸收塔NOX氣體溫度、氨空比均達到正常指標，投入氣氨量減小，氨耗降低，尾氣透平機做工穩定，蒸汽消耗降低，吸收塔吸收效果好，提高產率。

2）SCR縮小內部間隙，處理床層塌陷后，NOX折算值＜50×10－6，減少投氨量，尾氣折算值達到并遠遠低于環保指標。

3）氧化爐內、外管及關聯設備清洗后，爐水循環量由112t/h增長為135t/h（最高可達145t/h），爐壁冷卻水由7.6t/h增長為12.6t/h，爐壁溫度由195℃降為175℃，氧化爐出口溫度由467℃降為444℃，過熱段蒸汽量由29t/h增長為31t/h。同時通過檢修，消除了氧化爐大蓋漏點，完成扇形板校正，內部壓板補焊。工藝上降低了爐壁溫度、氧化爐出口溫度，提升了爐水循環量和設備換熱效率，降低了系統消耗，增加了副產蒸汽量，節約了成本，同時也將含有貴金屬物品的殘渣進行了回收。

6 結束語

本公司稀硝酸生產裝置已經運行了八年多，總體來說還是比較平穩，經過2020年3月份停車大檢修后，各項工藝參數趨于正常，多年遺留的問題得到了解決，四合一機組轉子進行返廠檢修，檢修前機組運行過程中氧化氮壓縮機排氣側軸振動值偏高，最高值為110μm，指標為≤71μm，機組連鎖停機值為≥80μm，檢修后氧化氮壓縮機排氣側軸振動值為x，y（19.0，23.0）μm，其他各軸系參數也恢復正常穩定，現機組整體運行平穩，裝置運行工藝穩定。