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硝酸装置工艺总结

硝酸工程工艺技术总结

中化二建集团第四防腐公司王丽霞

工程名称：

山西天脊煤化工有限公司27万吨/年硝酸装置

工程地点：

山西省潞城市

开工日期：

2001.9

竣工日期：

2002.11

投资金额：

29028万元

1•工程项目简介

1.1天脊煤化集团有限公司是以德、日、法、挪威等十多个国家引进的，第一套以煤为原料生产高浓度氮磷复合肥的大型现代化企业，是我国也是亚洲最大的复合肥生产基地。

十几年来，该公司硝酸肥产量以每年5万吨的速度递增，

三大装置在2000年相继达到和超过了设计能力，原有的年产54万吨硝酸装置已成为制约生产能力的瓶颈。

因此，扩建原有硝酸装置不仅可以充分发挥现有生产能力，还有利于优化产业结构，增加产品品种，实现年产100万吨硝酸磷

钾三元复合肥的奋斗目标。

1.2新扩建的硝酸装置拟采用法国GP公司双加压技术（即加压氧化、加压吸收），并由化学工业第二设计院设计，中化二建集团有限公司承建。

本装置引进国外先进的“四合一”透平压缩机，国内配套氧化炉、吸收塔等设备，项目总投资29028万元，工期14个月，项目建成后年产硝酸（产品为浓度60%的硝酸）可达81万吨（以100%硝酸计日产达902公吨），每年可新增销售收入47716万元。

2•工程项目流程概述

2.1氨〜空气混合气的制备

由液氨储槽来的液氨进入液氨蒸发器，被蒸发为气氨（原料液氨中的油水和水在氨辅助蒸发器中被分离）气氨在氨过热器中被蒸汽加热到100°C后进入

过滤器。

经过滤的气氨进入氨〜空气混合器。

大气中的空气经预热过滤后，进入空气压缩机被压缩到0.36MPa（表压）

（约236°C）分为一次空气和二次空气（其中二次空气用于成品酸槽的漂白）

一次空气送入氨〜空气混合器。

控制氨对空气混合物之比为9.6%，而后送入

氨燃烧器。

2.2氨燃烧氧化及热量回收

2.2.1氧化氮气体混合物离开废热锅炉顺序经高温气〜气换热器和省煤器，然后进入低压反应水冷凝器被冷却至42C，由于冷凝而产生了相当数量地稀硝酸

（30〜35%））

2.2.2酸〜气混合物送入氯化氮气体分离器，将生成地稀硝酸分离，用稀硝泵将稀硝酸送入吸收塔。

2.2.3分离出的氧化氮气体与来自漂白塔的二次空气混合，并在氧化氮气体压缩机中被压缩至1.0MPa（表压）因压缩而产生的热量在尾气预热器中被移走。

2.2.4尾气预热器出口地混合气（130C）进入高压反应水冷凝器冷却至42C,氧化氮气体和冷凝酸进入吸收塔底部，在这里冷凝酸与成品酸混合。

2.2.5塔盘上装有冷却盘管以移走吸收塔和气化所产生地热量，塔顶部塔板用约30C的脱盐水进行喷淋，塔底的硝酸增浓至60%的浓度在控制液面下被移走'

