蒸發系統加熱器為固定

 管板 、單管程結構 ，首臺加熱器管程和殼程材質均為３１６L 不銹鋼 。 管程內介質為經氨水洗滌煙氣濃縮形成的硫酸銨漿液 ，殼程介質為壓力 ０ ．６ MPa 的加熱蒸 汽 。 加 熱 器 管 子 總 數 １４３ 根 ，管 子 規 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使用不到 ３ 個月即出現加熱管束大面積腐蝕泄漏 ，為維持生產不斷停工堵管 ，運行 ４ 個月時堵管率達 ３１ ．５％ 。 初步分析認為管束損壞主要原因為硫酸銨漿液中氯離子質量濃度偏高（Cl

‐ 質量濃度為 ９ ８２２ ．５ mg／L）造成的腐蝕 。

 借鑒類似裝置蒸發加熱器材質選擇經驗，將換熱管材質更換為鈦管 ，牌號 TA２ ，外殼仍為 ３１６L不銹鋼 ，其它參數未變 ，投用后累計使用不到 ８ 個月 ，加熱器管束再次發生泄漏 。 檢查發現管內壁發亮 ，有明顯的沖刷磨損痕跡 ，個別換熱管有明顯的劃跡 。 此外 ，發現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 。 分析認為管束損壞的原因除了沖刷磨損，還與因管程與殼程材質膨脹系數不同而引起的膨脹問題有關。 為保證該裝置的連續可靠運行 ，對結晶蒸發系統進行了優化改造 ，文中介紹其改造情況 。

1 　結晶蒸發系統工藝簡介

 由濃漿泵從濃漿罐輸出的硫酸銨漿液 ，進強制循環泵的入口和結晶器出來的液體混合 ，經蒸發循環泵送入蒸發加熱器 。 硫酸銨漿液經過蒸發加熱器殼程 １８０ ℃ 左右溫度的蒸汽間接加熱 ，吸收熱量后溫度升到１０８ ℃ ，然后進入結晶器的閃蒸室 ，進入結晶器中的硫酸銨漿液被送至液體表層 ，由于設備內為負壓 ，部分水瞬間產生蒸發成為蒸汽后由頂部出口排出再利用 ，沒有蒸發的物料流向結晶器底部 ，結晶器中下部擋板將將結晶器分隔為晶體生長區和澄清區 。 澄清區的物料和母液在蒸發循環泵入口混合后經泵輸送到加熱器循環加熱 。 結晶器內的物料經養晶區后晶體顆粒很快長大 ，大顆粒晶體沉降速度大于懸浮速度 ，在結晶器的底部會形成一個懸浮密度穩定的晶漿區 ，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 。 蒸發結晶循環設備圖見圖 １ 。

2 　加熱器損壞原因分析

2 ．1 　 循環漿液含固磨損

 蒸發循環泵從蒸發結晶器的取料點位于硫酸銨晶體密集區附近 ，蒸發結晶器中硫酸銨晶體在蒸發循環泵的抽吸擾動作用下部分進入加熱器 ，硫酸銨結晶顆粒在循環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 、管束磨損嚴重。

2 ．2 　 管內流速過快

 　　最初加熱器的換熱管尺寸為 飽３２ mm × ２ mm ，共有１４３ 根管子 ，蒸發循環泵流量為 １ ２９０ m３／h ，據此計算其流速為 ２ ．９３ m／s 。 而查閱有關文獻資料，此種生產工藝設計流速一般應控制在 １ ～１ ．６ m／s 。 因此加熱器的換熱管內設計流速過快 ，在高流速的作用下 ，硫酸銨結晶顆粒的動量得到

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 　 蒸發結晶器內固液分離不徹底

蒸發結晶器內固 、液 、氣三相形成復雜流場 ，對于液體表層 ，由于設備內為負壓 ，部分水分瞬間產生蒸發成為蒸汽后由頂部出口排出 ，而過飽和產生的硫酸銨晶體相互撞擊形成大顆粒 ，向底部移動 ，產生結晶器側底部液相的循環流 。 蒸發結晶器內晶體濃度較高的晶漿區總會有少量硫酸銨固體顆粒被抽吸

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

2 ．4 　 蒸發加熱器管 、殼程膨脹量存在差別

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

膨脹系數不同所致。

3 　蒸發結晶系統改造

3 ．1 　 蒸發加熱器

 （１）為解決蒸發加熱器流速太大的問題 ，在保持換熱面積 １００ m２不變情況下將蒸發加熱器殼體直徑由 飽 ７００ mm 增加至 飽 ８００ mm（材質仍為 ３１６L） ，換熱管規格由 飽 ３２ mm × ２ mm 改為 飽 ３８ mm ×２ ．５ mm（材質 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 ，在蒸發加熱器殼體增加雙波膨脹節 。（３）為減少蒸發加熱器入口紊流區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 TA２） ，承插到管束內 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 　 結晶器

 （１）將蒸發結晶器底部擴為 DN４００ 的管線并向下延伸 ，延伸的長度直到結晶排出泵入口 ，長度約４ ．５ m ，以增大晶粒沉降區空間 。 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堆積。

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

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

4 　改造后運行情況及建議

 改造后對主要參數進行嚴格控制 ，累計正常生產 １０ 個月 。 從本周期蒸發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 材質本身較軟 ，耐沖刷磨損的能力較差 。 此外 TA２ 材質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 產生一定的腐蝕。

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

 （３）受現場空間所限 ，改造后加熱器內漿液循環流速還是偏高 ，１ ．６ m／s 的流速接近設計上限 。建議重新設計 １ 臺加熱器 ，加熱器材質選用雙相不銹鋼 。 從工藝上考慮將蒸發結晶循環系統的補料口位置進行改進 。

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