雙加壓法稀硝酸生產(chǎn)裝置運(yùn)行情況分析

鄭鵬圖

（甘肅劉化（集團(tuán)）有限責(zé)任公司白銀新天化工分公司，甘肅白銀 730900）

1 公司概況

甘肅劉化（集團(tuán)）有限責(zé)任公司新天化工分公司成立于2013年9月，一期項(xiàng)目生產(chǎn)能力為年產(chǎn)濃硝酸15萬t、硝銨溶液20萬t、硝基復(fù)合肥25萬t。主要產(chǎn)品有稀硝酸、濃硝酸、液體硝銨、硝基復(fù)合肥等。稀硝酸裝置采用先進(jìn)的GRANDE PAROISSE雙加壓法制取稀硝酸，此方法集中了氨耗低、鉑耗低且成品酸濃度高和尾氣中NOX含量低，能量回收綜合利用合理等優(yōu)點(diǎn)。

工藝流程為：由液氨球罐供給的液氨經(jīng)低壓蒸汽加熱成氣氨與空氣混合，在0.45MPa的壓力下在氧化爐中發(fā)生氨的氧化反應(yīng)。氨氧化反應(yīng)設(shè)備制造要求高，操作控制要求嚴(yán)，尤其是在氨氧化過程中氧化爐溫度、壓力、接觸時(shí)間以及氨的流速等工藝條件對氧化率都有影響，因此控制最佳的工藝指標(biāo)對整個(gè)系統(tǒng)高效、節(jié)能、安全的生產(chǎn)尤為重要。系統(tǒng)通過產(chǎn)生蒸汽及尾氣加熱而使氧化氮?dú)怏w冷卻，獲得最大的熱量回收。低壓氧化氮?dú)怏w經(jīng)冷卻、稀酸冷凝分離，在NOX壓縮機(jī)升壓到1.1MPa，冷卻后送到吸收塔，在塔內(nèi)NO2與水反應(yīng)生成硝酸，生成的硝酸用二次空氣氣提漂白后送入稀硝酸儲槽，出塔的尾氣在換熱器中經(jīng)加熱后送入尾氣透平以回收能量，生產(chǎn)出濃度為58%～62%的硝酸。

其核心設(shè)備“四合一機(jī)組”采用國產(chǎn)設(shè)備，蒸汽透平機(jī)由杭州汽輪機(jī)股份有限公司制造，軸流式空氣壓縮機(jī)、離心式氧化氮壓縮機(jī)、尾氣透平機(jī)均由陜西鼓風(fēng)機(jī)廠制造，機(jī)組于2013年4月完成安裝，同年 7月投入運(yùn)行。工作原理是利用系統(tǒng)產(chǎn)生的高壓蒸汽驅(qū)動汽輪機(jī)并與尾氣透平聯(lián)合驅(qū)動四合一機(jī)組中的空壓機(jī)和氧化氮壓縮機(jī)做工。空壓機(jī)向硝酸崗位提供合格的空氣，氧化氮壓縮機(jī)將氧化氮?dú)怏w加壓至系統(tǒng)吸收所需的壓力，四合一機(jī)組運(yùn)行的好壞直接影響整個(gè)硝酸裝置的運(yùn)行情況。

2 運(yùn)行過程中出現(xiàn)的問題

生產(chǎn)裝置投入運(yùn)行以來，按照設(shè)計(jì)要求執(zhí)行工藝指標(biāo)，創(chuàng)造了較好的生產(chǎn)業(yè)績。因長周期運(yùn)行，設(shè)備老化，物料腐蝕，生產(chǎn)過程中部分設(shè)備不同程度出現(xiàn)了問題。

2.1 氨蒸發(fā)器列管出現(xiàn)滲漏，工藝參數(shù)不穩(wěn)定

（1）2019年11月28日發(fā)現(xiàn)氨蒸發(fā)器B列管滲漏，造成循環(huán)水水質(zhì)污染，列管堵塞，高壓快冷器循環(huán)冷卻回水系統(tǒng)阻力增大，換熱系統(tǒng)不流暢，NOX氣體溫度升高，吸收效果差，尾氣NOX波動大，呈上漲趨勢。

（2）NOX氣體溫度升高，吸收效果差，導(dǎo)致冷凍水溫度波動大，氨蒸發(fā)器A為主蒸發(fā)器，主要靠冷凍水溫度來提供熱量，當(dāng)冷凍水溫度波動大時(shí)，氣氨壓力相對波動大，引起氨空比及氧化爐溫度波動超指標(biāo)，波動大時(shí)易觸發(fā)氨空比連鎖引起稀硝酸系統(tǒng)停車。

