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

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重慶飛華環(huán)?？萍加邢挢熑喂?以下簡稱飛華環(huán)保)硝酸裝置是由中海油山東工程有限公司設(shè)計，采用西班牙TR公司雙加壓法工藝技術(shù)，年產(chǎn)40萬t 60%稀硝酸的裝置。在脫鹽水冷卻的整個系統(tǒng)中，循環(huán)冷卻水冷卻脫鹽水系統(tǒng)成為一次循環(huán)水冷卻，而通過P0119泵強制循環(huán)的脫鹽水成為二次水冷卻系統(tǒng)(見圖1)。2019年12月，飛華環(huán)保對二次水系統(tǒng)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(tǒng)，改為循環(huán)水一次冷卻，取消了圖1中虛線內(nèi)的相關(guān)設(shè)備，以下將詳細分析改造后的優(yōu)缺點。

1 技改后的優(yōu)點

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

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

(3)有利于硝酸產(chǎn)品的提濃，雙加壓制稀硝酸的生產(chǎn)工藝從氨氧化爐發(fā)生氧化反應(yīng)到吸收塔的整個流程中均在發(fā)生氧化放熱反應(yīng)，而其中的低位余熱原設(shè)計由E0110(低壓反應(yīng)冷卻器)、E0113(高壓反應(yīng)冷卻器)及T0101(吸收塔)二次水冷卻降低溫度，當E0110低壓反應(yīng)冷卻器、E0113(高壓反應(yīng)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(yīng)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(yīng)減少，而這最終體現(xiàn)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(tǒng)

2 技改后可能存在的問題

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

2.1 氯離子對不銹鋼設(shè)備造成腐蝕的風(fēng)險

二次循環(huán)水主要設(shè)備用戶的材質(zhì)情況見表1。

表1 二次循環(huán)水主要設(shè)備用戶的材質(zhì)情況

采用304不銹鋼的硝酸設(shè)備Cl-離子含量應(yīng)在0～200mg/L，當溫度在60℃時不應(yīng)大于90mg/L，由于Cl-離子的腐蝕跟溫度關(guān)系密切，本裝置采用的二次水冷卻換熱設(shè)備溫度不同，環(huán)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(shù)據(jù)較為準確，過高的Cl-含量會增加 530E0110 、 530E0113 等不銹鋼換熱器設(shè)備列管的點蝕和應(yīng)力腐蝕風(fēng)險。

2.2 溫度的影響

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

2.3 雜質(zhì)和壓力的影響

雜質(zhì)的影響主要體現(xiàn)在兩方面：一是因循環(huán)水水質(zhì)因素而產(chǎn)生的各種結(jié)垢，二是由于腐蝕以及安裝中產(chǎn)生的焊渣和鐵銹的影響。

(1)工業(yè)循環(huán)水水質(zhì)常會發(fā)生一系列變化，對生產(chǎn)造成危害(如腐蝕、結(jié)垢、菌藻、黏泥等)。

(2)在飛華環(huán)保二次水改一次水的過程中，從切割101.6cm循環(huán)水管口可以看出，循環(huán)水管網(wǎng)的腐蝕及鐵銹、焊渣量極大，可以引申到低壓反應(yīng)水冷器E0110，低壓反應(yīng)水冷器E0110處于循環(huán)水的低點、尾端、死角的位置，發(fā)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(wǎng)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(xiàn)象，也會由于上述原因?qū)е挛账嗡叨吮P管換熱效果不充分。

(4)細小管線用戶的影響，在裝置中關(guān)鍵基本鍋爐循環(huán)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(xiàn)軸承溫度過高、機泵跳車的現(xiàn)象。

2.4 泄漏的影響

設(shè)計之初即考慮到雙加壓制稀硝酸工藝在生產(chǎn)中會導(dǎo)致設(shè)備易腐蝕的問題，因此在設(shè)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(guān)裝置和污染循環(huán)水系統(tǒng)，設(shè)計的這個閉路循環(huán)是二次水系統(tǒng)。從實際運行來看，腐蝕泄漏不可避免，尤其是二次水系統(tǒng)涉及的設(shè)備較多，設(shè)備所處環(huán)境大多較為惡劣，出現(xiàn)泄漏的可能性更大。以吸收塔T0101為例，2018年5月就出現(xiàn)過吸收塔第10層塔盤泄漏，泄漏到冷凍水系統(tǒng)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(shè)備主蒸發(fā)器E0101。通過事故發(fā)現(xiàn)了以下問題。

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

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

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

(4)出現(xiàn)問題損失大，較之以前獨立密閉的系統(tǒng)來說，一旦出現(xiàn)泄漏，影響的不僅是本裝置相應(yīng)設(shè)備，同時也有可能影響其他裝置設(shè)備的正常生產(chǎn)運行。

2.5 循環(huán)水對設(shè)備的腐蝕

循環(huán)水對設(shè)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(zhì)、結(jié)垢等的影響。目前的改造是對現(xiàn)有運行裝置的改造，但是現(xiàn)有設(shè)備的塔盤、換熱器設(shè)計是按照脫鹽水的年腐蝕率設(shè)計，如此改造后勢必減少設(shè)備的使用壽命，降低設(shè)備的安全及穩(wěn)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(xiàn)，使得裝置無法連續(xù)化生產(chǎn)。

2.6 結(jié)垢對設(shè)備的影響

結(jié)垢將給設(shè)備帶來換熱效果的降低，這主要表現(xiàn)在設(shè)備經(jīng)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(huán)水冷卻的用戶出現(xiàn)結(jié)垢屬于普遍和無可避免的問題，結(jié)垢的程度又與時間、循環(huán)水的水質(zhì)以及被冷卻介質(zhì)的溫度關(guān)系密切。

3 結(jié)語

一個技改項目的確立與實施，自然要講求其經(jīng)濟效益，同時更應(yīng)注重設(shè)備、生產(chǎn)的安全與穩(wěn)定。在進行技改的可行性研究時，應(yīng)充分研究原工藝包設(shè)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(jīng)驗進行技改，必定會對以后的長周期、連續(xù)、穩(wěn)定生產(chǎn)造成不利影響。