硝鎂加熱器腐蝕的原因與改進(jìn)

尹升寶(煙臺(tái)巨力精細(xì)化工股份有限公司，山東 煙臺(tái) 265200)

1 濃縮裝置概述

濃縮裝置主要包括硝酸鎂蒸發(fā)濃縮、稀硝酸濃縮、和濃硝酸儲(chǔ)存，稀硝酸濃縮由五套獨(dú)立的濃縮系統(tǒng)組成，硝酸鎂蒸發(fā)濃縮由三套（兩大一小）獨(dú)立的蒸發(fā)系統(tǒng)組成。

1.1 濃硝酸生產(chǎn)原理

在濃硝酸實(shí)際生產(chǎn)中，硝酸與水形成的是二元恒沸混合物，最高恒沸點(diǎn)121.9℃，相對(duì)應(yīng)的汽、液相硝酸濃度為68.4%，達(dá)到相平衡，繼續(xù)蒸餾氣、液相濃度不會(huì)改變，不能得到68.4%以上的濃硝酸。在實(shí)際生產(chǎn)中采用特殊的蒸餾—萃取蒸餾。

在硝鎂法生產(chǎn)濃硝酸過(guò)程中,將硝酸鎂（脫水劑）作為第三組分加入稀硝酸中，增大混合液中硝酸的蒸氣分壓，使蒸氣中硝酸含量提高。硝酸濃縮塔分為提餾段和精餾段，提餾段應(yīng)用萃取蒸餾進(jìn)行生產(chǎn)（出提餾段硝酸蒸氣為85%左右），精餾段應(yīng)用精餾操作進(jìn)行生產(chǎn)（出精餾段硝酸蒸氣為98%左右），98%硝酸蒸氣進(jìn)入冷凝器冷凝，1/3回流進(jìn)入精餾段頂部維持連續(xù)生產(chǎn)，2/3成品酸漂白后進(jìn)入成品貯槽。

1.2 稀硝酸濃縮的工藝流程

濃度60%左右的稀硝酸、濃硝酸鎂溶液（比為1∶3-4）進(jìn)入混合分配器，混合后中部硝酸濃縮塔進(jìn)入；濃縮塔下部為提餾段，濃硝鎂溶液吸收稀硝酸中水份后，成為稀硝酸鎂溶液，從塔底部流入硝鎂加熱器，經(jīng)加熱脫硝后流入稀硝酸鎂槽，硝鎂加熱器中產(chǎn)生的二次蒸汽進(jìn)入硝酸濃縮塔底部，作為蒸餾操作的熱源。

含量約85%的硝酸蒸汽由提餾段進(jìn)入硝酸濃縮塔上部的精餾段，濃縮為98%以上的硝酸蒸汽，經(jīng)漂白塔進(jìn)入濃硝酸冷凝器冷凝為濃硝酸，再經(jīng)漂白塔漂白脫除氮氧化物后進(jìn)入成品酸冷卻器，冷卻后的成品酸進(jìn)入成品酸儲(chǔ)槽。工藝流程見(jiàn)圖1。

1.3 硝鎂加熱器的結(jié)構(gòu)

濃縮系統(tǒng)共有五臺(tái)硝鎂加熱器，加熱器為雙程盤(pán)管。換熱器尺寸為φ1500 mm（φ900）×8 mm×長(zhǎng)6250 mm×高2065 mm，換熱管為φ25 mm×2.0 mm，換熱面積約為171m2，材質(zhì)為304L不銹鋼。

2 硝鎂加熱器腐蝕情況及原因分析

2.1 硝鎂加熱器因長(zhǎng)期接觸硝酸鎂溶液，受硝鎂溶液沖刷及硝酸的腐蝕而損壞，影響換熱效果，致使停車(chē)檢修，濃縮塔、漂白塔要進(jìn)行降溫，檢修結(jié)束后又要進(jìn)行升溫，該過(guò)程中溫度變化不均勻就能造成高硅鑄鐵濃縮塔、漂白塔及冷凝器管破裂，從而無(wú)法正常生產(chǎn)，因此硝鎂加熱器盤(pán)管經(jīng)常損壞制約了濃縮裝置的穩(wěn)定運(yùn)行。

2.2 硝鎂加熱器腐蝕的原因分析。

全面腐蝕（均勻腐蝕）:腐蝕程度大致均勻，設(shè)備表面腐蝕均勻。

進(jìn)入硝鎂加熱器的稀硝酸鎂中硝酸含量約為1.0%，在約160-170℃的條件下，含少量硝酸的稀硝酸鎂溶液會(huì)對(duì)304L不銹鋼造成較快的腐蝕，硝鎂加熱器就會(huì)受到均勻腐蝕。

