浓硝酸装置设备腐蚀与控制的论文.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流浓硝酸装置设备腐蚀与控制的论文.精品文档.浓硝酸生产过程中硝酸镁加热器设备腐蚀与控制孙志高 杜春晓 张克全 黄林林兰州石化公司化肥厂硝酸车间 730060摘要：本文首先对硝酸镁加热器在浓硝酸生产中的作用及工艺流程进行了描述，然后从硝镁加热器的腐蚀状况及腐蚀原因进行了剖析，最后提出了从原料及生产控制、选材控制、工艺防腐控制和改造设备进料口等几方面的控制方法，从而解决了硝镁加热器腐蚀严重影响生产的难题。关键词：硝酸镁加热器 腐蚀 防腐第一节 概述浓硝酸装置硝镁加热器共有六台，型号为: S240050 DN1600/DN1000 L=7105 F=

2、260M2 重量：38.69t 材质：304L。硝镁加热器作为浓硝酸装置的关键设备之一，在生产中发挥着重要作用。将浓缩塔提馏段底部出来的稀硝酸镁溶液加热脱硝后（脱硝后的含硝量0.5%）输送到稀硝酸镁储槽，通过加热器蒸出的硝酸蒸汽进入浓缩塔提馏段底部，满足浓缩塔所需的热量。加热器管束因长期接触硝酸镁溶液，U形管冲刷、腐蚀严重减薄，堵管数量已达10%，严重影响换热效果，在硝镁加热器U形管检修期间，浓缩塔、漂白塔要进行降温，检修结束后又要进行升温，该过程中温度变化可能造成浓硝酸冷凝器高硅铸铁管破裂，影响酸浓度及后续工艺，因此硝镁加热器列管检修频繁是制约我装置长周期运行的重要因素之一。如果解决好硝镁加

3、热器列管频繁检修问题，浓硝酸装置的安全长周期稳定运行将会迈出重大一步。 一、工艺流程概述1、硝酸镁溶液制备系统固体硝酸镁投加到硝酸镁地下槽中，加入冷凝液及加蒸汽进行加热，待硝酸镁完全融化后，用液下泵送入硝酸镁沉降槽备用。2、稀硝酸浓缩系统由稀硝酸装置生产的稀硝酸送到稀硝酸贮槽，稀硝酸贮槽中的稀硝酸，经过稀硝酸泵送入稀硝酸高位槽，经流量调节阀进入混合分配器；浓硝酸镁槽中的浓硝酸镁，由浓硝酸镁泵送入浓硝酸镁高位槽，经流量调节阀进入混合分配器。稀硝酸与浓硝酸镁按1：41：6的比例混合，在混合分配器内脱除稀硝酸中部分水分后，从浓缩塔中部进入塔内，重组分（硝酸镁）流向提馏段，通过萃取蒸馏从浓缩塔底部经硝

4、镁加热器缓冲罐进入硝酸镁加热器，经脱硝后进入稀硝酸镁槽；轻组分（气态硝酸及少量水蒸汽）进入到精馏段，与回流的浓硝酸逆向接触浓缩，从浓缩塔顶部出来的硝酸蒸汽进入漂白塔后，与漂白塔顶流下的浓度为97.0%以上的浓硝酸逆向接触，脱除浓硝酸中的亚硝酸后进入浓硝酸冷凝器冷凝为浓硝酸。从浓硝酸冷凝器冷凝下来的浓硝酸经气液分离器进入分配酸封，约五分之三的浓硝酸在回流酸阀的控制下，经回流酸封进入浓缩塔顶部，作为回流酸。约五分之二的浓硝酸进入漂白塔顶，在漂白塔内脱除亚硝酸后进入成品酸冷却器，温度降到1050后进入浓硝酸中间槽，通过浓硝酸泵送至浓硝酸储运单元。3、稀硝酸镁蒸发系统稀硝酸镁槽中的硝酸镁由稀硝酸镁泵送

5、入硝酸镁蒸发器中进行真空蒸发提浓，所得的浓硝酸镁溶液进入浓硝酸镁槽。硝酸镁加热器、硝酸镁蒸发器1.0MPa蒸汽冷凝液进入冷凝水膨胀槽中，膨胀产生的0.4MPa蒸汽除供本装置使用外，多余部分送入低压蒸汽管网。冷凝水膨胀槽中的冷凝液通过调节阀送往制水供水车间回收利用。4、浓硝酸储运系统浓硝酸生产单元来的浓硝酸存入浓硝酸贮罐，由浓硝酸泵将浓硝酸贮罐中的浓硝酸送入高位槽，再通过软管装入汽车；由浓硝酸泵将浓硝酸贮罐中的浓硝酸送到火车站台，通过鹤管装入火车槽车；由浓硝酸泵将浓硝酸贮罐中的浓硝酸送到苯胺装置。5、主要产品浓硝酸装置产品为大于97.0%的浓硝酸。6、硝镁加热器主要部件壳体、换热管、封头、下料管

