李苏军

(重庆飞华环保科技有限责任公司，重庆 401221)

重庆飞华环保科技有限责任公司(以下简称飞华环保)硝酸装置是由中海油山东工程有限公司设计，采用西班牙TR公司双加压法工艺技术，年产40万t 60%稀硝酸的装置。在脱盐水冷却的整个系统中，循环冷却水冷却脱盐水系统成为一次循环水冷却，而通过P0119泵强制循环的脱盐水成为二次水冷却系统(见图1)。2019年12月，飞华环保对二次水系统进行了改造，图1中红线部分为技改管线，即取消原二次脱盐水冷却系统，改为循环水一次冷却，取消了图1中虚线内的相关设备，以下将详细分析改造后的优缺点。

1 技改后的优点

(1) 通过技改后，吨酸电耗降低，原二次水系统需要的2台P0119泵停止运行，只利用一次循环冷却水的压力进行循环冷却，全年可节约电费84.8万元。

(2) 循环冷却水的消耗有所减少，一次循环水的进水温度低于原二次水温，温差大，循环水量将大幅降低，经计算，全年因降低一次循环冷却水量而节约的成本约45.62万元。

(3)有利于硝酸产品的提浓，双加压制稀硝酸的生产工艺从氨氧化炉发生氧化反应到吸收塔的整个流程中均在发生氧化放热反应，而其中的低位余热原设计由E0110(低压反应冷却器)、E0113(高压反应冷却器)及T0101(吸收塔)二次水冷却降低温度，当E0110低压反应冷却器、E0113(高压反应冷却器)、T0101(吸收塔)二次水改为一次水后，由于一次水水温较二次水水温低，这将有利于反应的进行和吸收效果的提高，T0101(吸收塔)顶所需加入的吸收水量也就相应减少，而这最终体现为硝酸浓度的提升。技改前硝酸浓度一般为60%～62.5%，技改后最高可达到64.7%。

图1 二次水系统

2 技改后可能存在的问题

2019年12月，飞华环保在装置大修期间，对二次水系统进行了技改，运行一段时间后，其弊端也逐渐显现。

2.1 氯离子对不锈钢设备造成腐蚀的风险

二次循环水主要设备用户的材质情况见表1。

表1 二次循环水主要设备用户的材质情况

采用304不锈钢的硝酸设备Cl-离子含量应在0～200mg/L，当温度在60℃时不应大于90mg/L，由于Cl-离子的腐蚀跟温度关系密切，本装置采用的二次水冷却换热设备温度不同，环境存在差异。原TR公司工艺包中要求Cl-离子含量不高于70mg/L的数据较为准确，过高的Cl-含量会增加 530E0110 、 530E0113 等不锈钢换热器设备列管的点蚀和应力腐蚀风险。

2.2 温度的影响

循环冷却水的运行温度不宜过高，当温度高于循环冷却水的水稳剂所要求的温度时(水稳剂要求<50℃)，将加速水稳剂中聚磷酸盐的水解，造成磷酸钙沉淀，加速结垢速率，设备的结垢将是必须解决的问题。

2.3 杂质和压力的影响

杂质的影响主要体现在两方面：一是因循环水水质因素而产生的各种结垢，二是由于腐蚀以及安装中产生的焊渣和铁锈的影响。

(1)工业循环水水质常会发生一系列变化，对生产造成危害(如腐蚀、结垢、菌藻、黏泥等)。

(2)在飞华环保二次水改一次水的过程中，从切割101.6cm循环水管口可以看出，循环水管网的腐蚀及铁锈、焊渣量极大，可以引申到低压反应水冷器E0110，低压反应水冷器E0110处于循环水的低点、尾端、死角的位置，发生铁锈、焊渣的堆积可能性极大。

(3)吸收塔二次水冷却盘管由于改造后压差减少，流速降低，尤其是吸收塔二次水高端盘管可能会因管网未充满、流速低等原因造成局部铁锈、焊渣以及泥沙的沉淀堵塞现象，也会由于上述原因导致吸收塔二次水高端盘管换热效果不充分。

(4)细小管线用户的影响，在装置中关键基本锅炉循环水泵P0102AB和锅炉给水泵P103ABC机泵的轴承箱、机封处冷却采用的就是二次水，改造前机泵冷却运行较好，2019年12月改造后出现轴承温度过高、机泵跳车的现象。

2.4 泄漏的影响

设计之初即考虑到双加压制稀硝酸工艺在生产中会导致设备易腐蚀的问题，因此在设备选材上选择了较好的耐腐蚀材料304L和2RE10，同时为避免因为泄漏而影响相关装置和污染循环水系统，设计的这个闭路循环是二次水系统。从实际运行来看，腐蚀泄漏不可避免，尤其是二次水系统涉及的设备较多，设备所处环境大多较为恶劣，出现泄漏的可能性更大。以吸收塔T0101为例，2018年5月就出现过吸收塔第10层塔盘泄漏，泄漏到冷冻水系统的酸不仅造成冷冻水管腐蚀穿孔，同时也严重威胁着碳钢设备主蒸发器E0101。通过事故发现了以下问题。

(1)循环冷却的二次水管网上单纯使用一个在线分析的pH计，其可靠性差，极易出现上述硝酸漏入冷冻水管网，而pH计不能准确体现的事故。

(2)当设备泄漏量小时，不能及时察觉，从现象和结果看，吸收塔第10层塔盘泄漏已经有了较长一段时间，但由于起初泄漏量小，进入冷冻水系统与冷冻水混合后，在线pH计无法及时发现。同理，目前如果二次水管网出现某个换热设备泄漏，要被3 000m3/h的循环水在线pH计发现，显然这个漏点要足够大。

(3)影响范围广。循环水使用单位广，使用的大大小小设备也多，这些循环水用户通常都是碳钢设备，而且这些循环水用户一般也没有对循环冷却水酸值进行在线分析。

(4)出现问题损失大，较之以前独立密闭的系统来说，一旦出现泄漏，影响的不仅是本装置相应设备，同时也有可能影响其他装置设备的正常生产运行。

2.5 循环水对设备的腐蚀

循环水对设备的腐蚀显然要比脱盐水所带来的腐蚀严重得多，加之较高的氯离子和各类杂质、结垢等的影响。目前的改造是对现有运行装置的改造，但是现有设备的塔盘、换热器设计是按照脱盐水的年腐蚀率设计，如此改造后势必减少设备的使用寿命，降低设备的安全及稳定性。不仅如此，上述腐蚀大多最先会在管板、焊缝等处集中出现，使得装置无法连续化生产。

2.6 结垢对设备的影响

结垢将给设备带来换热效果的降低，这主要表现在设备经过一定时间运行后，换热效果降低，吸收塔吸收效率下降。采用循环水冷却的用户出现结垢属于普遍和无可避免的问题，结垢的程度又与时间、循环水的水质以及被冷却介质的温度关系密切。

3 结语

一个技改项目的确立与实施，自然要讲求其经济效益，同时更应注重设备、生产的安全与稳定。在进行技改的可行性研究时，应充分研究原工艺包设计的思想和理念，并充分认证。在装置实施二次冷却水改一次冷却水的技改前，对此改造认证不充分，对改造利弊分析不透彻，盲目地用以往装置的经验进行技改，必定会对以后的长周期、连续、稳定生产造成不利影响。