蒸發(fā)系統(tǒng)加熱器為固定

管板 、單管程結(jié)構(gòu) ，首臺加熱器管程和殼程材質(zhì)均為３１６L 不銹鋼 。 管程內(nèi)介質(zhì)為經(jīng)氨水洗滌煙氣濃縮形成的硫酸銨漿液 ，殼程介質(zhì)為壓力 ０ ．６ MPa 的加熱蒸 汽 。 加 熱 器 管 子 總 數(shù) １４３ 根 ，管 子 規(guī) 格飽 ３２ mm × ２ mm ，加熱器總換熱面積為 １００ m２。該加熱器投用后連續(xù)使用不到 ３ 個月即出現(xiàn)加熱管束大面積腐蝕泄漏 ，為維持生產(chǎn)不斷停工堵管 ，運行 ４ 個月時堵管率達(dá) ３１ ．５％ 。 初步分析認(rèn)為管束損壞主要原因為硫酸銨漿液中氯離子質(zhì)量濃度偏高（Cl

‐ 質(zhì)量濃度為 ９ ８２２ ．５ mg／L）造成的腐蝕 。

借鑒類似裝置蒸發(fā)加熱器材質(zhì)選擇經(jīng)驗，將換熱管材質(zhì)更換為鈦管 ，牌號 TA２ ，外殼仍為 ３１６L不銹鋼 ，其它參數(shù)未變 ，投用后累計使用不到 ８ 個月 ，加熱器管束再次發(fā)生泄漏 。 檢查發(fā)現(xiàn)管內(nèi)壁發(fā)亮 ，有明顯的沖刷磨損痕跡 ，個別換熱管有明顯的劃跡 。 此外 ，發(fā)現(xiàn)部分管子與管板之間連接焊縫的高度明顯降低 ，管頭伸出 ０ ．５ ～ １ ．０ cm 。 分析認(rèn)為管束損壞的原因除了沖刷磨損，還與因管程與殼程材質(zhì)膨脹系數(shù)不同而引起的膨脹問題有關(guān)。 為保證該裝置的連續(xù)可靠運行 ，對結(jié)晶蒸發(fā)系統(tǒng)進行了優(yōu)化改造 ，文中介紹其改造情況 。

1 　結(jié)晶蒸發(fā)系統(tǒng)工藝簡介

由濃漿泵從濃漿罐輸出的硫酸銨漿液 ，進強制循環(huán)泵的入口和結(jié)晶器出來的液體混合 ，經(jīng)蒸發(fā)循環(huán)泵送入蒸發(fā)加熱器 。 硫酸銨漿液經(jīng)過蒸發(fā)加熱器殼程 １８０ ℃ 左右溫度的蒸汽間接加熱 ，吸收熱量后溫度升到１０８ ℃ ，然后進入結(jié)晶器的閃蒸室 ，進入結(jié)晶器中的硫酸銨漿液被送至液體表層 ，由于設(shè)備內(nèi)為負(fù)壓 ，部分水瞬間產(chǎn)生蒸發(fā)成為蒸汽后由頂部出口排出再利用 ，沒有蒸發(fā)的物料流向結(jié)晶器底部 ，結(jié)晶器中下部擋板將將結(jié)晶器分隔為晶體生長區(qū)和澄清區(qū) 。 澄清區(qū)的物料和母液在蒸發(fā)循環(huán)泵入口混合后經(jīng)泵輸送到加熱器循環(huán)加熱 。 結(jié)晶器內(nèi)的物料經(jīng)養(yǎng)晶區(qū)后晶體顆粒很快長大 ，大顆粒晶體沉降速度大于懸浮速度 ，在結(jié)晶器的底部會形成一個懸浮密度穩(wěn)定的晶漿區(qū) ，通過密度的控制 ，利用濃漿泵將含晶體 ３０％ ～ ４０％ 的晶漿送往旋流器進一步脫水分離后進入離心機進行分離 、干燥 ，得到顆粒較大的硫酸銨晶體 。 蒸發(fā)結(jié)晶循環(huán)設(shè)備圖見圖 １ 。

2 　加熱器損壞原因分析

2 ．1 　 循環(huán)漿液含固磨損

蒸發(fā)循環(huán)泵從蒸發(fā)結(jié)晶器的取料點位于硫酸銨晶體密集區(qū)附近 ，蒸發(fā)結(jié)晶器中硫酸銨晶體在蒸發(fā)循環(huán)泵的抽吸擾動作用下部分進入加熱器 ，硫酸銨結(jié)晶顆粒在循環(huán)漿液高流速攜帶下對管束進行長期沖刷磨損 ，造成加熱器焊縫 、管束磨損嚴(yán)重。

2 ．2 　 管內(nèi)流速過快

　　最初加熱器的換熱管尺寸為 飽３２ mm × ２ mm ，共有１４３ 根管子 ，蒸發(fā)循環(huán)泵流量為 １ ２９０ m３／h ，據(jù)此計算其流速為 ２ ．９３ m／s 。 而查閱有關(guān)文獻資料，此種生產(chǎn)工藝設(shè)計流速一般應(yīng)控制在 １ ～１ ．６ m／s 。 因此加熱器的換熱管內(nèi)設(shè)計流速過快 ，在高流速的作用下 ，硫酸銨結(jié)晶顆粒的動量得到