（3）氣氨壓力波動大時(shí)，易引起氣氨帶液，造成氣氨引壓管帶液，氣氨流量計(jì)出現(xiàn)誤差，引起氨空比計(jì)算錯誤觸發(fā)氨空比連鎖停車；氣氨過濾器液位上漲，氣氨帶液，氨溫低連鎖，也可能帶至氧化爐，損傷鉑網(wǎng)。

（4）循環(huán)水中氨水含量超過100mg/L時(shí)，對表冷器銅管有腐蝕，對其他循環(huán)水換熱設(shè)備造成堵塞及腐蝕。

2.2 氧化爐爐管結(jié)垢嚴(yán)重，鉑網(wǎng)脫邊影響工藝

2020年3 月稀硝酸滿負(fù)運(yùn)行過程，氧化爐鉑網(wǎng)出現(xiàn)脫邊現(xiàn)象，造成氧化爐爐壁溫度升高，氧化爐出口氧化氮?dú)怏w溫度高，氧化爐鉑網(wǎng)脫邊嚴(yán)重，鉑網(wǎng)壓條卡松動，氧化爐水循環(huán)量低，爐壁冷卻水流量低。

2.3 尾氣氧化氮含量高

2020年1 月，因SCR內(nèi)部圍堰間隙過大，導(dǎo)致東側(cè)床層塌陷，尾氣氧化氮值超標(biāo)，最高至668mg/m3，SCR床層溫度偏高，高值為400～420℃，（正常時(shí)操作溫度為360～380℃）。

3 處理措施

3.1 氨蒸發(fā)器消漏

2020年3月13 日稀硝酸裝置計(jì)劃停車檢修。對氨蒸發(fā)器B進(jìn)行工藝處理，3月14日氨蒸發(fā)器B封頭拆除，清理查漏，對氨蒸發(fā)器每一根列管及管板、封頭清理后進(jìn)行檢修，對氨蒸發(fā)器B管板反復(fù)打磨、補(bǔ)焊、探傷，工藝試壓試漏無漏點(diǎn)后，于3月30日封閉氨蒸發(fā)器B。

3.2 氧化爐開蓋檢修

（1）3月14日氧化爐大蓋開啟后，校正扇形板塌陷，大小各24塊，圓形1塊，共計(jì)49塊；補(bǔ)焊氧化爐觸媒框焊縫；鉑網(wǎng)由120d更換為180d。

（2）氧化爐外管及關(guān)聯(lián)設(shè)備化學(xué)清洗。

本次化學(xué)清洗自生產(chǎn)裝置投運(yùn)以來第一次進(jìn)行，由甘肅銀泰化工有限公司對氧化爐外管、尾氣四次預(yù)熱器、水平廢鍋、尾氣三次預(yù)熱器、鍋爐給水預(yù)熱器、吸收塔、開工槽、地下收集池等設(shè)備進(jìn)行化學(xué)清洗及貴金屬回收作業(yè)。

根據(jù)硝酸裝置現(xiàn)場的實(shí)際情況，本次清洗過程按照幾個(gè)階段嚴(yán)格執(zhí)行，系統(tǒng)水沖洗→酸洗→漂洗→中和鈍化→人工清理、內(nèi)部檢查和系統(tǒng)復(fù)位。

清洗過程符合HG/T2387—2007《工業(yè)設(shè)備化學(xué)清洗質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，不銹鋼腐蝕率＜2g/（m2·h），碳鋼腐蝕率＜6g/（m2·h），洗凈率＞90%，設(shè)備管道表面清潔，無殘留氧化物、泥沙，無明顯金屬粗品析出，無點(diǎn)蝕現(xiàn)象，清洗完畢后，鈍化效果良好。

（3）氧化爐內(nèi)管及關(guān)聯(lián)設(shè)備化學(xué)清洗

針對氧化爐爐水循環(huán)量偏低問題，對氧化爐內(nèi)管、水平廢鍋、汽包等設(shè)備進(jìn)行了化學(xué)清洗。清洗流程：水洗→酸洗→中和→漂洗→鈍化處理→設(shè)備打壓驗(yàn)收→清洗液中和處理。

氧化爐廢熱鍋爐內(nèi)管化學(xué)清洗，換熱面積943m2，容積：35m3，垢厚2mm，經(jīng)58h 化學(xué)清洗，不銹鋼腐蝕率＜2g/（m2·h），碳鋼腐蝕率＜6g/（m2·h），洗凈率＞90%，除垢率＞90%，無明顯粗金析出和點(diǎn)蝕。

