濃硝酸生產(chǎn)工藝的優(yōu)化升級(jí)改造

宋穎克 徐延民

河南神馬尼龍化工公司

一、概述

我公司有間硝法濃硝酸生產(chǎn)裝置一套，設(shè)計(jì)產(chǎn)能為2萬(wàn)噸/年。主要反應(yīng)原理是稀硝酸在脫水劑硝酸鎂的作用下通過(guò)精餾，制取98%wt以上的濃硝酸。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，塔尾氣管線頻繁被腐蝕，成品酸外送管線經(jīng)常泄露，硝酸鎂蒸發(fā)器填料移位等問(wèn)題，嚴(yán)重影響到濃硝酸裝置的節(jié)能降耗和安全長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。通過(guò)大量的查證和探索，進(jìn)行了一些工藝技術(shù)改造和升級(jí)，在濃硝酸生產(chǎn)工藝方面進(jìn)行了一點(diǎn)實(shí)踐和嘗試。

二、生產(chǎn)中遇到的問(wèn)題

（一）管線和設(shè)備的嚴(yán)重腐蝕

濃硝裝置原設(shè)計(jì)的塔尾氣管線和不合格酸管線材質(zhì)均為不銹鋼，成品酸外送管線材質(zhì)為高純鋁，因經(jīng)常腐蝕泄漏，造成頻繁停車檢修。輕微腐蝕往往是從焊口開始的，處理輕微腐蝕時(shí)，我裝置經(jīng)常用寬四氟帶對(duì)泄露點(diǎn)進(jìn)行纏繞和包覆，然后用不銹鋼鋼絲進(jìn)行捆扎以維持生產(chǎn)，嚴(yán)重腐蝕時(shí)才停車進(jìn)行檢修，既便如此，年停車次數(shù)仍然高達(dá)10余次。塔尾氣中的NOx對(duì)304L不銹鋼管線腐蝕速度非?？?，僅此管線更換就需兩月停車檢修一次。疊加成品酸外送鋁管線焊口處也經(jīng)常出現(xiàn)泄漏，裝置運(yùn)行一個(gè)月左右就需要停車檢修一次。腐蝕情況見下圖（圖-1為塔尾氣噴射泵前短節(jié)，圖-2為塔尾氣管線與鑄鐵管連接的第一個(gè)法蘭）

針對(duì)上述情況，我們進(jìn)行了大量的資料查閱和論證，發(fā)現(xiàn)一種牌號(hào)為00Cr14Ni14Si4的C4鋼是一種高硅超低碳理想型耐硝酸不銹鋼，其耐腐蝕性遠(yuǎn)超越高純鋁，并且具有高硅鑄鐵無(wú)可比擬的機(jī)械性能，規(guī)范焊接情況下的焊接接頭具有母材相當(dāng)?shù)臋C(jī)械性和耐腐蝕性[1]。資料顯示，C4鋼用于間硝法濃硝酸裝置的管道、閥門、冷凝器和泵類等設(shè)備使用效果非常好，具有優(yōu)良的抗晶間和應(yīng)力腐蝕能力。2016年我裝置嘗試性的將塔尾氣管線改為C4鋼，效果良好。之后的停車檢修機(jī)會(huì)，我們又將成品酸外送高純鋁管線、兩處不合格酸管線，以及部分閥門也升級(jí)為C4鋼材質(zhì)，裝置因腐蝕泄漏造成的停車次數(shù)大大減少。下表為改造前后裝置停車次數(shù)對(duì)比：

（二）硝酸鎂蒸發(fā)器填料位移

硝酸鎂蒸發(fā)器是硝酸鎂溶液濃縮的重要設(shè)備之一，其通過(guò)-90Kpa負(fù)壓和少量中壓蒸汽的共同作用，將約66%wt的稀硝酸鎂溶液濃縮至74%wt左右，維持高負(fù)壓情況下，可以減少中壓蒸汽的消耗。然而在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn)隨著運(yùn)行周期的推移，鎂濃縮系統(tǒng)的負(fù)壓呈小幅度慢速率的降低，這勢(shì)必需要補(bǔ)充一定量的中壓蒸汽才能完成鎂溶液的濃縮，造成中壓蒸汽消耗偏高。并且伴隨有間冷器氣象和液相溫度的上升，起初，我們懷疑間冷器列管結(jié)垢或者堵塞造成間冷器的換熱效率降低，在停車對(duì)硝酸鎂蒸發(fā)器和間冷器的拆檢過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，間冷器上部列管入口的管板上堆積著大量的硝酸鎂蒸發(fā)器的散裝填料。填料移位情況見下圖（圖-1為蒸發(fā)器格柵下部的填料抽至格柵上部，圖-2為蒸發(fā)器的散裝填料已抽至間冷器上部列管管板面上。）

由上圖可知，格柵下部散裝填料的缺失，造成硝酸鎂蒸發(fā)器的分離效果降低，這就造成蒸發(fā)器上部出來(lái)的二次蒸汽會(huì)有一定量的硝酸鎂夾帶，在間冷器的列管內(nèi)隨著溫度的降低而結(jié)晶，造成列管的堵塞，降低了間冷器的換熱效率。于是，我們制作了一張4目的304L不銹鋼絲網(wǎng)，固定于硝酸鎂蒸發(fā)器格柵下部，以防止較高的負(fù)壓將其質(zhì)量較輕的散裝填料抽到間冷器上部，從而消除了填料在間冷器上部堆積并堵塞其列管的工藝問(wèn)題。

（三）升溫水的自動(dòng)化改造

稀硝酸進(jìn)料管線上的加水閥安裝在稀硝酸自動(dòng)調(diào)節(jié)閥FV-201之后，如遇開停車水升溫作業(yè)需調(diào)節(jié)加水量時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)人員就得頻繁到六樓進(jìn)行操作，工作量較大。我們結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)管線的實(shí)際情況，將加水管線從原來(lái)的位置改到FV-201和FV-201前手閥之間，改造后，現(xiàn)場(chǎng)配置升溫水時(shí)，就可通過(guò)DCS遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)系統(tǒng)加水量，降低了現(xiàn)場(chǎng)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，幾乎無(wú)投入的情況下，實(shí)現(xiàn)了水升溫作業(yè)的自動(dòng)化控制。圖-1為示意簡(jiǎn)圖：

注：加水閥3優(yōu)先選擇法蘭連接，在該閥內(nèi)漏時(shí)，可在閥后加盲板，不影響稀酸濃度和塔內(nèi)反應(yīng)熱。水升溫加水時(shí)，關(guān)閉手閥1和旁路閥2，全開加水閥3，即可實(shí)現(xiàn)DCS遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)，大大減少勞動(dòng)量。

三、結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)一系列的工藝和設(shè)備升級(jí)改造，在公用工程和生產(chǎn)計(jì)劃都滿足的情況下，濃硝酸裝置的運(yùn)行周期多次達(dá)到120天以上，大大降低了開停車的能源消耗，減少了檢維修的支出和開停車檢維修中的安全隱患。本文的一些技術(shù)改造也是濃硝酸生產(chǎn)的一些摸索和嘗試。