摘要：目前，生产硝酸的工艺流程常用的生产方式有五种，分别是双加压法、高压法、中压法、常压法以及综合法。工业生产中以氨氧化和酸吸收两个重要指标来区分生产方法。现在世界上普遍采用的是双加压法来制硝酸，氨利用率高，铂耗低，吸收率高，成品酸的浓度高，尾气中的氮氧化物含量低，热能回收利用好，蒸汽自给有余，装置自动化程度高，安全保护联锁完善，生产成本低，劳动生产率高。双加压法”工艺中的重要设备是“四合一”机组。
关键词：硝酸生产，双加压法，真空下降，表冷器
1.前言
中石油兰州石化分公司化肥厂硝酸装置是一套15万t／a硝酸装置，硝酸装置四合一机组为德国MAN透平公司生产，由蒸汽透平、氧化氮压缩机、空气压缩机、尾气透平同轴串联组成，空气压缩机和氧化氮压缩机为耗功设备，蒸汽透平和尾气透平为驱动设备。其中，蒸汽透平DK040/080R型全凝汽式汽轮机，额定功率为5274kW，额定转速为8535 r/min，以4.0 MPa中压蒸汽为动力源，蒸汽透平入口蒸汽压力3.65—4.15 MPa，入口蒸汽温度365～425℃。
机组冷凝系统主要由表面冷凝器（简称表冷器）、抽汽冷凝器、冷凝液泵、两级喷射器、开工喷射器、阀门及管线等组成。
蒸汽透平排汽压力（表冷器真空度）PIA20510A／B／C为凝汽式汽轮机的重要运行参数，联锁报警值H为30 kPa，联锁保护值HH为48 kPa。
2.影响表冷器工作的因素
2.1 表冷器中存在的空气对表冷器真空的影响
在表冷器中，由于真空系统不能绝对严密而从外界漏入空气，以及蒸汽中所含的不凝结气体在凝结时被析出，会造成冷却水管表面形成一层空气膜而降低了传热效果，影响蒸汽的冷却放热。在表冷器中空气含量越大，对蒸汽的放热影响也越大。汽轮机排气在凝结初期空气含量相对很小，在蒸汽进入管束逐渐凝结的过程中，空气含量相对不断增加，使蒸汽放热逐渐恶化，表冷器中的全压力是由蒸汽分压力与空气分压力组成的混合压力，由于空气分压力的存在，表冷器内的绝对压力升高，凝结水中的溶解氧量增加，引起机组的经济效益降低，加快了机组设备及管线的腐蚀速度。
2.2凝结水的过冷却
汽轮机排气在进入表冷器时，因空气含量极少，蒸汽在表冷器中的热交换过程可看作是纯蒸汽与水之间的传热过程，当蒸汽放出气化潜热后仍保持其饱和温度不变的状态下凝结成水，所以凝结水的温度在理论上应等于表冷器压力下的饱和温度。但实际上由于表冷器的结构和运行上存在的问题，凝结水的温度低于表冷器喉部压力下的饱和温度，这种现象称为凝结水的过冷却。其原因有三；一是表冷器铜管束排列不好，缺乏回热通道，使得蒸汽在进入表冷器时与冷却水有充分的接触机会。二是表冷器内积存空气，使表冷器内空气分压升高，真空下降。三是表冷器内凝结水位过高而导致过冷却。
3.表冷器真空下降的原因分析
3.1 表冷器换热效果不好
3.1.1表冷器循环水冷却进水温度过高或者进水量不足：循环水用于冷却蒸汽透平排汽，如果进水温度过高或者水量不足时，表冷器冷凝效果就会降低，造成蒸汽透平排汽温度升高真空下降。
3.1.2表冷器热井液位过高：由于冷凝液泵故障或表冷器列管腐蚀泄漏等原因造成表冷器热井液位过高，部分换热管被淹没，有效换热面积减少，表冷器冷凝效果就会降低，造成蒸汽透平排汽温度升高真空下降。
3.1.3表冷器换热管表面结垢或管内杂物堵塞：循环冷却水内碎填料等杂物堵塞换热列管，或换热管表面结垢，都会影响表冷器的换热效果，从而造成蒸汽透平排汽温度升高真空下降。
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3.1.4表冷器封头垫片或隔板损坏：表冷器进水、回水封头处隔板因腐蚀出现缺口，或密封垫片中间拉筋断裂，都会造成循环水上水走近路，蒸汽透平排汽未能在冷凝器内形成有效冷却，从而造成蒸汽透平排汽温度升高真空下降。