晶間腐蝕:腐蝕是從表面沿晶粒邊界向內(nèi)發(fā)展，外表沒(méi)有腐蝕跡象，這種變化通常是由于焊接引起。

硝鎂加熱器腐蝕的主要原因是晶間腐蝕。硝酸呈現(xiàn)氧化性，在硝酸介質(zhì)中不銹鋼的晶間腐蝕非常明顯，隨著硝酸濃度和溫度的升高而更加顯著。

磨損腐蝕:金屬表面受高流速和湍流狀的流體沖擊，保護(hù)膜受到破壞，屬?zèng)_擊腐蝕。高速流動(dòng)的液體中含有空氣，使腐蝕變得更為嚴(yán)重（空蝕或氣蝕），使保護(hù)膜受到破壞，屬于磨損腐蝕。

硝鎂加熱器進(jìn)料管位于加熱盤(pán)管的上部，加熱盤(pán)管受到高溫的稀硝酸鎂溶液的沖涮，腐蝕較快；加熱盤(pán)管頂部溫度最高，此處硝酸鎂溶液溫度最高，脫硝最快，硝酸蒸汽濃度及溫度最高，進(jìn)料管法蘭短節(jié)根部及加熱器錐體部位的硝酸蒸汽濃度與溫度高，腐蝕嚴(yán)重。

3 硝鎂加熱器防腐蝕控制措施

3.1 工藝方面的控制

稀硝酸鎂含硝高的原因有:硝酸鎂溶液沸騰情況不好、進(jìn)料比不合適、硝鎂加熱器有漏點(diǎn)破壞負(fù)壓、濃硝酸鎂濃度不合適、加熱器盤(pán)管漏蒸汽、操作不穩(wěn)定等。

為確保稀鎂含硝在0.1%左右:①提高硝鎂加熱器內(nèi)硝鎂溶液的溫度，提高沸騰程度；②調(diào)整稀硝酸與濃硝酸鎂進(jìn)料量，提高稀鎂濃度；③調(diào)整稀鎂蒸發(fā)系統(tǒng)，提高濃鎂濃度，在74-80%；④定期對(duì)硝酸鎂溶液進(jìn)行沉降，濾掉雜質(zhì)，提高脫水能力。⑤硝鎂加熱器用1.0MPa的蒸汽，為保證蒸汽的穩(wěn)定，在進(jìn)濃硝裝置前的1.8MPa的中壓蒸汽總管上增加一個(gè)調(diào)節(jié)閥，設(shè)定為1.2MPa，投自動(dòng)，確保硝酸鎂加熱器的操作穩(wěn)定。

3.2 設(shè)備方面的控制

①設(shè)備安裝時(shí)確保濃縮塔、漂白塔塔體正，防止塔體不正造成塔內(nèi)液體偏流，換熱不均；②濃縮塔、漂白塔裝填料時(shí)一定要擺放正且沿塔壁每隔1米加一圈四氟帶，防止液體偏流，換熱不均；③濃縮塔、漂白塔的分布器必須安裝水平，防止液體分布不均勻，換熱不均；④硝鎂加熱器內(nèi)的液面確保在加熱盤(pán)管以上，減少物料沸騰時(shí)對(duì)加熱盤(pán)管的沖涮。⑤硝鎂加熱器物料入口在加熱器椎體頂部位置，一個(gè)入口，對(duì)此處進(jìn)行改造，將進(jìn)料入口改為兩個(gè)，由加熱器底部向上150mm處的水平位置進(jìn)入，同時(shí)為減少物料的流速設(shè)計(jì)了一個(gè)緩沖槽，硝鎂溶液經(jīng)過(guò)緩沖槽緩沖后再進(jìn)入硝鎂加熱器的底部，降低了物料對(duì)加熱器的沖刷。

4 結(jié)語(yǔ)

硝酸鎂加熱器腐蝕問(wèn)題仍然沒(méi)有徹底解決，目前只能采用合理的技術(shù)方法，在經(jīng)濟(jì)、安全的情況盡量延緩腐蝕的程度，來(lái)確保硝酸濃縮裝置長(zhǎng)周期安全穩(wěn)定運(yùn)行。

[1]煙臺(tái)巨力精細(xì)化工股份有限公司.濃硝酸裝置操作規(guī)程.2014.

[2]濟(jì)南雙硝技術(shù)服務(wù)公司硝酸培訓(xùn)手冊(cè).