硝酸装置废热锅炉的防腐蚀.
10页1、硝酸装置废热锅炉的防腐蚀2004年兰州石化化肥厂改扩建了一套15万吨年硝酸装置,该装置投料试生产成功后,由于各种因素的影响使该装置的开工率较低,装置停用期间,设备的维护保养问题便是摆在管理人员面前的一个课题,在该装置间断开停车过程中,我们发现废热锅炉系统铁锈比较严重,对此进行了分析,并根据原装置(已拆除)上废热锅炉的防腐经验采取了一些措施,实现了预期的目的。1生产概况 硝酸是基本化学工业中重要产品之一,用途广泛,随着合成氨工业的发展,目前为止,稀硝酸的生产都采用氨氧化法,生产初期大都为常压法,后来发展为加压法、高压法、双加压法。无论采用那种方法,生产过程应包括以下两个步骤:第一是氨在铂网催化剂上氧化为一氧化氮;第二是一氧化氮再氧化为二氧化氮,且用水吸收制得稀硝酸。第一步中氨的氧化是一个放热反应,反应后生成的工艺气体温度在780860。第二步中一氧化氮完全氧化为二氧化氮的关键是温度和压力,当气体冷却到100以下,不论是常压还是加压,NO的氧化可以看成是完全氧化成NO2。由此可见,从氧化炉出来的高温气体,既不利于气体的压缩和输送,又不利于下一工序一氧化氮的氧化,因此必须考虑热量的回收利用问
2、题,同时,这也符合能源的合理利用方针。硝酸生产中氨氧化的热量回收,一般用来副产蒸汽的办法来进行。常压法一般采用强制直流双管式废热锅炉,全加压法一般采用自然循环列管式废热锅炉,双加压法一般采用强制循环盘管式废热锅炉,无论那种生产方法,硝酸装置上的废热锅炉都是用来进行热量回收,副产3.8MPa、450的过热蒸汽,流程大致如下图1、图2所示:2结构及材质 硝酸装置上的废热锅炉内,高温NOx气体走管外,自上而下进入内部空间;水走管内,自下而上逐渐被高温的NOx气体所加热,常压法生产中的废热锅炉由两根并联平衡的无缝钢管弯制而成,俗称“盘管”,由于设备安装、检修和工艺的要求,盘管又分成第一节热器、第二节热器、锅炉盘管和过热器四个部分;双加压法生产中的废热锅炉由水冷壁、锅炉盘管、过热器组成,各盘管规格、材质如表1所示。 3水汽分布 对于常压法硝酸生产来说,废热锅炉系统,温度为130左右,压力为7.0MPa的化学软水,经过节流垫圈进入并联平行第一节热器盘管,再入第二节热器盘管,逐渐被NOx气体加热到沸点,约有7左右的水变成了蒸汽。随着生产负荷和锅炉加水量、水温和水压等条件的不同,水的沸点在盘管内位置也
3、前后变动,其蒸发的水量也不同,沸腾的水和汽的乳浊液进入锅炉盘管后进一步蒸发,水逐渐变成汽,这时沸腾的水温度基本不变。含水约10的蒸汽进入分离器,分离除掉其中的水和盐份,再进入过热蒸汽盘管,使蒸汽由219左右过热到450(压力3.9MPa)送入到蒸汽管网。因此,在第一节热器盘管内的水为液相,在第二节热器盘管内的水最初为液相,但到后部7左右的水变成了蒸汽,出现了液、汽两相,在锅炉盘管内水由液相逐渐向汽相转化,仍为两相,在过热盘管内为单纯汽相。对于双加压法硝酸生产来说,废热锅炉系统,温度为80100锅炉水经过省煤器换热后,温度为243左右进入到分离器,分离出的蒸汽进入过热蒸汽盘管,使蒸汽由255左右过热到440(压力3.9MPa)送入到蒸汽管网,分离出的锅炉水进入水冷壁盘管、锅炉盘管,在锅炉盘管内水由液相逐渐向汽相转化,仍为两相,在过热盘管内为单纯汽相。图2显示锅炉内各盘管水汽分布与温度情况。 在图中,点线右侧为汽相区,左侧为液相区。从流体力学角度来看,水温升高沸腾后,其比容逐渐增大,管内阻力也相应增大,为了减少阻力,防止水击现象,故锅炉盘管和过热器的管子直径比第一、二节热器粗一些。为了两根
4、管子的进入量基本平衡,所以在管子入口处,各安装大小相同的节流垫圈,从而避免发生局部过热现象。4腐蚀的几种情况及原因分析4.1锅炉盘管外部腐蚀 锅炉盘管和过热器外NOx气体温度较高(约350以上),远大于混合气体的露点温度(136),即使在开、停车状况下,因其温度高,这两段盘管外壁上也不会形成冷凝酸,因此,腐蚀不明显,但常压法硝酸生产中废热锅炉系统中,在第一、二节热器部位,如果NOx气体温度降的太低,使其中的蒸汽冷凝成水,NOx与水作用生成稀硝酸与钢铁发生化学反应而造成腐蚀,其反应式:2Fe8HNO32Fe(NO3)32NO4H2O 同时,盘管的外表面特别是弯头或受机械创伤的地方,稀硝酸液膜能使钢铁中的铁和碳化铁形成微电池,而造成电化学腐蚀,即 阳极反应:Fe2eFe2e 阴极反应:2H2eH2 随着反应的不断进行,碳钢中的铁不断的溶解,形成晶粒间的腐蚀,造成盘管的麻点、深洞和裂缝。一旦锅炉水漏出后,与NOx气体反应生成高浓度的稀硝酸,又会对周围其它管线造成腐蚀,最终损坏盘管。4.2溶解氧的腐蚀 锅炉给水中容有多种气体,其中对热力设备危害最大的是氧气,当发生下列情况时,锅炉有可能发生氧腐
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