硝酸裝置氨氧化爐故障分析及改進(jìn)措施

摘 要：氨氧化爐是硝酸生產(chǎn)裝置中的關(guān)鍵設(shè)備，在生產(chǎn)運(yùn)行中頻繁出現(xiàn)法蘭泄漏、測(cè)溫?zé)犭娕甲o(hù)管腐蝕泄漏、鉑網(wǎng)催化劑的支撐觸媒筐四周焊縫處開(kāi)裂等問(wèn)題，嚴(yán)重影響裝置的平穩(wěn)運(yùn)行。本文針對(duì)氨氧化爐在運(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn)題，對(duì)其工藝流程及結(jié)構(gòu)、材質(zhì)進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際提出針對(duì)性措施并在維修中加以實(shí)施，從維修后的效果看，達(dá)到了預(yù)期的效果?，F(xiàn)對(duì)維修情況做以技術(shù)總結(jié)，對(duì)同類(lèi)設(shè)備的維修提供有價(jià)值的參考。

關(guān)鍵詞：硝酸；氨氧化爐；故障分析；改進(jìn)措施；

中圖分類(lèi)號(hào)：TE624 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-3520（2015）-05-00-01

一、氨氧化爐爐體結(jié)構(gòu)及流程簡(jiǎn)介

氨氧化爐是硝酸生產(chǎn)的核心設(shè)備之一，氨氧化爐由上封頭（俗稱爐頭）、爐體、尾氣再熱器組成。按氣流方向，其工藝流程為：按一定比例混合的氨和空氣混合原料氣從上部封頭進(jìn)入氨氧化爐，自上而下通過(guò)鉑金網(wǎng)（催化劑）進(jìn)行氨的氧化反應(yīng)，同時(shí)生成NO和H20，反應(yīng)溫度為850～870℃，高溫反應(yīng)氣體經(jīng)爐體變徑段進(jìn)入尾氣再熱器盤(pán)管間，與水冷盤(pán)管進(jìn)行換熱，溫度降低后出氨氧化爐，再經(jīng)廢熱鍋爐回收熱量后送往后工序；水在氨氧化爐盤(pán)管內(nèi)自下向上流動(dòng)，吸收爐內(nèi)筒體傳遞的熱量，以保證外筒體的溫度不致過(guò)高，從而保護(hù)爐體。

氨的氧化反應(yīng)是一個(gè)放熱反應(yīng)，它在鉑合金催化劑作用下進(jìn)行，其主反應(yīng)方程式為：4NH3+5O2=4NO+6H2O+907.28KJ 同時(shí)還發(fā)生少量的副反應(yīng)，其反應(yīng)方程式為：

2NH3+2O2=N2O+3H2O+1104.9KJ

4NH3+3O2=2N2+6H2O+1269.09KJ

二、氨氧化爐的故障情況及原因分析

（一）法蘭泄漏

在裝置啟、停過(guò)程中，氧化爐中分面法蘭和氧化氮出口法蘭頻繁出現(xiàn)泄漏。

氧化爐中分面法蘭直徑3600mm，材質(zhì)為20g，它的作用是把上封頭與下殼體連接緊固，以實(shí)現(xiàn)更換鉑網(wǎng)、裝填拉西環(huán)的一個(gè)可拆通道。其密封面型式為凹凸面密封，墊片材質(zhì)為石棉浸石墨。該密封面主要是防止氨空混合氣的泄漏。

查閱資料，無(wú)論采用何種法蘭類(lèi)型、法蘭密封面形式及相應(yīng)法蘭墊片，在苛刻的介質(zhì)操作環(huán)境下都可能發(fā)生泄漏。所謂界面泄漏就是一種被密封介質(zhì)通過(guò)墊片與兩法蘭面之間的間隙而產(chǎn)生的泄漏形式。主要原因是密封墊片壓緊力不足、法蘭結(jié)合面上的粗糙度不恰當(dāng)、管道熱變形、機(jī)械振動(dòng)等，引起密封墊片與法蘭面之間密合不嚴(yán)而發(fā)生泄漏。另外法蘭連接后螺栓變形、伸長(zhǎng)，及密封墊片長(zhǎng)期使用后塑性變形、回彈力下降、密封墊片材料老化、龜裂、變質(zhì)等，也會(huì)造成墊片與法蘭面之間密合不嚴(yán)而發(fā)生泄漏。無(wú)論哪種形式的密封墊片或哪種材料制成的密封墊片，都會(huì)出現(xiàn)界面泄漏。

在法蘭連接部位上所發(fā)生的泄漏事故，絕大多數(shù)是這種界面泄漏，多數(shù)情況下，這種泄漏事故要占全部法蘭泄漏的80%～95%以上，有時(shí)甚至是全部。

