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第11期
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亚硝酸气体冷却器结构设计改进
杨吉梅,马晓光,汪兵
(合肥通用机械研究院,安徽合肥230031)
[摘要]亚硝酸气体冷却器是己内酰胺装置中制取亚硝酸的关键设备。亚硝酸气体冷却器设备内腐蚀环境复杂且苛刻,该
设备无论是进口的还是国产化后均存在腐蚀频繁泄漏。本文主要从设备腐蚀状况的分析入手,在设备局部用材料和结构两方
面提出腐蚀防护的设计改进措施,改进后该设备在实际应用中效果良好。
[关键词]亚硝酸气体冷却器;腐蚀;防护;结构改进
己内酰胺是重要的有机化工原料之一,主要中高温亚硝酸气体的设备,是该装置中制亚硝酸
用途为通过聚合生成聚酰胺切片,通常称尼龙或的关键设备,结构为固定管板换热器,该设备在
锦纶,再进一步加工成锦纶纤维、工程塑料、塑使用工况下普遍存在因腐蚀导致设备损坏严重的
料薄膜,用于生产纺织品、工业丝、地毯用丝和情况,装置频繁停车。
生产汽车、船舶、电子电器等配件。
我国己内酰胺工业起步于上世纪60年代,己
1工艺流程简介
内酰胺丁业的发展大致分为两个阶段。第一“阶段
己内酰胺的工艺流程是氨气在焚烧炉中催化
为上世纪50年代至70年代,主要以自己开发的技
剂上进行氧化反应,生产NO。NO经过足够的停
术建设小型生产装置,均采用环己烷氧化法制环留时间后部分氧化成NO2,形成亚硝酸气N2O2
己酮。第二阶段为上世纪80年代至今,以规模较
亚硝酸气通过冷却器后通入43%左右的发烟硫
大和引进国外先进技术为特征。1989年我国引进
酸中,生成亚硝基硫酸,最终产品为一混合物
荷兰DSM公司HPO⊥艺同时在南京、岳阳分别建
按质量比其组分为 NOHSO4占71~76%,H2SO4占
设5万吨/年己内酰胺装置,分别于1993年和1995年
23~26%,SO3占3-4%。
建成投产。1999年,中石化集团石家庄化纤公司
在发烟硫酸和正己烷存在的条件下,环乙烷
引进意大利SINA公司甲苯法技术建设的5万吨/年羧酸和SO形成的酸酐与亚硝基硫酸反应,生产己
己内酰胺项目正式投产
内酰胺硫酸盐,然后通过水解得到己内酰胺。
随着国内汽车、电器、电子、通讯、机械工2设备结构简介
业的快速发展,改性工程塑料的需求大幅上升
亚硝酸气体冷却器为固定管板换热器,在
各种高强度、高韧性、耐高温的工程塑料应用领NOX气体进口端和硝酸混合,设备参数见表1,结
域广泛,己内酰胺需求量很大。
构见图1。
亚硝酸气体冷却器是用来冷却己内酰胺装置
表1设备参数表
序号
项目
壳程
管程
介质
、亚硝酸气体
冷却水
2进/出口温度
225C/65℃
32℃/42℃
工作压力
0. 82MPA
0. 73MPA
4
程数
1
5主体树料『売程筒体、折流板为530403:亚硝酸气体进口防护筒、防护半圆筒、支板、最上层放冲管为
r702,管箱、管板、换热管均为S30403
6换热面积
262m2
作者简介:杨吉梅(1977-),女,吉林省人,大学本科,工程师。主要从事压力容器技术开发、研制、质量过程控制等工作。
石油和化工设备
20-论文广场
2013年第16卷
NOX气体进口
冷却水出口
NOX气体出口
数口硝出口
图1亚硝酸气体冷却器结构图
3腐蚀现象及分析
该设备在国内己内酰胺装置中开始使用时始
终存在腐蚀泄漏情况,其腐蚀破坏有以下三种现
象
202
第一种是NOx气体和硝酸混合处接管筒壁腐
蚀破坏严重。
第二种是NOx气体和硝酸混合介质入口处换
热管发生腐蚀破坏,见图2。
第三种是NOx气体和硝酸混合介质入口处的
壳程筒体发生腐蚀,见图3。
图2被腐蚀的换热管
根据该设备内介质环境分析,NOx气体和硝
酸液体在入口接管及入口的壳体内进行混合,
形成高温硝酸干湿区,即浓度为40%左右、温度
150℃左右的干湿硝酸,在该环境下很容易造成腐
蚀。根据以上腐蚀破坏的现象,对腐蚀原因进行
如下分析。
腐蚀的第一个原因是高温硝酸干湿带的均匀
腐蚀,由于硝酸和高温NOx气体混合,形成高温
硝酸干湿区,高温干湿硝酸具有强烈的腐蚀性,
对混合区的接管下端筒壁腐蚀严重。
腐蚀的第二个原因是高温干湿硝酸的冲刷腐
蚀,高温干湿硝酸对入口端的换热管形成冲刷,
图3壳程筒体被腐蚀
导致换热管被腐蚀穿透,同时高温干湿硝酸通过4结构设计改进
换热管的阻挡反射冲刷到壳程筒体上,导致壳程
根据以上分析,为避免干湿硝酸的均匀腐蚀
筒体出现腐蚀。
和冲刷腐蚀,采取如下结构设计改进措施,改进
第1期
杨吉梅等亚硝酸气体冷却器结构设计改进
后的设备简图如图4。
NX气体进口
硝眼进口
却水出口
NOX气体出
气口
掛放口
排放口
1-聚四氟乙烯棒料;2-错管;3-错折流板;4-错半圆筒;5-错防护筒;6-锆防冲板;7锆管板側折流板
图4改进后设备结构图
图5锆村筒和锆防冲板
4.1对形成高温干湿硝酸的接管下端筒壁釆用加锆
防护筒(图4件5)和锆防冲板(图4件6)结构,
4.3对高温干湿硝酸入口端处加两侧设置两块半圆
如图5
锆折流板和一个半圆壳体(图6),此改进有效
地避兔了干湿硝酸冲刷到锆管或聚四氟乙烯棒料
4.2对高温干湿硝酸入口端加错管和聚四氟乙烯棒上反射到钻半圆筒上,通过错半圆筒有效地防护
料(图4件1和件2),锆管和聚四氟乙烯棒料能够
了壳程筒体的冲刷腐蚀。
防护干湿硝酸对换热管的冲刷腐蚀。