100 kt/a双加压法稀硝酸装置改造及优化总结
黎志敏
（杭州龙山化工有限公司，浙江 杭州311228）
［摘 要］针对杭州龙山化工100 kt/a双加压法稀硝酸装置存在的低压反应水冷器列管泄漏、废热锅炉爆管和夏季产量偏低等问题和不足，通过一系列的改造及优化，取得了良好的效果，可为业内企业提供借鉴。
［关键词］ 双加压法；稀硝酸装置；低压反应水冷器；废热锅炉；脱湿装置；优化改造
［中图分类号］TQ 111.26 ［文献标志码］B ［文章编号］ 1004-9932（2015）02-0040-04
近年来，双加压法硝酸工艺以其氨耗低、铂耗低、成品酸浓度高和尾气中NOx含量低等优点，逐渐成为我国硝酸行业的主要生产工艺。杭州龙山化工有限公司有1套100 kt／a双加压法稀硝酸装置，2010年4月投运，生产过程中出现了如低压反应水冷器列管易泄漏、废热锅炉爆管及高温季节装置产量偏低等问题和不足，针对出现的问题，采取了一系列的改造和优化措施，以下就相关改造及优化作一总结。
1 低压反应水冷器改造
1.1 改造前设备的运行状况
Φ1 400 mm低压反应水冷器2010年4月投用，2 a后，每次停车检查都会发现Φ25 mm×2 mm 换热管有不同程度的泄漏，在多次对管板和换热管进行焊补后，原总共822根换热管已经焊补封堵了120余根，换热面积下降约15%，造成低压反应水冷器出口NOx温度由37 ℃上升到42～45 ℃，影响到后工序NOx压缩机的提压效率，而且部分泄漏的稀硝酸进入壳程后还加速了碳钢设备和管线的腐蚀。
1.2 腐蚀原因分析
低压反应水冷器的换热管与管板之间采用常规的贴胀+强度焊接形式，胀管处管壁减薄及焊接容易造成残余应力，而设备入口处的NOx气体温度高达170 ℃，循环冷却水的温度约30 ℃，两者温度相差较大，过大的温差应力极易造成换热管薄弱处破损。
低压反应水冷器入口NOx气体温度为160～170 ℃，出口为40 ℃左右，NOx气体的露点为97 ℃，冷却过程中不断有冷凝酸产出。经验告诉我们，70 ℃以上的冷凝稀硝酸对304L不锈钢的腐蚀比较严重，特别是在高速气流的带动下，其对管束的冲刷比一般电化学腐蚀更大，所以低压反应水冷器的腐蚀也主要集中在前半段。
换热管材料采用的是304L不锈钢，不耐Cl-腐蚀，容易引起应力腐蚀开裂，同时由于采取的是常规的管板焊接方法，管束和管板之间存在间隙，如果循环冷却水中的Cl-浓度较高，容易在间隙死角处产生Cl-聚集，从而使管子表面形成点坑或缝隙腐蚀［1］。
1.3 改造措施及建议
低压反应水冷器换热管材料为304L不锈钢；总重22 t，换热面积702 m2，若整体更换设备，需费用120万元以上，投资较大。为此，我们决定改变设备的布置形式，将原来1台1 400 mm卧式低压反应水冷器拆除，改用2台同等换热面积的Φ1 500 mm水冷器，其中，前置水冷器为立式布置，后置水冷器仍为卧式布置。Φ1 500 mm水冷器的换热管规格为Φ25 mm，换热管长度为5 500 mm，共计948根，换热面积为401 m2，2台水冷器换热面积共计802 m2。设备直径增大后，气体流通面积有所增加，保证了改造后系统阻力增加不多；前置水冷器采用立式布置，使冷凝酸停留时间减少，降低了对换热管的冲刷，一般情况下只需更换前置低压反应水冷器，可减少设备维修费用。同时，为防止腐蚀发生，建议今后可在以下几方面采取一些措施。
（1）保证循环冷却水的质量。严格控制循环冷却水的各项指标，减少悬浮物、杂质等的带入，特别是要定期分析循环冷却水中的Cl-含量，防止超标（Cl-含量≤200×10-6），并通过壳程的排污口对循环冷却水进行定期排放，同时可在装置停车检修期间对水冷器进行物理或化学专业清洗，以清除污垢。尽量减少换热管死角处的Cl-聚集，防止腐蚀的发生。
（2）采用先进的设备制造工艺。换热器的换热管与管板之间一般采用传统的贴胀+强度焊接形式，建议改为目前先进的内孔焊技术［2］。内孔焊技术不仅能提高设备的焊接质量，还能消除换热管和管板之间的缝隙死角，减轻因Cl-集聚引起的应力腐蚀，用内孔焊制造的换热器耐应力腐蚀性能优于未采用内孔焊的换热器。
（3）选择适宜的耐腐蚀材料。考虑到设备投资的问题，我们在改造中水冷器的换热管材料还是选用了304L不锈钢。但事实证明，钛材能更好地适应70 ℃的冷凝稀硝酸工作环境，在钛材价格适中的时候，可将前置低压反应水冷器的列管和管板更换为钛材，并适当减小换热管的壁厚，这样既能保证换热效果，又能延长设备的使用寿命。
1.4 改造后的运行情况
改造后，前置立式水冷器产生的冷凝酸温度约55 ℃，NOx分离器处的冷凝酸温度约36 ℃，这样后置水冷器的管程工作温度＜70 ℃，大大延缓了其腐蚀速率；同时，进入酸塔的冷凝酸温度降低了3 ℃，相应提高了酸的吸收效率。改造后2 a来的检修查漏情况显示，低压反应水冷器未出现明显的泄漏现象。
更多内容请见《中氮肥》2015年第2期