6、、溢流管、人孔第二节 主要腐蚀介质及腐蚀机理一、浓硝酸对不锈钢设备的腐蚀浓硝酸具有强氧化性，能与绝大多数金属进行化学反应。不同的介质条件，其腐蚀机理也不尽相同。1Cr18Ni9Ti钢等腐蚀深度曲线图所示(阴影表示腐蚀深度0.1mm/a)：图一 不锈钢腐蚀图在常温下(温度不大于65),稀硝酸环境中1Cr18Ni9Ti不锈钢其腐蚀率很低。因为在硝酸氧化环境中容易钝化,其表面产生一层以氧化铬为主保护性很强的薄膜。选用1Cr18Ni9Ti不锈钢材质的主要设备使用情况见表1。在硝镁加热器中存在的腐蚀类型如下：表一1、均匀腐蚀 硝酸镁进入硝镁加热器，HNO3浓度为1.0左右，经加热脱硝后HNO3浓度降至0

7、.2左右通过溢流管流入稀镁槽。在硝镁加热器170左右的条件下，0.2%左右的含硝量会对1Crl8Ni9Ti不锈钢造成很快的腐蚀，而在硝镁入口处稀镁含HNO3浓度为1.0左右，在此处局部发生的腐蚀比较均匀，故称之为均匀腐蚀。2、应力腐蚀 由于生产稀硝酸所用脱盐水中含有C1，会使不锈钢表面在硝酸溶液中生成的钝化保护膜遭到破坏，从而产生的腐蚀，称之为应力腐蚀。3、晶间腐蚀 晶间腐蚀的原因是晶界贫铬造成的，钢的含铬量13时，其表面能生成一层坚硬可靠的Cr2O3保护膜，对钢材内部起到保护作用，使钢材具有较高的抗腐蚀能力；当含铬量13时，钢材的耐腐蚀能力就会显著下降在焊缝附近，由于焊接时局部受热，致使碳原

8、子在晶界以含铬量很高的碳化物析出，使晶界的含铬量减少，因此在含硝酸的溶液中易发生晶间腐蚀。第三节 腐蚀部位硝酸镁加热器的主要腐蚀部位包括： 如下图图二 硝镁加热器下料管腐蚀情况图图三 硝镁加热器进料位置的列管冲刷图第四节 腐蚀控制一、原料及生产控制1、原料控制由于生产稀硝酸所用脱盐水中含有C1，会使不锈钢表面在硝酸溶液中生成的钝化保护膜遭到破坏，从而产生的腐蚀。从工艺上尽量降低稀硝酸镁中的HNO3含量。主要从以下预防： 防止塔体不正造成塔内偏流； 浓缩塔分布器要安装水平，使酸分散均匀，争取在塔内脱硝； 控制硝镁加热器液面在盘管以上溢流口以下位置，并加装缓冲挡板； 将加热器溢流口提高，使刚进入的

9、硝酸镁溶液尽量晚些接触盘管，即在其与盘管接触前使溶液中的HNO3蒸发掉。2、生产控制生产中主要控制好稀镁含硝，将稀镁含硝降至0.2%左右，控制措施如下： 增大硝镁加热器蒸汽调节阀提高硝镁加热器液相温度。减小浓硝酸镁进料量或增加稀硝酸进料量，减小配料比，调整稀硝酸镁浓度在6475%。 关小硝镁蒸发器的加蒸汽调节阀，降低硝镁蒸发器温度，从而调整浓硝酸镁浓度在7280%。 定期对硝酸镁进行沉降、置换，提高硝酸镁脱水能力，有效降低稀镁含硝，减少设备腐蚀。 加大硝镁加热器蒸汽量。3、选材原则浓硝酸具有很强的氧化性，纯净的浓硝酸为无色透明液体，通常因为含有NO而呈淡黄色，能与大部分金属和非金属发生化学反应

10、。故此，在浓硝酸生产中的硝酸镁加热器材料中目前国内普遍用到的材料选用304L。4、 工艺防腐降低硝酸镁含硝高造成浓硝酸装置稀硝酸镁含硝高的主要原因为：硝酸镁加热器操作温度偏低、浓硝酸冷凝器泄漏、硝酸镁加热器泄漏及操作原因等。稀硝酸镁含硝的高低与硝酸镁加热器的操作温度有很大的关系。硝酸镁加热器的操作温度主要与中压蒸汽的压力和稳定有关。硝酸镁加热器使用1.0Mpa的中压蒸汽，由于蒸汽源及管径所限，中压蒸汽的压力一直在0.750.95Mpa之间波动，使硝酸镁加热器的操作温度只能维持在155左右而无法提高，从而使稀硝酸镁含硝无法有效脱除，最终导致稀硝酸镁含硝增高。解决方法如下：在使用现有的中压蒸汽管网