2.3脱硝

2.3.1由吸收塔移出的60%的硝酸送入约0.3MPa下操作的漂白塔，在具有塔盘的塔中用二次空气将溶解的气体吹走而完成漂白作用。

2.3.2漂白的空气在氧化氮气体压缩机的入口处与氧化氮气体分离器来的氧化氮气体混合。

2.3.3约65C的成品酸由漂白塔在液面控制下被排出，经酸冷却器冷却至50C

送入成品酸贮槽。

2.4尾气

吸收塔出来地尾气送入尾气分离器，依次通过二次空气冷却器，尾气预热器，高温气〜气换热器三个热交换器被加热到360C，

热气体进入尾气膨胀机，大约能回收总压缩功率的60C，最后尾气在约105C及NO含量为180PPM犬态下经尾气排气筒排入大气。

2.5蒸汽及冷凝液系统

2.5.1废热锅炉中产生的4.3MPa440C蒸汽经蒸汽过热器，蒸汽分离器后大部用于蒸汽透平，剩余的约3.7MPa440C蒸汽送至界区管网。

2.5.2来自氨过滤器、氨辅助蒸发器、空气预热器等低压蒸汽冷凝液都收集在

一起，送至除氧器。

3•主要设备选型及说明

3.1四合一机组

四合一机组是硝酸装置的核心设备，从德国GHH公司引进。

主要由蒸汽透

平（DK050/110）、离心式氧化氮压缩机RH071/03）、轴流式空气压缩机

（AG070/12L）、尾气膨胀机（EN063/12L1）、齿轮变速装置和两个钢底座组成，

各机器之间通过四个特定干式联轴器连接的四合一机组。

其主要技术特性如下：

、轴流式空气压缩机

设备位号

GB101

设备型号

AG070/12L1

介质

空气

吸入压力

（绝压）

0.09MPa

吸入温度

29.2C

相对湿度

76%

吸入流量

201103m/hr

排出压力

（表压）

0.35MPa

排出温度

236C

速度

5140rpm

速度范围

（75〜108.5%）3855〜5576rpm

第一临界速度

2290rpm

、离心式氧化氮压缩机

设备位号GB102

设备型号RH071/03

介质一氧化氮

化工装置工艺、施工技术总结程

硝酸工

吸入温度

60C

相对湿度

25.02%

比重（吸入条件下）

4.3kg/m3

吸入流量

44277m/hr

排出压力（表压）

1.0MPa

排出温度

186.8C

速度

6505rpm

速度范围（75〜108.5%）

4879〜7056rpm

第一临界速度

2638rpm

三、蒸汽透平

设备位号

GT102

设备型号

DK050/110

新鲜蒸汽压力

（表压）

3.9MPa

新鲜蒸汽温度

440C

排出蒸汽压力

（绝压）

0.012MPa

蒸汽耗量

29900kg/hr

输出功率

7120kw

速度

6505rpm

速度范围（75〜108.5%）

4879〜7056rpm

跳车速度

7550rpm

第一临界速度

4057rpm

四、尾气膨胀机

设备位号

GT101

设备型号

EN063/12L

介质

一氧化氮

入口气体压力

（绝压）

0.094MPa

入口气体温度

360C

出口气体压力

（绝压）

0.096MPa

出口气体温度

106C

气体流量

124455Nm/hr

功率

11900kw

速度

5140rpm

速度范围

3855〜5576rpm

跳车速度

5966rpm

临界转速

6990rpm

齿轮变速装置

型号

TA25B

输出

4500kw

输入速度N

6720rpm

输出转速N2

5311rpm

3.2硝酸吸收塔

硝酸吸收塔是硝酸装置最主要的设备之一，成品硝酸的反应在塔内完成，压力为1.1MPa的氧化氮气体，从塔的底部进入与塔上部加入的稀硝酸（或脱盐水）相遇，发生反应。

生成硝酸，伴随反应所放出的热量由塔内盘管中冷却水带走，使塔体保持恒温。

硝酸吸收塔壳体为一直立圆筒形、不锈钢全焊结构，上下封头为球形，下面有裙座支撑全部塔的重量并与基础固定。

塔内有筛板32层，下面的26组塔

板有盘管。

主体材质为00Cr19Ni10,内径5200mm总高58540mm壁厚25mm（吊耳处32mr）i,塔净重297.43t。

其主要技术特性如下：

容器类别

U类

