徐俊紅，孫嫩霞,趙云莉

(河南晉開化工投資控股集團(tuán)有限責(zé)任公司, 河南開封 475100)

河南晉開化工投資控股集團(tuán)有限責(zé)任公司(簡(jiǎn)稱晉開集團(tuán))二分公司目前共有3套27萬(wàn)t/a雙加壓稀硝酸裝置(簡(jiǎn)稱A、B、C裝置)，自2013年建成開車以來(lái)運(yùn)行基本穩(wěn)定[1]。2021年全年累計(jì)生產(chǎn)稀硝酸84.84萬(wàn)t。隨著裝置長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行，A裝置成品酸經(jīng)常出現(xiàn)亞硝酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)超標(biāo)的情況，最大質(zhì)量分?jǐn)?shù)為350×10-6，成品酸的顏色出現(xiàn)明顯發(fā)黃的情況，嚴(yán)重影響稀硝酸的產(chǎn)品銷售;同時(shí),亞硝酸含量超標(biāo)會(huì)增加后續(xù)工藝硝酸原料的消耗，還會(huì)影響硝酸銨生產(chǎn)的安全系數(shù)。因此，為了提升稀硝酸產(chǎn)品品質(zhì)以提升稀硝酸產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，從操作參數(shù)調(diào)整、設(shè)備隱患排查等多方面進(jìn)行研討分析，對(duì)稀硝酸裝置漂白系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造。

1 稀硝酸裝置漂白系統(tǒng)概況

1.1 工藝原理

雙加壓稀硝酸裝置的生產(chǎn)工藝主要有3個(gè)步驟，分別為氨的氧化、氮氧化物的氧化與吸收、酸漂白[2]。最終得到的稀硝酸成品能夠滿足后續(xù)工藝要求和市場(chǎng)需求。

由于從吸收塔出來(lái)的稀硝酸含有大量溶解的非化合亞硝氣，不能直接送往后續(xù)工段，所以需要利用汽提脫硝技術(shù)將稀硝酸在裝有篩板的漂白塔中與空氣逆流接觸，完成對(duì)稀硝酸的漂白，進(jìn)而滿足生產(chǎn)需求。

1.2 漂白塔設(shè)備構(gòu)造

漂白塔設(shè)備構(gòu)造圖見圖1。

a—空氣進(jìn)口；c—吹出氣出口；d—酸入口；e—酸出口；f1、f2—自控液位計(jì)口；m1、m2—檢查孔；SV1-4—排氣孔；LF1、LF2—吊耳。圖1 漂白塔設(shè)備構(gòu)造圖

漂白塔為篩板型，設(shè)計(jì)為4塊塔板，篩板結(jié)構(gòu)雙S形單溢流，結(jié)構(gòu)基本上與吸收塔相同，但塔板上不設(shè)冷卻盤管。漂白塔直徑為2 300 mm，總高度為9 125 mm，塔內(nèi)上部氣體出口處(圖1中c)裝有網(wǎng)狀除沫器，下部酸出口(圖1中e)處裝有防渦流板。

來(lái)自吸收塔質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%硝酸，從酸入口(圖1中d)送至漂白塔頂部塔板。在裝有塔板的漂白塔內(nèi)，由漂白塔底部(圖1中a)通入二次空氣(同漂白空氣)，利用汽提原理提出溶解在酸中的氮氧化物氣體，完成整個(gè)漂白過(guò)程。

1.3 操作條件及設(shè)計(jì)參數(shù)

漂白塔的操作條件見表1，設(shè)計(jì)參數(shù)見表2。

表1 漂白塔操作條件

表2 漂白塔設(shè)計(jì)參數(shù)

1.4 工藝流程

二次空氣來(lái)自空氣壓縮機(jī)出口，溫度為236 ℃，先作為漂白空氣在二次空氣冷卻器中被來(lái)自吸收塔的尾氣(20 ℃)冷卻到約120 ℃后進(jìn)入漂白塔底部，漂白稀硝酸成品酸后的氣體再作為二次空氣與氮氧化物分離器出來(lái)的氮氧化物工藝氣體混合后進(jìn)入氮氧化物壓縮機(jī)。經(jīng)漂白后的稀硝酸成品酸中含亞硝酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于100×10-6，溫度約為60 ℃)，稀硝酸成品酸在酸冷卻器中與冷卻水換熱后冷卻到50 ℃，送至稀硝酸中間酸槽。稀硝酸成品酸直接作為商品外售，或者由中間酸泵送至多孔硝銨裝置或濃硝裝置。