11、的前提下，采取了从蒸汽源头上加强中压蒸汽供汽压力的提高和稳定的措施。对浓硝酸现有的中压蒸汽管网做了必要的改造。改造示意图见图四。图四 中压蒸汽改造示意图图中虚线部分为新增管线。通过图所示的改造，当1.0Mpa的压力发生波动时，从1.3Mpa蒸汽管网补充一部分蒸汽进入1.0Mpa蒸汽的另一用户硝酸镁蒸发器，从而间接稳定了进入硝酸镁加热器的蒸汽压力。二、减少设备腐蚀的措施1、硝镁加热器进料口的改造硝镁加热器的的腐蚀从开车至今一直是困扰我们的一大难题。硝镁加热器腐蚀严重的部位主要是以下地方：1、硝镁加热器进料管2、进料管下方的换热管3、硝镁加热器椎体上半部分。造成硝镁加热器腐蚀泄漏的主要原因如下：（

12、1）硝镁加热器中硝镁含硝高，再加上温度高达160左右从而造成设备腐蚀加快；（2）硝酸镁加热器进料对列管及壳体冲刷造成设备减薄发生泄漏。腐蚀情况如下图所示：图五 硝镁加热器腐蚀情况硝酸镁加热器列管泄漏时，既会造成硝酸镁加热器内稀硝酸镁溶液整体的沸腾状况不均衡，脱硝不彻底，也会造成浓缩塔系统负压降低或形成正压，使浓缩塔系统工况恶化，导致浓硝酸产品浓度下降，含硝增高，因此就形成了这样一个恶性循环。措施如下：（1）在硝镁加热器旁安装一缓冲罐，改变硝镁加热器的进料位置及方向。通过增加缓冲罐避免了硝酸镁直接冲刷进料管，改变进料方向减小了硝酸镁对筒体及下方的冲刷力度。改造示意图如下： 图六 硝镁加热器器进料

13、管改造示意图改造实物图如下：图七 硝镁加热器器进料管改造实物图第五节 腐蚀监检测硝酸镁加热器的腐蚀监检测主要包括定点测厚、腐蚀挂片。1、定测厚点部位（1）二楼硝镁加热器壳体。（2）二楼硝镁加热器溢流管。（3）一楼稀酸管线及阀门腐蚀。2、腐蚀挂片部位硝镁加热器液相部位及气相部位，材质：钛材TA2、高硅不锈钢DS、KY704。第六节 装置停工腐蚀检查腐蚀检查是了解装置腐蚀情况的最直接手段，停工期间的腐蚀检查遵循关于加强炼油装置腐蚀检查工作管理规定的要求。硝酸镁加热器腐蚀检查的重点部位包括以下方面：二楼硝镁加热器壳体及列管腐蚀情况；二楼硝镁加热器溢流管、溢流球阀及根部管腐蚀情况。 第七节 停工期间的

14、防腐措施可采用氮气密封等隔绝空气：A酸系统防腐保护：装置停车时间较长时，酸系统一般用充氮防腐，即将系统的物料放净、用水清洗干净、吹干，然后充以氮气保护，氮气压力维持在0.020.05MPa,并且整个充氮系统不能漏气。B镁系统防腐保护：装置停车时间较长时，镁系统一般用充氮防腐，即将系统的物料放净、用水清洗干净、吹干，然后充以氮气保护，氮气压力维持在0.020.05MPa,并且整个充氮系统不能漏气。第八节 腐蚀案例硝镁加热器进料直接冲刷是造成硝镁加热器列管使用周期短、检修频繁的最重要原因。在正常生产中，靠近进料位置的列管及下料管极易发生泄漏。通过对硝镁加热器检修部位的多次对比、观察，发现硝镁加热器

15、列管及下料管在靠近进料口位置的管壁较其它位置减薄及腐蚀（如图八）。图八针对该问题，车间在2011年大检修期间在硝镁加热器下料口位置增加了缓冲罐，即硝镁加热器进料先进入缓冲罐，然后通过溢流进入硝镁加热器，这样避免了物料直接冲刷硝镁加热器列管，硝镁加热器的列管就不会因物料冲刷而频繁检修，很好的解决了硝镁加热器腐蚀问题（如图九）。图九 硝镁加热器进料缓冲罐图硝镁加热器列管检修频繁是制约我装置长周期运行的重要因素之一，在不断的摸索中我们对硝镁加热器从生产控制、选材、工艺防腐控制及设备改造等几方面出发，已经取得了一定的成绩。在以后的工作当中我们将继续对这一腐蚀问题进行探索，争取将硝镁加热器的腐蚀问题降低到最低。参考文献：1 浓硝酸装置操作规程，中国石油兰州石化公司,2009.1 李家民炼化设备手册，兰州，兰州大学出版社，20082 中国石油化工集团公司职业技能鉴定指导中心编，硝酸生产工，中国石化出版社，2008.