设计压力

1.06MPa（壳侧）

最高工作压力

1.01MPa（壳侧）

液压试验压力

1.325MPa（卧置

气密性试验压力

1.11MPa

设计温度计

90C（壳侧）

操作温度计

60C（壳侧）

全容积

ii78m

充水后总重量

1480930kg

3.3蒸汽过热器、废热锅炉、氨燃烧器

蒸汽过热器、废热锅炉、氨燃烧器是硝酸生产的主要设备，氨气与空气混

合在高温条件下的触媒铂网催化剂作用下，进行氧化反应生成NO随着温度的

降低，NO继续氧化生成NO。

蒸汽过热器、废热锅炉、氨燃烧器三个设备合为一体，过热器与废热锅炉为管壳式，内有过热盘管和废热回收盘管，铂触媒筐。

氨燃烧器内设有气体分布器及点火器。

蒸汽过热器、废热锅炉壳体的盘式裙座安装在主厂房内标高为7m的钢筋砼

框架式结构上，由8根M20<1300的地脚螺栓与框架固定；氨燃烧器作为这一设备的大盖在过热器与废热锅炉壳体之上，用法兰连成一体。

氨燃烧器、废热锅炉及蒸汽过热器的主要性能见表1,外形尺寸及吊装重量见表2。

氨燃烧器、废热锅炉及蒸汽过热器的主要性能表表1

位

\参数项目

单位

壳体

蒸发器

冷壁管

过热器

铂网上

铂网下

介质

空气、氨

N2、fO

、NO

水

水蒸气

设计温度

（入/出口）

250/630

905/285

264

300/480

操作温度

（入/出口）

217/600

860/255

257

257/440

设计压力

0.41

4.8

工作压力

0.36

4.3

液压试验压力

0.82

7.2

8.2

致密性试验压力

1%HN体积）0.504

1%HN（体积）0.504

氨燃烧器、废热锅炉及蒸汽过热器的外形尺寸及吊装重量表表2

目

设备名称及位号

高（mm

直径（mrj）

重量（kg）

氨燃烧器DC101A/B

4220

①4070

8614

蒸汽过热器EA106A/B

3463

①4020

35135

废热锅炉EA107A/B

①4350

3.4LHBT桥式起重机

LHBT型电动双梁桥式起重机为非标准型起重机，主要由桥架（包括大车驱

动）、小车装配（包括防爆电动葫芦）及防爆电机等三部分组成，其防爆标志为

EXdHBT4安装在硝酸主厂房内，主要用于四合一机组等设备检修用。

LHBT桥

式起重机主要技术参数如下：

跨度

10.5m

主钩起重量

25000kg

副钩起重量

5000kg

主钩起升高度

16m

副钩起升高度

18m

大车运行速度

12.5m/min

小车运行速度

12.5m/min

操作方式

地面操作

设备重量

10650kg

4.关键施工部位及主要施工方法

4.1四合一机组安装

4.1.1四合一机组为德国进口，是硝酸装置的心脏部分。

结构紧凑，精密复杂，机身长达15.5米四合一机体成一线，安装难度非常大。

4.1.2四合一机组基础长达15.75米，而且五大机组基础标高又各不相同。

若采用普通测量用水平仪测量垫板标高，误差太大；若采用框式水平下垫以较长的平尺测量太繁琐；若采用水位仪测量则能克服上述缺陷，不仅误差小，而且使用简便。

本装置使用改进后的水位仪来测量垫板标高。

4.1.3五台主机的初步找正采用双钢丝线法，此法方法简单、误差小，误差可控制在0.5伽以内，为精确找平提供了有利条件。

4.1.4机组的找正定心以中间的减速机为准，以减速机两个联轴节向两边进行，不仅使机组转子扬度从中间向两边对称扬起，而且对机组平稳运行有利。

在机组安装时间很紧迫的情况下，可从机组两侧同时进行找正定心，大大缩短了机组安装的时间。

4.1.5主机轴承顶间测量采用提轴法，主机轴承紧力测量采用下沉法，测量数值正确，节约时间，是行之有效的方法。

336联轴节对中采用三表定心法，此法能消除由于在测量过程中由于吊轴而引起的误差。

4.1.7机组二次灌浆采用无收缩性碎石砼，能起到稳固基础，防止基础振动的作用。

4.1.8碳素钢油管道酸洗液采用缓蚀剂，可以延长酸洗时间而不减薄管壁厚度；酸洗时采用酸洗-水冲-碱洗一卡屯化-干燥连续法施工，能防止管内再生浮锈，从而提高了酸洗质量，油冲洗时间大大缩短。