2 存在的問(wèn)題

針對(duì)稀硝酸A裝置漂白塔成品酸長(zhǎng)期出現(xiàn)亞硝酸含量超標(biāo)的情況，分析認(rèn)為可能是漂白塔空氣量不足、吸收塔排酸溫度低、成品酸濃度和流量不穩(wěn)定、漂白塔塔板不水平或酸液走短路等原因造成的。因此，嘗試通過(guò)調(diào)整工藝參數(shù)來(lái)降低成品稀硝酸中亞硝酸的含量，并對(duì)照設(shè)計(jì)工藝指標(biāo)參數(shù)，將二次空氣的體積流量提高到25 000 m3/h、溫度提高到135 ℃，將進(jìn)漂白塔的酸溫提高到42 ℃。在操作參數(shù)均達(dá)到設(shè)計(jì)值上限的情況下，成品酸漂白效果仍然不佳，成品酸中亞硝酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)波動(dòng)大，最大達(dá)到350×10-6。尤其在氣溫偏低的冬季，由于外界環(huán)境溫度偏低，通過(guò)調(diào)整操作參數(shù)也很難使成品酸中亞硝酸含量達(dá)到銷售指標(biāo)要求，嚴(yán)重影響成品酸的銷售與硝酸銨生產(chǎn)的消耗。

3套裝置實(shí)際稀硝酸成品中亞硝酸含量見表3。

表3 3套稀硝酸裝置亞硝含量

3 原因分析

針對(duì)調(diào)整生產(chǎn)過(guò)程操作參數(shù)后實(shí)施效果不明顯的情況，根據(jù)A裝置運(yùn)行情況及B、C裝置改造的經(jīng)驗(yàn)，決定對(duì)A裝置漂白塔進(jìn)行停車檢修，發(fā)現(xiàn)成品酸中亞硝酸含量高的主要原因?yàn)椋?/p>

(1) 漂白系統(tǒng)中二次空氣分布管腐蝕嚴(yán)重，造成出氣孔處局部出現(xiàn)腐蝕較大的孔洞，形成漂白空氣偏流，氣體分布不均勻，導(dǎo)致漂白效果不佳(見圖2)。

圖2 漂白塔內(nèi)二次空氣分布管

(2) 漂白塔內(nèi)部4層塔板支撐梁高度不一致，導(dǎo)致塔板不平整(設(shè)備圖紙?jiān)O(shè)計(jì)制造要求塔板位差為±3 mm)、液面不易保持(見圖3)，造成稀硝酸滯留時(shí)間不夠，氣液接觸時(shí)間較少，降低塔板效率，這也是漂白效果較差的主要因素之一。

圖3 漂白塔內(nèi)部塔板支撐梁

(3) 溢流堰是塔板上液體溢出的結(jié)構(gòu)，具有維持塔板上液層及使液體均勻溢出的作用[3]，確保氣液充分混合。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)塔板與塔壁連接處出現(xiàn)多處漏焊，溢流堰與塔壁連接腐蝕斷開，存在漏液情況(見圖4)。

圖4 溢流堰與塔壁連接處

(4) 對(duì)設(shè)備安全隱患進(jìn)行排查，由于該裝置已經(jīng)投運(yùn)近10 a，主要介質(zhì)硝酸具有較強(qiáng)的腐蝕性，螺栓不可避免地出現(xiàn)磨損、腐蝕等情況，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)塔板與支撐圈的連接螺栓、塔板上通道板與塔板的連接螺栓存在多處腐蝕松動(dòng)，部分螺帽脫落，造成連接處間隙大，存在漏液情況，對(duì)設(shè)備的長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu)成了安全威脅。

4 技術(shù)改造方案

(1) 嚴(yán)格落實(shí)各項(xiàng)工藝指標(biāo)，從工藝指標(biāo)方面主要控制漂白塔的二次空氣體積流量，盡量控制在20 000 m3/h，在保證漂白效果的同時(shí)提高系統(tǒng)負(fù)荷，降低產(chǎn)品單耗；確保二次空氣溫度根據(jù)負(fù)荷保持在130 ℃左右；在兼顧氨壓的同時(shí)確保出吸收塔成品酸溫度在38 ℃以上，為后續(xù)68%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))稀硝酸生產(chǎn)提供合格的原料，確保產(chǎn)品質(zhì)量。