3.3 SCR縮小內(nèi)部間隙，處理床層塌陷

3月15日打開SCR人孔，將觸煤掏出后重新填裝，觸煤、氧化鋁耐火球卸出后進(jìn)行圍堰補(bǔ)焊，縮小間隙，清理干凈，在篦子板上層鋪二層鋼絲網(wǎng)，裝入氧化鋁耐火球，上層鋪一層鋼絲網(wǎng)，裝入觸煤，鋪一層鋼絲網(wǎng)，安裝觸煤上層壓板框架后設(shè)備、工藝檢查驗(yàn)收合格后，封閉人孔。

4 處理結(jié)果

1）2020年4 月11日稀硝酸裝置開車后，氨蒸發(fā)器B投運(yùn)正常，各項(xiàng)工藝指標(biāo)恢復(fù)正常，見表1。

表1 氨蒸發(fā)系統(tǒng)檢修前后工藝指標(biāo)比較

2）4月11 日稀硝酸裝置開車成功，4月19日稀硝酸系統(tǒng)滿負(fù)荷運(yùn)行，處理前后數(shù)據(jù)見表2。

氧化爐大蓋開蓋檢修后，同等負(fù)荷工況下空壓機(jī)運(yùn)行參數(shù)、爐水循環(huán)量、爐壁溫度等主要指標(biāo)恢復(fù)正常，過熱段蒸汽量增加，汽輪機(jī)進(jìn)汽量減少，外送蒸汽量增加，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

表2 處理前后氧化工段工藝指標(biāo)比較

SCR檢修后尾氣折算均值在50mg/m3，床層溫度基本保持在360～380℃，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定。

5 取得經(jīng)濟(jì)效益

我公司通過對氨蒸發(fā)器、SCR進(jìn)行檢修，對氧化爐內(nèi)、外管及關(guān)聯(lián)設(shè)備清洗，經(jīng)過數(shù)據(jù)比對，效果明顯。

1）氨蒸發(fā)器檢修后開車運(yùn)行，氣氨壓力壓差減小、蒸發(fā)器出口循環(huán)水溫度降低，氣氨溫度、氧化爐溫度、吸收塔NOX氣體溫度、氨空比均達(dá)到正常指標(biāo)，投入氣氨量減小，氨耗降低，尾氣透平機(jī)做工穩(wěn)定，蒸汽消耗降低，吸收塔吸收效果好，提高產(chǎn)率。

2）SCR縮小內(nèi)部間隙，處理床層塌陷后，NOX折算值＜50×10－6，減少投氨量，尾氣折算值達(dá)到并遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于環(huán)保指標(biāo)。

3）氧化爐內(nèi)、外管及關(guān)聯(lián)設(shè)備清洗后，爐水循環(huán)量由112t/h增長為135t/h（最高可達(dá)145t/h），爐壁冷卻水由7.6t/h增長為12.6t/h，爐壁溫度由195℃降為175℃，氧化爐出口溫度由467℃降為444℃，過熱段蒸汽量由29t/h增長為31t/h。同時(shí)通過檢修，消除了氧化爐大蓋漏點(diǎn)，完成扇形板校正，內(nèi)部壓板補(bǔ)焊。工藝上降低了爐壁溫度、氧化爐出口溫度，提升了爐水循環(huán)量和設(shè)備換熱效率，降低了系統(tǒng)消耗，增加了副產(chǎn)蒸汽量，節(jié)約了成本，同時(shí)也將含有貴金屬物品的殘?jiān)M(jìn)行了回收。

6 結(jié)束語

本公司稀硝酸生產(chǎn)裝置已經(jīng)運(yùn)行了八年多，總體來說還是比較平穩(wěn)，經(jīng)過2020年3月份停車大檢修后，各項(xiàng)工藝參數(shù)趨于正常，多年遺留的問題得到了解決，四合一機(jī)組轉(zhuǎn)子進(jìn)行返廠檢修，檢修前機(jī)組運(yùn)行過程中氧化氮壓縮機(jī)排氣側(cè)軸振動值偏高，最高值為110μm，指標(biāo)為≤71μm，機(jī)組連鎖停機(jī)值為≥80μm，檢修后氧化氮壓縮機(jī)排氣側(cè)軸振動值為x，y（19.0，23.0）μm，其他各軸系參數(shù)也恢復(fù)正常穩(wěn)定，現(xiàn)機(jī)組整體運(yùn)行平穩(wěn)，裝置運(yùn)行工藝穩(wěn)定。