浓硝酸装置高硅铸铁设备安全运行探究

浓硝酸装置高硅铸铁设备安全运行探究

苏乃新,刘明鼎

(中国石油辽阳石化分公司，辽宁省 辽阳市 111003)

摘要：高硅铸铁设备由于价格低廉、资源丰富，且具有很强的抗腐蚀性，在硝镁法生产浓硝酸中得到了广泛的应用。但高硅铸铁设备具有硬度高、强度低、冲击韧性低、对温差比较敏感、容易断裂等特性，在实际生产中，部分高硅铸铁设备使用寿命不长。本文分析了高硅铸铁设备在浓硝酸生产装置使用的故障原因，并总结了实际生产和探索的经验，通过采取优化设备安装技术、改进垫片质量、优化生产操作和改良设备选型等措施，基本消除了因高硅铸铁设备频繁故障而导致装置停运或其他生产事故的发生，保证了浓硝酸装置的安全长周期运行。

关键词：高硅铸铁；浓硝酸；安全生产；腐蚀性

1浓硝酸装置情况介绍

中国石油辽阳石化公司尼龙运行部浓硝酸装置由化学工业第二设计院承担设计，于2004年3月开工建设，2004年11月投料生产。该装置设计生产能力为年产浓硝酸4万吨，由浓缩系统和蒸发系统组成，主要工艺是采用间接法生产浓硝酸，即将硝酸镁溶液加入硝酸中，脱水剂硝酸镁与水的结合能力比硝酸与水的结合能力大得多，它的加入，形成三元混合物。由于硝酸镁吸收稀硝酸中的水分，使水蒸汽分压大大降低，加热此三元混合物，从而制得浓硝酸。因浓硝酸特殊的腐蚀性，该生产装置采用了较多的高硅铸铁材质的管道和设备，如混合器、气液分离器、分配酸封、回流酸封和浓硝酸冷凝器等。

2浓硝酸装置高硅铸铁设备在安装和使用过程中的风险分析

2.1容易发生脆性断裂

高硅铸铁设备强度较大，耐硝酸腐蚀性较强，但韧性较差，容易发生脆性断裂。特别是作为浓硝酸生产过程中的换热和冷却部位的设备，在循环冷却水突然中断、设备内物料温度突然大幅波动的工艺情况下，更容易发生因热胀冷缩而产生的脆性断裂，导致物料泄漏。

2.2安装不规范，受力不均而导致设备损坏

    主要是高硅铸铁设备的安装过程，施工作业人员不按规范施工，特别是在紧固设备螺栓的过程中，未使用定力矩设备紧固，或未按照对角两台定力矩设备同步紧固的操作，导致设备法兰受力不均，在升温过程中，最终产生应力断裂，造成设备损坏。

2.3选用的垫片性能不合理，因紧固用力过度，间接导致设备损坏

浓硝酸生产工艺，采取的是负压操作，对系统的密封要求较高。因此，对设备、管线法兰之间连接所采取的法兰垫片的选择非常重要，而且需要充分考虑浓硝酸对垫片的腐蚀作用。为了确保密封效果，工人在紧固法兰的时候往往会用力较大，因为严重挤压，经常破坏了垫片的完好性，且容易间接造成设备损坏。

3浓硝酸装置高硅铸铁设备在实际安全应用的策略

3.1改进高硅铸铁设备的选型，实现本质安全生产

3.1.1选用新型号高硅铸铁材质设备，大大延长了高硅铸铁设备的使用寿命

目前，国内高硅铸铁性能改良的主要措施有以下两种：一是在高硅铸铁中加入cu和稀土，可使石墨的形态由长片状态变为弯曲，继续变成短片状和点状，并使si的分布均匀，组织细密，晶粒状明显细化。二是在高硅铸铁中加入cu和稀土，可提高冲击韧度、抗弯强度，降低硬度，提高耐腐蚀性[1]。

3.1.2用铝制设备替代高硅铸铁材质设备，大大地延长了装置的检修周期

2005年，浓硝酸生产装置将成品酸冷却器由高硅铸铁材质改成铝制材质，进料由下进上出改为上进下出，改造后成品酸冷却器轻易不再腐蚀泄漏，杜绝了因排料困难引起的漂白塔积液，基本彻底解决的成品酸泄漏的问题。

3.1.3用内衬不锈钢设备替代高硅铸铁设备

聚四氟乙烯材料具有很强的抗腐蚀性，但其强度较低，不适何制成较大的设备。用聚四氟乙烯材料均匀衬在不锈钢设备内，既保证了设备的抗腐蚀性，也保证了设备的强度。用这个方法先后制成了真空管道、进料酸封、漂白塔底酸封，均取得了成功。

3.2改进密封垫片的选型和安装技术

浓硝酸是腐蚀性极强的物质，法兰间使用聚四氟乙烯垫片是最明智的选择。但聚四氟乙烯垫片材质较硬，韧性较小，需要较大的螺栓紧固力才能保证法兰不泄露，而紧固力大了又易造成高硅铸铁管、高硅铸铁弯头的翻边损坏，在实际作业中翻边损坏情况时有发生。因此，对目前普遍采用的聚四氟乙烯垫片进行二次加工，即在聚四氟乙烯垫片上，用手工把聚四氟乙烯带缠绕在聚四氟乙烯垫片上，缠绕平均厚度在4-5毫米，一方面降低了原垫片的硬度，另一方面也增加了垫片韧性，在保证无泄露的情况下，有效降低了螺栓的紧固力。

3.3改进高硅铸铁设备的安装要求，降低设备损坏率

在对成品酸冷却器和成品酸冷凝器的停车换管时发现，在管子的两端和翻边处极易出现裂纹，有时在安装好新管子后试水时翻边处就出现漏水，这就说明了管子两端是事故的多发地点，是由于在安装法兰时10根螺栓受力不均、紧力过大造成的。在以后的检修换管时，每次都要求施工方精心检修，使用带扭力显示的扳手作业，保证10根螺栓受力均匀，杜绝了因施工质量造成高硅铸铁设备的损坏。

3.4改进装置的生产操作，有效确保事故状态下高硅铸铁设备的完好性

生产装置结合高硅铸铁的使用特性和生产装置特点，不断总结、完善生产操作规程和应急操作卡。在遇到紧急停冷却水的情况下，生产车间要求装置必须停车降温，不允许立即恢复冷却循环水，否则易造成成品酸冷凝器内部的高硅铸铁设备的因热胀冷缩而大量损坏。典型事故教训：2008年，装置由于电器原因冷却水泵停了5分钟，来冷却水后马上投用，浓缩塔真空异常波动，最后难以维持生产，被迫停车检修成品酸冷凝器，经检查发现成品酸冷凝器内部高硅铸铁管子断裂7处。在遇到冷却水中断的情况下，必须停止进料，水镁循环，降低加热器温度，当成品酸冷凝器温度降到50℃，再投用冷却水，恢复生产。

4总结

高硅铸铁设备因其独特的理化性能，广泛应用于浓硝酸生产装置当中，只要不断改进其性能，并通过精心安装、自制垫片、精心操作、选用新型高硅铸铁设备等安全管控方法，即可实现浓硝酸装置高硅铸铁设备的安全长周期运行。

参考文献

[1] 李具仓等.高硅铸铁的研究[J].沈阳：沈阳铸造研究所,2004:1028-1030.