黄林林,李亚平
(中国石油兰州石化公司化肥厂,甘肃 兰州730060)
[摘 要]成品酸冷却器是浓硝酸装置的主要设备之一,其主要腐蚀类型为外表面的点腐蚀、内表面的均匀腐蚀、焊缝的晶间腐蚀等,点腐蚀会导致高纯铝管腐蚀穿孔,均匀腐蚀会造成铝管壁厚减薄,严重影响浓硝酸装置的稳定运行。针对兰州石化公司化肥厂150 kt/a浓硝酸装置成品酸冷却器的点腐蚀和均匀腐蚀问题进行原因分析,采取涂层防腐、优化工艺操作等措施后,有效地缓解了成品酸冷却器的腐蚀问题。
[关键词]成品酸冷却器;高纯铝;点腐蚀;均匀腐蚀;原因分析;防范措施
[中图分类号]TQ111.26+3 [文献标志码]B [文章编号]1004-9932(2018)03-0065-04
1 概 述
兰州石化公司化肥厂150 kt/a浓硝酸装置由山东化工规划设计院设计,采用以60%稀硝酸为原料在脱水剂作用下蒸馏制取的98%浓硝酸的间硝法(硝酸镁浓缩法)生产工艺。成品酸冷却器(C10103)作为浓硝酸装置的关键换热设备之一,其作用是将漂白塔塔底的98%成品浓硝酸由50~80 ℃冷却至10~50 ℃后送入浓硝酸中间槽,最后送往成品浓硝酸罐。成品酸冷却器为蛇管喷淋式换热器,蛇管共6组13层,其技术参数见表1。
铝对低温浓硝酸具有突出的耐腐蚀性能,是浓硝酸设备最常用的材料,且其纯度越高耐腐蚀性能越好,因而成品酸冷却器材质选用了最高纯度的1A99高纯铝(旧牌号LG5),其化学成分为Al 99.99%、Si 0.003%、Fe 0.003%、Cu 0.005%。
表1 成品酸冷却器的技术参数
项 目 |
壳程 |
管程 |
介质 |
循环水 |
98%浓硝酸 |
设计压力/MPa |
常压 |
0.20 |
操作压力/MPa |
常压 |
0.17 |
设计温度/℃ |
35 |
10~90 |
操作温度/℃ |
10~32 |
10~80 |
管径/mm |
|
φ90×5 |
主体材质 |
1A99高纯铝 | |
换热面积/m2 |
70 |
铝之所以耐常温浓硝酸的腐蚀,是因为铝遇浓硝酸后会在铝材表面生成一层致密的氧化膜(Al2O3),即发生了钝化,从而阻止浓硝酸与铝材的接触,使进一步的腐蚀难以进行。此外,铝在大气中或水溶液中放置一段时间后,其表面也能生成一层致密的氧化膜,氧化膜的结构视介质条件而异:在大气或低于 80 ℃的水溶液中,生成的氧化膜为贝利体(Al2O3·3H2O),氧化膜的结构为非晶态;在 80 ℃以上的水溶液中,生成的膜为勃姆体(Al2O3·H2O或AlOOH),氧化膜的结构为晶体结构;在高于200 ℃的水溶液中,生成的膜为Al2O3。
2 成品酸冷却器的腐蚀状况
成品酸冷却器主要腐蚀类型为外表面的点腐蚀、内表面的均匀腐蚀以及焊缝的晶间腐蚀。我厂成品酸冷却器投运半年后,铝管外表面出现小而深的蚀孔,蚀孔深度为0.5~1.0 mm,蚀孔直径为0.2~0.5 mm;此外,蚀孔表面还附着有直径0.5~3.0 mm的灰白色垢状物。
随着成品酸冷却器运行时间的延长,高纯铝管壁厚(原始壁厚为5 mm)逐渐减薄,蚀孔直径、深度不断扩展,铝管相继出现腐蚀穿孔泄漏,焊缝多处发生泄漏,管程内98%的浓硝酸漏入循环水侧,影响循环水的pH,最终浓硝酸装置被迫停车;同时,由于泄漏的浓硝酸被循环水稀释而变成稀硝酸,而铝耐稀硝酸腐蚀性能差,从而加剧了泄漏部位的腐蚀。成品酸冷却器投运4 a后,壁厚减薄严重:2015年7月23日A套成品酸冷却器铝管测厚数据见表2;2015年12月成品酸冷却器腐蚀漏点达20多处,严重制约着浓硝酸装置的稳定运行。鉴于成品酸冷却器的腐蚀状况,2016年大检修期间对其进行了整体更换。
更多内容详见《中氮肥》2018年第3期