李苏军
（重庆飞华环保科技有限责任公司，重庆401221）
［摘 要］重庆飞华环保科技有限责任公司400 kt/a稀硝酸（浓度60%）装置采用西班牙TR公司开发的双加压法硝酸工艺，原设计装置中的主要水冷设备采用脱盐水循环冷却，脱盐水再强制循环与循环冷却水进行热交换，即在整个热交换系统中循环冷却水为一次循环水（一次水），脱盐水为二次循环水（二次水）。2019年12月，飞华环保公司对双加压法稀硝酸装置二次水系统进行了改造，将原主要设备所用的冷媒由脱盐水改为了循环水。分析认为，本项技改在带来节能效益的同时也会给系统的生产带来较大的不良影响，有必要对其利弊进行分析与探讨。简要论述双加压法稀硝酸工艺之二次水改一次水的优点，重点从腐蚀风险、一次水温度的匹配性、一次水中的杂质、系统管线和压差的适应性以及设备泄漏和结垢带来的影响等方面论述二次水改一次水的弊端。
［关键词］双加压法稀硝酸工艺；水冷设备；脱盐水（二次水）；循环水（一次水）；二次水改一次水；利与弊
［中图分类号］TQ111.26+2 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2021）04-0014-04
0 引 言
重庆飞华环保科技有限责任公司（简称飞华环保公司）400 kt/a稀硝酸（浓度60%）装置由中海油山东化学工程有限责任公司设计，采用西班牙TR公司开发的双加压法硝酸工艺。原设计中，稀硝酸装置的主要设备——吸收塔（T0101）、低压反应冷却器（E0110）、高压反应冷却器（E0113）、锅炉排污冷却器（E0120）、锅炉水循环泵（P0102A/B）等采用脱盐水循环冷却，以二次水循环泵（P0119A/B/C，两开一备）作为动力源，强制冷媒——脱盐水循环并与循环冷却水进行热交换。简言之，在整个热交换系统中，循环冷却水为一次循环水（简称一次水），而通过二次水循环泵（P0119A/B/C）强制循环的脱盐水为二次循环水（简称二次水）。
2019年12月，在眼前利益的驱动下，飞华环保公司利用稀硝酸装置大修机会对二次水系统进行了改造，将原主要设备所用的冷媒由脱盐水改为了循环水，技改后二次水系统的工艺流程简图见图1（图中虚线部分为技改管线，云图内为隔离取消的相关设备）。对于双加压法稀硝酸工艺中二次水改一次水的问题，笔者认为，本项技改在带来节能效益的同时也会给整套装置的运行带来较大的不良影响，以下对本项技改的利与弊进行分析与探讨。
1 技改后的优点
（1）吨酸电耗得以大幅降低。技改前二次水系统需要2台二次水循环泵（P0119A/B/C）作为二次水循环的动力，技改后二次水系统只利用循环冷却水的压力就可进行循环冷却，不再需要运行2台二次水循环泵（P0119A/B/C），经测算全年可节约电费84.8万元。
（2）循环冷却水的消耗有所减少。技改前使用一次水——循环冷却水作为二次水的冷媒，技改后直接采用温度低于原二次水的一次水（循环冷却水）作为循环冷却的冷媒，在同样的工况下所需的一次水量明显降低，经测算全年可节约一次水成本约45.62万元。
（3）有利于硝酸产品的提浓。双加压法稀硝酸装置中，从氨氧化炉到吸收塔的整个流程中均在发生氧化放热反应，反应放出的热量由锅炉循环水、饱和蒸汽、工艺尾气以及低压反应冷却器（E0110）、高压反应冷却器（E0113）壳程和吸收塔（T0101）管程的二次水带走，当E0110、E0113、T0101的冷媒由二次水改为一次水后，由于一次水水温较二次水水温低，有利于氨氧化反应的进行和氮氧化物的吸收，这样T0101塔顶加入的吸收水量减少，最终体现为稀硝酸浓度得以提高——由技改前的60.0%～62.5%提升至技改后的64.7%（最高值）。
2 技改后存在的问题
二次水系统技改后，随着稀硝酸装置运行时间的推移，一次水作为循环冷媒所带来的问题逐渐暴露，其给系统运行带来的危害性逐渐显现，各方对本项技改的评价和认识也存在较大分歧，主要体现在如下一些方面。
2.1 腐蚀风险
2.1.1 Cl-对不锈钢设备的腐蚀风险
二次水系统技改后，“二次水”主要使用设备为吸收塔（T0101）、高压反应冷却器（E0113）、低压反应冷却器（E0110）、锅炉排污冷却器（E0120），其与二次水直接接触面的用材情况见表1。
（1）对于二次水系统的技改，技改提出和参与研讨的相关人员认为，按照《工业循环冷却水处理设计规范》（GB/T 50050—2017）之相关规定：碳钢、不锈钢换热设备，水走管程的情况，水中Cl-含量许用值≤1 000×10-6；不锈钢换热设备，水走壳程，传热面水侧壁温≤70 ℃、冷却水出水温度≤45 ℃的情况下，水中Cl-含量许用值≤700×10-6。而飞华环保公司稀硝酸装置所用的来自重庆化医恩力吉投资有限责任公司的一次（循环）水中的Cl-含量一般在（50～150）×10-6、平均值为 126.7×10-6，远小于GB/T 50050—2017中的许用值，因此稀硝酸装置二次水改一次水不存在Cl-腐蚀的问题。但是，就GB/T 50050—2017中Cl-含量许用值偏大的问题，《工业循环冷却水处理设计规范》（GB 50050—2007）对此已有相关说明（参见GB 50050—2007之第44页），即既存在循环冷却水中每升只有几十毫克Cl-时而发生不锈钢设备腐蚀的案例，也有循环冷却水中Cl-达到1 000 mg/L时系统中不锈钢换热器未出现腐蚀穿孔的情况。因此，据GB 50050—2007及其相关说明可得出如下结论：① 循环冷却水中Cl-许用值≤1 000×10-6，只能说在许用值以下有不锈钢换热器未出现腐蚀穿孔的情况，但并不具有普遍性，尤其是不具有绝对性；② 规范中用到的是 “许用值”3个字，字面上也表明了规范的严谨性；③ 循环冷却水中每升只有几十毫克Cl-时存在不锈钢设备腐蚀的案例，进一步表明Cl-腐蚀问题在其含量较低的情况下依然存在。
（2）《火电厂循环冷却水处理》中要求304不锈钢使用环境中的Cl-含量为0～200 mg/L，表述中虽然采用的是“要求”，但其实含有“必须”的意思，即304不锈钢材料使用环境中的Cl-含量应在200 mg/L以内。
（3）文献［6］中指出：304不锈钢在60 ℃的中性溶液中发生应力腐蚀的临界浓度为90 mg/L。
综上，可以得出如下结论：采用304不锈钢的硝酸设备，其使用环境中的Cl-含量应在200 mg/L以内；当使用环境温度在60 ℃时，Cl-含量应不大于90 mg/L。由于Cl-腐蚀与使用环境温度密切相关，飞华环保公司稀硝酸装置采用二次水冷却换热设备时，使用环境温度存在差异，因此TR公司原设计包中要求换热设备使用环境中的Cl-含量不高于70×10-6是较为准确的。也就是说，过高的Cl-含量会增加E0110、E0113等不锈钢换热器列管的点蚀和应力腐蚀风险的论断是准确的和客观的。
2.1.2 循环水本身对设备的腐蚀风险
更多内容详见《中氮肥》2021年第4期