3.2喷射器故障：
喷射器喷嘴堵塞、喷射器喷嘴因蒸汽冲刷磨损造成孔径变大，密封垫片失效，都会直接影响喷射器的抽汽效果，造成蒸汽透平排汽温度升高真空下降。
3.3抽汽冷凝器疏水器、及前后阀门损坏
抽汽冷凝器疏水器损坏，会造成蒸汽冷凝液排放不畅、冷凝器液位过高，有效换热面积减少，影响抽汽冷凝器的冷却效果，就会造成蒸汽透平排汽温度升高真空下降。
3.4抽汽冷凝器疏水器旁路阀门内漏
抽汽冷凝器疏水器旁路阀内漏，由于冷凝器壳程压力比表冷器壳程压力高，冷凝器壳程气体会进入表冷器内，破坏表冷器的真空度，造成蒸汽透平排汽温度升高真空下降。
3.5喷射器抽汽侧阀门内漏
如果处于备用的开工喷射器抽汽侧阀门内漏，大气通过开工喷射器出口、混合室、抽汽侧内漏的阀门被抽入投用的一级喷射器内，直接影响一级喷射器的抽汽效果；如果处于备用的一级或二级喷射器抽汽侧阀门内漏，投用的喷射器出口混合气体通过备用喷射器出口、混合室、抽汽侧内漏的阀门返回投用的喷射器人口侧，也会影响投用喷射器的抽汽效果。这两种情况都会造成蒸汽透平排汽温度升高真空下降。
3.6 轴端汽封系统有泄漏
如果机组密封蒸汽压力过低、轴端密封磨损，都会造成外界空气进入，使蒸汽透平排汽温度升高真空下降。
3.7真空系统有泄漏
真空系统设备及管道、法兰垫片泄漏、阀门及喷射器阀门内漏等情况都会影响凝汽系统的真空度造成机组排汽温度升高真空下降。其它可能泄漏的情况有：爆破片破裂、安全阀密封不严、缸体法兰泄漏、其他管线法兰泄漏等。
4.真空下降的故障处理
2015年9月装置开车时，蒸汽透平真空小，两组喷射器及开工喷射器均投用，但真空仍在25～27 kPa，严重影响机组的稳定运行。为解决蒸汽透平真空下降的问题，于2015年11月装置停车更换铂网期间对表冷器进行彻查。仍然未能真正解决问题，因此时正是冬季循环冷却水温度低，还能保证机组的正常运行，一直坚持到次年开春。
2016年3月气密正压查漏发现机组蒸汽透平排汽侧缸体保温棉内气流声较大，打开保温棉发现有一个DN15备用口法兰封堵失效，该法兰在蒸汽透平上部缸体狭小空间内，且有保温棉包裹，抽真空时保温棉被吸在法兰口，起到了封堵的作用，至使泄漏不大，造成此漏点很难被发现。在备用口处安装DN15法兰盖，投用抽汽系统进行抽真空试验，排汽压力稳定在4 kPa，达到原始开车水平。2016年4月机组开车后真空稳定在5～7 kPa，蒸汽透平真空低的问题得以彻底解决。使四合一机组的能耗大为降低，可以确定，蒸汽透平排汽侧缸体备用法兰泄漏为本次故障的主要原因。
2018年7月因兰州及上游下大雨造成黄河水位持续高水位，泥沙含量高致使循环冷却水浑浊，几天后机组表冷器真空下降，最大时29KPa，当时也是多方查找原因效果不大，因生产需要四合一机组一直坚持生产，机组蒸汽用量较大，所有喷射器都投用也只能维持真空在27KPa，直到八月中旬机组停车，打开表冷器封头对列管进行高压水清洗，发现列管沉积物较多，经过清洗后机组真空恢复到降雨前的水平7KPa。由此断定，表冷器列管堵是此次故障的主要原因。
参考文献：
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[2] 熊艳琼．12 MW机组运行真空低原因分析与处理[J]．冶金动力，2010（s1）：65—67．
[3] 刘多恩，马福生. 稀硝酸装置操作规程[M].中国石油兰州石化分公司发布 2015年10月.
论文作者:周彦斌
论文发表刊物:《基层建设》2019年第14期
论文发表时间:2019/7/30
标签：蒸汽论文; 喷射器论文; 真空论文; 机组论文; 冷凝器论文; 温度论文; 压力论文; 《基层建设》2019年第14期论文;