硝镁加热器腐蚀的原因与改进

尹升宝(烟台巨力精细化工股份有限公司，山东 烟台 265200)

1 浓缩装置概述

浓缩装置主要包括硝酸镁蒸发浓缩、稀硝酸浓缩、和浓硝酸储存，稀硝酸浓缩由五套独立的浓缩系统组成，硝酸镁蒸发浓缩由三套（两大一小）独立的蒸发系统组成。

1.1 浓硝酸生产原理

在浓硝酸实际生产中，硝酸与水形成的是二元恒沸混合物，最高恒沸点121.9℃，相对应的汽、液相硝酸浓度为68.4%，达到相平衡，继续蒸馏气、液相浓度不会改变，不能得到68.4%以上的浓硝酸。在实际生产中采用特殊的蒸馏—萃取蒸馏。

在硝镁法生产浓硝酸过程中,将硝酸镁（脱水剂）作为第三组分加入稀硝酸中，增大混合液中硝酸的蒸气分压，使蒸气中硝酸含量提高。硝酸浓缩塔分为提馏段和精馏段，提馏段应用萃取蒸馏进行生产（出提馏段硝酸蒸气为85%左右），精馏段应用精馏操作进行生产（出精馏段硝酸蒸气为98%左右），98%硝酸蒸气进入冷凝器冷凝，1/3回流进入精馏段顶部维持连续生产，2/3成品酸漂白后进入成品贮槽。

1.2 稀硝酸浓缩的工艺流程

浓度60%左右的稀硝酸、浓硝酸镁溶液（比为1∶3-4）进入混合分配器，混合后中部硝酸浓缩塔进入；浓缩塔下部为提馏段，浓硝镁溶液吸收稀硝酸中水份后，成为稀硝酸镁溶液，从塔底部流入硝镁加热器，经加热脱硝后流入稀硝酸镁槽，硝镁加热器中产生的二次蒸汽进入硝酸浓缩塔底部，作为蒸馏操作的热源。

含量约85%的硝酸蒸汽由提馏段进入硝酸浓缩塔上部的精馏段，浓缩为98%以上的硝酸蒸汽，经漂白塔进入浓硝酸冷凝器冷凝为浓硝酸，再经漂白塔漂白脱除氮氧化物后进入成品酸冷却器，冷却后的成品酸进入成品酸储槽。工艺流程见图1。

1.3 硝镁加热器的结构

浓缩系统共有五台硝镁加热器，加热器为双程盘管。换热器尺寸为φ1500 mm（φ900）×8 mm×长6250 mm×高2065 mm，换热管为φ25 mm×2.0 mm，换热面积约为171m2，材质为304L不锈钢。

2 硝镁加热器腐蚀情况及原因分析

2.1 硝镁加热器因长期接触硝酸镁溶液，受硝镁溶液冲刷及硝酸的腐蚀而损坏，影响换热效果，致使停车检修，浓缩塔、漂白塔要进行降温，检修结束后又要进行升温，该过程中温度变化不均匀就能造成高硅铸铁浓缩塔、漂白塔及冷凝器管破裂，从而无法正常生产，因此硝镁加热器盘管经常损坏制约了浓缩装置的稳定运行。

2.2 硝镁加热器腐蚀的原因分析。

全面腐蚀（均匀腐蚀）:腐蚀程度大致均匀，设备表面腐蚀均匀。

进入硝镁加热器的稀硝酸镁中硝酸含量约为1.0%，在约160-170℃的条件下，含少量硝酸的稀硝酸镁溶液会对304L不锈钢造成较快的腐蚀，硝镁加热器就会受到均匀腐蚀。

晶间腐蚀:腐蚀是从表面沿晶粒边界向内发展，外表没有腐蚀迹象，这种变化通常是由于焊接引起。

硝镁加热器腐蚀的主要原因是晶间腐蚀。硝酸呈现氧化性，在硝酸介质中不锈钢的晶间腐蚀非常明显，随着硝酸浓度和温度的升高而更加显著。

磨损腐蚀:金属表面受高流速和湍流状的流体冲击，保护膜受到破坏，属冲击腐蚀。高速流动的液体中含有空气，使腐蚀变得更为严重（空蚀或气蚀），使保护膜受到破坏，属于磨损腐蚀。

硝镁加热器进料管位于加热盘管的上部，加热盘管受到高温的稀硝酸镁溶液的冲涮，腐蚀较快；加热盘管顶部温度最高，此处硝酸镁溶液温度最高，脱硝最快，硝酸蒸汽浓度及温度最高，进料管法兰短节根部及加热器锥体部位的硝酸蒸汽浓度与温度高，腐蚀严重。

3 硝镁加热器防腐蚀控制措施

3.1 工艺方面的控制

稀硝酸镁含硝高的原因有:硝酸镁溶液沸腾情况不好、进料比不合适、硝镁加热器有漏点破坏负压、浓硝酸镁浓度不合适、加热器盘管漏蒸汽、操作不稳定等。

为确保稀镁含硝在0.1%左右:①提高硝镁加热器内硝镁溶液的温度，提高沸腾程度；②调整稀硝酸与浓硝酸镁进料量，提高稀镁浓度；③调整稀镁蒸发系统，提高浓镁浓度，在74-80%；④定期对硝酸镁溶液进行沉降，滤掉杂质，提高脱水能力。⑤硝镁加热器用1.0MPa的蒸汽，为保证蒸汽的稳定，在进浓硝装置前的1.8MPa的中压蒸汽总管上增加一个调节阀，设定为1.2MPa，投自动，确保硝酸镁加热器的操作稳定。

3.2 设备方面的控制

①设备安装时确保浓缩塔、漂白塔塔体正，防止塔体不正造成塔内液体偏流，换热不均；②浓缩塔、漂白塔装填料时一定要摆放正且沿塔壁每隔1米加一圈四氟带，防止液体偏流，换热不均；③浓缩塔、漂白塔的分布器必须安装水平，防止液体分布不均匀，换热不均；④硝镁加热器内的液面确保在加热盘管以上，减少物料沸腾时对加热盘管的冲涮。⑤硝镁加热器物料入口在加热器椎体顶部位置，一个入口，对此处进行改造，将进料入口改为两个，由加热器底部向上150mm处的水平位置进入，同时为减少物料的流速设计了一个缓冲槽，硝镁溶液经过缓冲槽缓冲后再进入硝镁加热器的底部，降低了物料对加热器的冲刷。

4 结语

硝酸镁加热器腐蚀问题仍然没有彻底解决，目前只能采用合理的技术方法，在经济、安全的情况尽量延缓腐蚀的程度，来确保硝酸浓缩装置长周期安全稳定运行。

[1]烟台巨力精细化工股份有限公司.浓硝酸装置操作规程.2014.

[2]济南双硝技术服务公司硝酸培训手册.