根據(jù)實(shí)際運(yùn)行中的觀察與分析，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生泄漏的原因主要是：①溫度變化時(shí)，法蘭、螺栓、墊片因材質(zhì)不同而造成熱脹冷縮的速度不同，使法蘭的預(yù)緊力滿足不了密封要求，造成一定程度的泄漏，一般只能通過(guò)在線再預(yù)緊來(lái)解決。②由于中分面法蘭選用的墊片為石棉浸石墨的材質(zhì)，隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，在高溫環(huán)境下，石棉浸石墨的墊片很快老化變硬，在裝置啟、停過(guò)程中出現(xiàn)溫度變化時(shí)，法蘭密封面就會(huì)出現(xiàn)泄漏，在線再預(yù)緊后，有時(shí)并不能解決泄漏問(wèn)題，檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)墊片大多發(fā)生了脆斷。

（二）測(cè)溫?zé)犭娕甲o(hù)管頻繁出現(xiàn)腐蝕泄漏

在氧化爐下法蘭周?chē)O(shè)置有4個(gè)熱電偶測(cè)溫點(diǎn)，原設(shè)計(jì)熱電偶護(hù)管材質(zhì)為20號(hào)鋼，護(hù)管與殼體采用螺紋連接，設(shè)備運(yùn)行時(shí)，熱電偶護(hù)管內(nèi)通入空氣壓縮機(jī)出口的二次空氣，以清除護(hù)管內(nèi)因低溫形成的稀硝酸介質(zhì)。設(shè)備在正常運(yùn)行狀態(tài)下，氧化爐內(nèi)的介質(zhì)壓力與空氣壓縮機(jī)出口的氣體壓力相當(dāng)，故在熱電偶護(hù)管內(nèi)形成不了氣體流動(dòng)，致使護(hù)管內(nèi)成了氣體死區(qū)。氧化爐內(nèi)的氨氣氧化后，形成的NOx氣體因不能及時(shí)吹走而在護(hù)管內(nèi)冷凝，生成稀硝酸。

（三）鉑網(wǎng)支撐筐四周焊縫處開(kāi)裂

氧化爐內(nèi)盛裝拉西環(huán)支撐鉑網(wǎng)催化劑支撐筐的原設(shè)計(jì)材質(zhì)為OCr18Ni12Mo2Ti，但每次更換鉑網(wǎng)時(shí)，支撐筐四周焊縫處都會(huì)出現(xiàn)大面積的開(kāi)裂，觸媒框箱底變形，很難平整，造成拉西環(huán)漏入盤(pán)管縫內(nèi)，會(huì)使拉西環(huán)減少，造成拉西環(huán)厚度不足，還會(huì)使盤(pán)管溫度升高，使表面產(chǎn)生凹坑，導(dǎo)致拉西環(huán)支撐的鉑網(wǎng)很不平整，會(huì)造成停車(chē)后再開(kāi)車(chē)點(diǎn)火小氫管旋轉(zhuǎn)和刮碰鉑網(wǎng)，無(wú)法開(kāi)車(chē)，必須開(kāi)蓋檢修。

三、針對(duì)氨氧化爐故障情況的改進(jìn)措施

（一）針對(duì)法蘭泄漏情況，選用耐高溫且不易斷裂的金屬包石墨復(fù)合墊片，以防止墊片在高溫下出現(xiàn)脆斷。在中面法蘭和出口法蘭連接中增設(shè)了艾志公司生產(chǎn)的AIG預(yù)緊碟簧，以有效地補(bǔ)償因溫度變化產(chǎn)生的螺栓預(yù)緊力不足，使設(shè)備無(wú)須在頻繁的開(kāi)、停過(guò)程中重新預(yù)緊。采取以上措施，順利實(shí)現(xiàn)法蘭無(wú)泄漏，大幅降低了維修工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，還為設(shè)備的平穩(wěn)運(yùn)行提供了保障。

（二）針對(duì)測(cè)溫?zé)犭娕甲o(hù)管頻繁出現(xiàn)腐蝕泄漏情況，改用壓力較高的儀表風(fēng)代替二次空氣進(jìn)行熱電偶吹除死角，在儀表風(fēng)進(jìn)入護(hù)管前增設(shè)合適的限流孔板，以取得理想的吹除效果，并使風(fēng)量適合，減少對(duì)熱電偶測(cè)量結(jié)果的影響.

（三）針對(duì)鉑網(wǎng)催化劑的支撐筐四周焊縫處出現(xiàn)大面積的開(kāi)裂情況，我們做如下改進(jìn)，觸媒框雖處在高溫氧化區(qū)域，但并未形成腐蝕性的氣體，只需要材料滿足耐高溫使用條件即可。故可選用耐高溫的Cr25Ni20替代OCr18Ni12Mo2Ti材質(zhì)。這樣不但可以避免支撐框的大面積開(kāi)裂，而且使鉑網(wǎng)平整，提高催化劑效率，從而降低氨耗物耗，減少非計(jì)劃停車(chē)，達(dá)到安全平穩(wěn)生產(chǎn)。

四、結(jié)語(yǔ)

根據(jù)改進(jìn)后的運(yùn)行情況看，大大降低了上述故障，并且氨流量、空氣流量、鉑網(wǎng)溫度、氧化率、尾氣再熱器的換熱效果、外殼溫度等都達(dá)到了氨氧化爐的運(yùn)行指標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

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[3]遼陽(yáng)石化分公司硝酸廠技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)《稀硝酸裝置操作規(guī)程》2012年12月