(2) 更換新的304L二次空氣管，并在管子兩側(cè)下部對(duì)應(yīng)位置各增開1排出氣孔，使漂白空氣分布更加均勻，提高漂白效果。

(3) 塔板的水平度決定了塔板的持液量和流動(dòng)性[4]，直接影響塔板效率，最終影響成品酸的質(zhì)量。因此，將塔板支撐梁切割后重新找平焊接，將塔板進(jìn)行平整后回裝，保證塔板效率。

(4) 對(duì)塔板與塔壁交接處所有漏焊的地方進(jìn)行滿焊，溢流堰缺陷處進(jìn)行修復(fù)，確保塔板上有一定高度的液層，并使液體在塔板上均勻流動(dòng)，保證漂白效果滿足生產(chǎn)需求。

(5) 排查設(shè)備隱患時(shí)發(fā)現(xiàn)漂白系統(tǒng)中所有松動(dòng)及腐蝕的螺栓有430條，決定對(duì)所有松動(dòng)及腐蝕的螺栓進(jìn)行更換，消除了安全生產(chǎn)隱患，確保裝置長(zhǎng)周期安全穩(wěn)定運(yùn)行。

5 改造效果

5.1 經(jīng)濟(jì)效益

漂白系統(tǒng)技術(shù)優(yōu)化前后運(yùn)行情況對(duì)比見表4。

表4 漂白系統(tǒng)技術(shù)優(yōu)化前后運(yùn)行情況對(duì)比

由表4可以看出：二次空氣體積流量較技術(shù)優(yōu)化前降低了5 000 m3/h，裝置的負(fù)荷得到提高；漂白效率得到明顯提高，由97%提高至99%，產(chǎn)品質(zhì)量得到提高，提升了成品酸的產(chǎn)品品質(zhì)，降低了生產(chǎn)成本，經(jīng)濟(jì)效益明顯，增強(qiáng)了企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

5.2 環(huán)保效益

漂白系統(tǒng)技術(shù)優(yōu)化后，A裝置成品酸亞硝酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯降低，由200×10-6左右降至100×10-6以下，降低了稀硝酸成品酸中亞硝酸含量。由于亞硝酸在硝酸銨、濃硝酸生產(chǎn)過(guò)程中容易分解，亞硝酸含量降低后，硝酸銨、濃硝酸生產(chǎn)裝置現(xiàn)場(chǎng)分解的氮氧化物明顯減少，降低了后續(xù)工藝的原料消耗，降低了對(duì)周圍環(huán)境的影響，保證了操作人員的身體健康，環(huán)保效益明顯。

5.3 安全效益

通過(guò)對(duì)設(shè)備存在的焊縫漏點(diǎn)、螺栓松動(dòng)及腐蝕等一系列問(wèn)題進(jìn)行技術(shù)優(yōu)化后，提高了焊縫的焊接質(zhì)量，加強(qiáng)了后期維護(hù)，徹底消除設(shè)備運(yùn)行的安全隱患問(wèn)題。

6 結(jié)語(yǔ)

晉開集團(tuán)通過(guò)對(duì)稀硝酸A裝置漂白系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)化，解決了操作參數(shù)和有關(guān)設(shè)備中存在的問(wèn)題，完成了預(yù)期目標(biāo)，提高公司產(chǎn)品質(zhì)量，確保了環(huán)境效益最大化。建議稀硝酸廠家在生產(chǎn)過(guò)程中加強(qiáng)技術(shù)管理，嚴(yán)格落實(shí)工藝指標(biāo)考核，根據(jù)負(fù)荷及時(shí)調(diào)節(jié)操作參數(shù)，確保實(shí)現(xiàn)裝置長(zhǎng)周期安全穩(wěn)定運(yùn)行；同時(shí)，加強(qiáng)設(shè)備養(yǎng)護(hù)，嚴(yán)格控制生產(chǎn)設(shè)備出現(xiàn)跑、冒、滴、漏等現(xiàn)象，完成企業(yè)降本增效目標(biāo)，保證產(chǎn)品品質(zhì)。