4.2硝酸吸收塔

4.2.1硝酸吸收塔组焊

1硝酸吸收塔分段出厂，在现场进行组对焊接。

塔节共分17节，即封头

一节、裙座一节及筒体15节运到现场，塔内件包括盘管及其支撑结构，筛板及其支撑圈等零部件均须在现场组焊，筒体的对接焊缝、接管、人孔、吊耳、管道支架、钢结构的联接板等也必须现场开孔，焊接，塔组焊完毕后现场须进行

水压试验与气压试验。

2组焊程序：

硝酸吸收塔按从上封头至裙座的顺序组对，先进行立式装配，而后进行卧式装配。

◎吸收塔组焊时，先将分节到货的筒节放置于7X13卅的组装平台上，分别进行塔内件的检查，筒节内件检查完毕后，以每二节组成一小段进行组装点焊，组焊好后，利用二台50t汽车吊放倒在专用转胎上，与其它组焊好的小段在转胎上进行组焊，整个吸收塔组焊成二个大段后，两大段设置于滚胎上进行组焊，同时在转动部分加装辊道护板。

◎吸收塔其内径达5.2米，重量约300T,其搬运很不方便，考虑到设备吊装，所以在吸收塔塔基础轴线的东北方向敷设58米长的条形基础并铺设道轨，滚胎采用主动和从动两种，主动转胎的转动共四胎，其传动力分别为320t和

160t各1台、80t2台，筒体的旋转靠主动转胎的转动带动。

每个转胎下装有

四个支撑轮可沿着预铺轨道滚动，从而把塔节运到指定地点进行组焊工作。

◎塔体的焊接是在转胎上进行。

塔内和塔外焊接均采用上行爬坡焊接，借助于转胎在规定位置焊接一段，塔体转动一定角度，再焊接一段，直至焊缝全部焊完。

©焊接程序：

点焊及塔节外第一层焊道；塔内多层多道焊；塔外清根打磨着色检查；塔外多层焊；盖面焊及塔内侧盖面焊。

©焊接材料选用：

方法

接材料'''''-—

主体材料、\

-手工电弧焊

半自动CO气体保护焊

00Cr19Ni10之间

A002

E308L（药芯）

碳钢与00Cr19Ni10之间

A302

碳钢之间

E4303

在同一塔体整体组装前，塔体安放转胎处应放置宽度为550mm厚度为32mm勺护板。

护板两侧塔壁等分8瓣，塔壁与护板之间垫以S=5mm勺橡胶石棉板，护板两侧每隔1m焊接一块50X50x30mm当板，挡板采用00Cr19Ni10不锈钢板制作。

4.2.2硝酸吸收塔吊装

两根200t桅杆布置在吸收塔基础的两侧，其中心距为11m两桅杆中心线与吸收塔基础中心处于同一直线上，且与吸收塔组对中心线成正交。

竖立桅杆时，采用160t吊车将

桅杆头部抬起至50。

，然后利用后部拖拉绳将桅杆扳起。

吸收塔立起后，利用120吨吊车将尾气排气筒吊装就位。

4.3蒸汽过热器、废热锅炉、氨燃烧器安装

431蒸汽过热器、废热锅炉、氨燃烧器是硝酸生产的主要设备，且三台设备合为一体。

本装置共有AB两台，每台重44.025t，蒸汽过热器、废热锅炉壳体的盘式裙座安装在主厂房内2（4）027轴线间标高为7m的钢筋砼框架式结构上，由8根M20X1300的地脚螺栓与框架固定；氨燃烧器作为这套设备的大盖在过热器与废热锅炉壳体之上，用法兰连成一体。

废热锅炉段35t、氨燃烧段

9.0t，总高6.3米，因设备需装内件，所以从大盖处拆开二段分别吊装。

吊装采用160t的汽车吊，汽车吊站位在主厂房南侧20026轴之间的中线上，吊车尾部朝向厂房，距柱子边缘有200〜300mn安全距离，这样160t吊车的回转半径为12m氨燃烧器运输停放在吊车的西边。

