浓硝酸生产装置长周期运行的改造措施

郑守利 任玉维

作者通联：辽阳石化分公司硝酸厂 辽宁辽阳市宏伟区西环路23号 111003

E-mail：zshouli-ly@petrochina.com.cn

辽阳石化硝酸厂2004年建成投产了两套4万t/a硝镁法生产浓硝酸的装置，在生产中，特别是在开车运行的第一年，由于经验不足，在设备的维护和材料的选用上认识不够，再加上操作中工艺参数控制稳定性差，使设备频繁出现泄漏，严重影响生产。

经过几年的摸索和探讨，以及运行中对浓硝生产中一些情况的掌握，有针对性地对设备和易泄漏部位进行改造，彻底消除了影响装置稳定运行的瓶颈，实现了预期目标。

1.浓缩塔气相管线的改造

气相管线是连接气液分离器与塔尾喷射器的通道，用以保证浓缩塔系统负压稳定地把来自气液分离器的尾气经管线到塔尾喷射器（J210）进行回收。管线原设计材料为00Cr19Ni10,但在运行中发现，由于腐蚀、冲刷等原因，导致管线频繁出现泄漏，大面积管壁减薄，不得不采用反复更换来维持生产，严重影响装置平稳运行。

经过研究发现，管线频繁泄漏的原因是从气液分离器出来的塔尾气在低温下不断冷凝形成浓硝酸，由于浓硝酸的强氧化性和强腐蚀性，其在常温状态下就对00Cr19Ni10材料的管道与设备产生较严重的腐蚀破坏，再加上不凝气体，携带浓硝酸对管道的冲刷作用，使得管线在很短的运行周期内就在弯头的焊缝及直管薄弱处出现大面积的泄漏，同时整个管线的壁厚也明显减薄，导致无法维持生产，只得停车更换。根据以往运行的情况，约三个月就必须更换一次。这样不仅增加了维修费用和产品综合单耗，还加重了检修的工作量，严重地制约着装置的长周期运行。通过调研了解到，聚四氟乙烯是耐浓硝酸腐蚀和抗冲刷的理想材料，为了保证管材的强度和耐腐蚀性，用00Cr19Ni10管材内衬聚四氟乙烯，做成衬氟管，同时考虑衬氟管的制造难度，每根管子的长度不得超过4m，管子之间用法兰连接。由于生产中系统是在一定的负压下运行，所以用法兰连接的衬聚四氟乙烯管能够很好地满足工艺生产需要，还方便备件的更换。2006年12月对两套系统的气相管线用上述衬氟管进行了整体更换。改造后运行至今，未出现泄漏的情况，有效地满足了装置的稳定运行。

2.成品酸冷却器及入口管线的改造

经漂白塔塔底酸封流出的浓硝酸成品，原设计是通过Φ57mm×4mm的纯铝管线进入成品酸冷却器，冷却后的浓硝酸送入成品酸罐。纯铝管线虽然在输送浓硝酸的过程中，内表面能形成钝化层，但从酸封出来的浓硝酸温度较高，一般在80～90℃之间，管道中因不能充满介质，使其上部形成热酸气，加速了对钝化层及焊缝处的破坏，加上开停车过程中成品酸的温度变化，使得管线的使用寿命大大缩短，往往新更换的管线在运行两个月后，就在焊缝处出现蜂窝状的腐蚀泄漏点，管材也有减薄的迹象，并且在活套法兰的翻边处也因腐蚀产生了泄漏，对周围的支架和平台造成一定程度的破坏。为了消除泄漏，用既能耐高温浓硝酸腐蚀，又能适合不同浓度硝酸的高硅铸铁管材替代纯铝管线，同时高硅铸铁管又具有良好的散热效果。虽然高硅铸铁管脆性大、易碎，但用在常压的工况下，还是取得了预期的效果，解决了泄漏问题。

对成品酸冷却器也进行了相应的改造，把原设计物料由下进上出改为上进下出，解决了物料在管道内流动受阻，减少了停留时间。同时把由高硅铸铁管与纯铝管材混合组装的成品酸冷却器更换成为全部纯铝焊接管材，消除了原设有法兰连接的泄漏，杜绝了外喷淋冷却水的污染。

3.硝镁加热器的改造

硝镁加热器是浓硝生产中的关键设备。它是把浓硝酸镁吸收稀硝酸中的水分成为稀硝酸镁溶液后，从塔底流入硝镁加热器（E201），经加热脱硝后流入稀硝酸镁储罐。同时加热中产生的二次蒸汽进入硝酸浓缩塔底部，作为蒸馏操作的热源。

硝酸镁加热器的结构为U形管釜式加热器，管和壳程材料均为00Cr19Ni10，工艺操作温度为174℃左右。有资料表明，当温度大于70℃时，硝酸对00Cr19Ni10材料的腐蚀明显加剧。正是由于高温含硝的稀硝酸镁溶液由塔底部沿下料管流入硝酸镁加热器，使加热器的进料管腐蚀严重，整个接管管壁也快速减薄。另外高温稀硝酸镁溶液还对U形管束产生严重的冲刷腐蚀，使正对下料管处的多根换热管很快断裂，造成大量加热蒸汽外泄，严重破坏塔系统的真空度，无法维持生产。同时运行中还发现，在人孔、垂直物料接管处，因加热器内含酸蒸汽冷凝后沿容器壁下流，使加热器壁也出现了严重的局部腐蚀泄漏。

针对以上情况，运行中也试着采用厚壁的下料管和增设00Cr19Ni10管束防冲板，但都未从根本上解决问题。后经研究，聚四氟乙烯在220℃以下，具有良好的抗腐蚀和冲刷性能，很好地适应此工况，所以在高温的稀硝酸镁下料管内增设5mm厚的聚四氟乙烯衬套管，并把管束上的00Cr19Ni10防冲板更换成5mm厚的聚四氟乙烯板，消除了介质对接管及换热管的直接破坏，同时把硝镁加热器的人孔接管、预热蒸汽接管、气相出口接管均改成内伸式结构，杜绝了含硝冷凝液体沿壳体壁流下时对壳体的腐蚀。

改造后的浓硝酸生产装置运行平稳，实现了长周期稳定运行的目的。