大提高 ，其對管壁的沖擊也得到了很大的加強 ，造成管線磨損加速 。

2 ．3 　 蒸發(fā)結(jié)晶器內(nèi)固液分離不徹底

蒸發(fā)結(jié)晶器內(nèi)固 、液 、氣三相形成復(fù)雜流場 ，對于液體表層 ，由于設(shè)備內(nèi)為負(fù)壓 ，部分水分瞬間產(chǎn)生蒸發(fā)成為蒸汽后由頂部出口排出 ，而過飽和產(chǎn)生的硫酸銨晶體相互撞擊形成大顆粒 ，向底部移動 ，產(chǎn)生結(jié)晶器側(cè)底部液相的循環(huán)流 。 蒸發(fā)結(jié)晶器內(nèi)晶體濃度較高的晶漿區(qū)總會有少量硫酸銨固體顆粒被抽吸

到蒸發(fā)加熱器 ，由于加熱器管束入口屬紊流區(qū) ，固體顆粒對加熱管束入口產(chǎn)生沖刷，而鈦合金質(zhì)地較軟 ，容易磨損減薄 。

2 ．4 　 蒸發(fā)加熱器管 、殼程膨脹量存在差別

多次檢查發(fā)現(xiàn)部分進 、出口管與管板的連接焊縫被腐蝕 ，同時發(fā)現(xiàn)管束伸出管板 ０ ．５ ～ １ ．０ cm ，判斷是管束材質(zhì) TA２ 膨脹系數(shù)與殼體材質(zhì) ３１６L 的

膨脹系數(shù)不同所致。

3 　蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)改造

3 ．1 　 蒸發(fā)加熱器

（１）為解決蒸發(fā)加熱器流速太大的問題 ，在保持換熱面積 １００ m２不變情況下將蒸發(fā)加熱器殼體直徑由 飽 ７００ mm 增加至 飽 ８００ mm（材質(zhì)仍為 ３１６L） ，換熱管規(guī)格由 飽 ３２ mm × ２ mm 改為 飽 ３８ mm ×２ ．５ mm（材質(zhì) TA２） ，改造后計算流速由 ２ ．９３ m／s降至 １ ．６ m／s 。

（２）為消除管殼程膨脹量不等問題 ，在蒸發(fā)加熱器殼體增加雙波膨脹節(jié) 。（３）為減少蒸發(fā)加熱器入口紊流區(qū)漿液攜帶的固體顆粒對管束入口段的沖刷磨損 ，在加熱器入口段增加防磨套管束 ，套管尺寸 飽 ３２ mm × ３ mm（材質(zhì) TA２） ，承插到管束內(nèi) ４ cm ，防磨套管束獨立管板 ，兩管板用鈦合金螺栓連接在一起 。

3 ．2 　 結(jié)晶器

（１）將蒸發(fā)結(jié)晶器底部擴為 DN４００ 的管線并向下延伸 ，延伸的長度直到結(jié)晶排出泵入口 ，長度約４ ．５ m ，以增大晶粒沉降區(qū)空間 。 同時在底部使用彈簧支撐 ，確保管線受熱后正常膨脹 ，所有管線上的閥門靠近根部 。 結(jié)晶排出泵取料從延長管線的中下部取料 ，泵出口增加回流到延長線的底部 ，保持漿液能夠不斷的懸浮流動 ，防止硫酸銨沉降過程中出現(xiàn)堆積。

（２）將結(jié)晶器上稀液出口提高 ８００ mm ，使其遠(yuǎn)離晶粒區(qū) ，最大限度減少硫酸銨固體顆粒攜帶 ，避免固體顆粒對蒸發(fā)加熱器管束磨損 。

（３）割除擋流板 ，新增設(shè)內(nèi)導(dǎo)流筒將進 、出口分割開來 ，形成沉降段 ，延長結(jié)晶區(qū) ，以避免回流的擾動將部分固體顆粒送到稀液取出口 。 內(nèi)導(dǎo)流筒為直徑 飽 １ ０００ mm 、長度 １ ５００ mm 錐段與筒壁夾角 ４５° ，總高 ２ ２００ mm 。 結(jié)晶器改造前后結(jié)構(gòu)見圖 ２ 。

4 　改造后運行情況及建議

改造后對主要參數(shù)進行嚴(yán)格控制 ，累計正常生產(chǎn) １０ 個月 。 從本周期蒸發(fā)加熱器的使用情況看 ，２０１２ 年進行的改進是積極有效的 ，起到了提高裝置運行可靠性的作用 ，但設(shè)備整體還存在不足 ，主要還存在以下幾個方面的問題 。

（１）加熱器換熱管材質(zhì)采用 TA２ 能有效對抗硫酸銨漿液中高氯離子濃度的腐蝕 ，但 TA２ 材質(zhì)本身較軟 ，耐沖刷磨損的能力較差 。 此外 TA２ 材質(zhì)耐還原性鹽的腐蝕能力較差 ，而硫酸銨漿液中含有一定量的亞硫酸鹽 ，會對 TA２ 產(chǎn)生一定的腐蝕。

（２）蒸發(fā)結(jié)晶循環(huán)系統(tǒng)的補料口位置設(shè)計不合理 ，有可能將硫酸銨固體顆粒送入加熱器 ，由于從塔內(nèi)取出的接近飽和的硫酸銨溶液溫度在 ５０ ℃ 左右 ，在濃漿罐內(nèi)儲存一段時間后才送入蒸發(fā)循環(huán)系統(tǒng) ，此過程溫降較大 ，此時硫酸銨溶液中已含有結(jié)晶出的固體顆粒 。

（３）受現(xiàn)場空間所限 ，改造后加熱器內(nèi)漿液循環(huán)流速還是偏高 ，１ ．６ m／s 的流速接近設(shè)計上限 。建議重新設(shè)計 １ 臺加熱器 ，加熱器材質(zhì)選用雙相不銹鋼 。 從工藝上考慮將蒸發(fā)結(jié)晶循環(huán)系統(tǒng)的補料口位置進行改進 。