吊装时先吊3N-DC101A然后再吊

3N-DC101B当过热器、废热锅炉就位后，再装触媒筐以及内件，最后安装氨燃烧器。

4.3.2燃烧器内件组装时要检查氨气管与点火嘴，防止卡阻，点火器与火花塞要按图纸要求进行安装，整个燃烧器大盖螺栓拧紧后，再安装点火装置的电机、减速机，试车时要对点火装置进行试运转。

具体的安装方法可以查阅氨燃烧的工^方^案。

4.4工艺配管

4.4.1该装置共有工艺管道10637m管道焊接时加强对焊接质量的控制，严格执行各钢种的焊接规范和预热、热处理规范。

4.4.2工艺管道中不锈钢材质的比例较大，焊接要求氩弧打底电焊盖面，因此，氩弧焊工、电焊工提前培训，及早准备好不锈钢管加工机械及管道预制场地。

4.4.3装置内设备、管道布置紧凑，施工场地狭窄，土建、安装充分配合，交叉作业，施工中，严格按土建、安装、电仪综合进度计划施工，强化项目部统一调度。

4.4.4硝酸装置工艺管道材质较复杂、种类繁多、质量要求高，主要材质有

Q23515CrMo12CrMov0Cr18Ni9、00cr19Ni10、0Cr18Ni10Ti等。

因此，对材料的现场保管与标识特别重要。

所有材料进入现场后，首先进行标识、标色，同一材质的管材、弯头、三通、异径管等分别逐一涂上相同颜色的色标。

材料堆放要在其下垫枕木，严禁与土壤、砂石、泥水接触，碳钢及镀锌材料严禁与

不锈钢接触。

445对于碳钢与15CrMo材质的管道下料及坡口加工，采用砂轮切割机切割或半自动火焰切割机切割；对于不锈钢管道下料及坡口加工，采用机械切割或等离子坡口机切割。

4.4.6管道的加工、预制安装要严格执行单线图，现场设置管道预制场，大部分管道在加工预制后安装，采用单线图进行一切技术和质量管理，做到一切工作均有追溯性。

管道的焊接严格执行《焊接工艺评定》的要求，从焊接材料、焊工资格及焊接过程均需认真严肃，不得违规。

4.4.7管道焊接采用氩电联焊的方法，以确保管道内部干净清洁和焊口一次合格率；四合一机组等传动设备的配管，严禁强力组对，严禁将外载荷作用于机组上，同时管理内部的清洁度要求很高，配管时要认真检查，必要时人工内部清扫，吸尘器吸净。

4.4.8所有机泵配管时，在进，出口处要增加临时隔离板，防止配管时杂物掉入泵内，配管时所有的开孔如仪表一次部件管口均须在预制时开完，严禁安装结束后再开，以免掉入杂物。

待水压试验结束单机试车时再拆除掉。

具体施工要求可查阅管道施工方案。

5•施工应该注意的事项

5.1硝酸吸收塔在组对过程中，应对组对平台进行加固。

5.2硝酸吸收塔在起吊前，应对两桅杆进行调整，使其外倾至3〜5°,以防止吊装时卡杆。

本次吊装时，由于两桅杆外倾角度过小，致使吊装过程中出现主起吊钢丝绳被设备平台卡住，虽经多方努力，避免了安全事故发生，并圆满完成了吊装任务。

但延长了设备在空中停留时间，增加了空中作业的难度和不安全因素。

6.同类产品不同工艺之间的分析比较

由于采用了加压氧化，加压吸收，因此设备体积小，配管管径相应减小，投资便宜。

四合一机组充分地回收系统中的余热，因此耗能耗电降低。

氧化氮在吸收塔内的氧化和吸收率高，是当今国际上比较先进地生产工艺，且双加压硝酸工艺是目前国际上最先进、最环保的新工艺。

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