一、研究背景
某能源化工公司硝酸車間兩套18萬噸/年稀硝酸自2016年10月份投用以來，多次出現(xiàn)氧化爐燃燒器下法蘭滲氨問題，2018年4月因泄漏氨量較大造成裝置停車。氧化爐是硝酸生產(chǎn)裝置中的關(guān)鍵設(shè)備，下法蘭滲漏氨氣只能通過冷、熱態(tài)緊固法蘭螺栓來降低滲氨量（泄漏位置如圖1所示），但根本問題一直得不到解決，該設(shè)備能否長周期安全平穩(wěn)運行直接制約著裝置正常運行。
圖1 氧化爐燃燒器下法蘭泄漏位置
二、研究內(nèi)容
1.基本原理
氧化爐燃燒器下法蘭密封面加工精度低，在微觀視眼下看為非常不平整的凹凸密封面，與密封材料只能部分貼合，所以盤根和法蘭密封面之間存在微小的間隙，就像迷宮一樣，反應(yīng)介質(zhì)在迷宮被多次截流，從而達到密封作用。
2.技術(shù)方案
①找替代材料，即需滿足：耐高溫、耐酸堿、抗老化、使用壽命長、密封性能好、抗壓縮性強、良好的化學(xué)穩(wěn)定性、成本低等；
②設(shè)計密封形式，即需滿足：密封形式簡單、更換方便、易保存、易加工等；
③與同行業(yè)技術(shù)交流，即交流設(shè)計想法、可行性；
④尋找制做廠家，即按設(shè)計要求、使用條件加工生產(chǎn)；
⑤安裝試“療效”，即檢驗試驗品是否能承受苛刻的使用條件；
⑥定期拆解求驗證，即通過理論設(shè)計及現(xiàn)場實踐檢驗成果最終敲定是否合格，滿足使用要求。
3.工藝流程
①氧化爐結(jié)構(gòu)
氧化爐結(jié)構(gòu)尺寸為：Φ4200/Φ4150，H=7040，W=48220kg
圖2 氧化爐結(jié)構(gòu)示意圖
該設(shè)備由氧化爐燃燒器、蒸汽過熱器及廢熱鍋爐組成，上部為氧化爐，中部為蒸汽過熱器，下部為廢熱鍋爐，設(shè)備內(nèi)設(shè)水冷壁管，以保護殼體；殼體（鉑網(wǎng)/鉑網(wǎng)下）操作壓力為0.35MPa（G）/0.35MPa（G），殼體（鉑網(wǎng)/鉑網(wǎng)下）內(nèi)介質(zhì)為空氣，氨/N2，H2O，NOX氣體，氧化爐的結(jié)構(gòu)示意如圖2所示。
②工藝簡介
氨-空氣混合氣在氧化爐內(nèi)均勻分布于鉑網(wǎng)上，進行氧化反應(yīng)：
4NH3+5O2=4NO+6H2O+Q
氨氧化反應(yīng)所釋放出來的熱量使氧化氮氣體溫度升至860℃，此氣流經(jīng)安裝在氧化爐下部的過熱器和廢熱鍋爐回收熱量，溫度降至400℃。
綜上所述，氧化爐燃燒器下法蘭密封材料的使用條件較苛刻，為高溫、酸堿環(huán)境、介質(zhì)有毒性。
4.成果特點
密封形式簡單、更換方便、易保存、易加工，具有耐高溫、耐酸堿、抗老化、使用壽命長、密封性能好、抗壓縮性強、良好的化學(xué)穩(wěn)定性、成本低等特點。
三、應(yīng)用效果
1.成果應(yīng)用前情況
原設(shè)計的氧化爐燃燒器下法蘭密封面處的密封方式及材料為10×10mm純石棉方形盤根（如圖3所示），長度67m，其優(yōu)點為耐高溫、化學(xué)性能穩(wěn)定且不與酸、堿性介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，缺點為在高溫與結(jié)構(gòu)水析出的環(huán)境下易老化、變脆、失效。
圖3 10×10mm純石棉方形盤根
在使用該密封方式及材料的試生產(chǎn)期間，自2016年10月份投用以來，多次出現(xiàn)氧化爐燃燒器下法蘭滲氨問題，且利用在線檢測儀檢測室內(nèi)空氣中氨含量為8ppm~100ppm，下法蘭滲漏氨氣只能通過冷、熱態(tài)緊固氧化爐大蓋上M36×515mm共72套雙頭螺栓和頻繁組織檢修人員開大蓋更換密封材料來降低滲氨量，而在2018年4月因泄漏氨量較大造成裝置緊急停車。原密封方式及材料給硝酸裝置能否穩(wěn)定生產(chǎn)及巡檢人員的人身安全造成了重大安全隱患。
2.成果應(yīng)用后情況
新密封方式及密封材料為22mm×10mm的高溫石墨鎳絲盤根（如圖4所示），長度30m，至2018年5月使用后至今，在裝置開停車數(shù)次情況下，利用在線檢測儀檢測室內(nèi)空氣中氨含量為0ppm~0.2ppm，徹底解決了氧化爐燃燒器下法蘭漏氨問題。
圖4 22×10mm石墨鎳絲盤根成品
新密封方式及密封材料可完全取代原設(shè)計的10×10mm純石棉方形盤根。較原設(shè)計相比，使用壽命更長，化學(xué)性能穩(wěn)定，不與酸堿發(fā)生反應(yīng)，耐高溫，泄漏量基本為零。
該研究成果徹底解決了氧化爐燃燒器下法蘭漏氨問題，杜絕了每次停車后需要檢查確認(rèn)原密封材料是否老化、變脆、失效，以及每次開車前半個小時內(nèi)需熱緊氧化爐大蓋上螺栓，避免了停車后頻繁揭氧化爐大蓋更換密封材料，減少了檢修人力、物力、財力，保障了硝酸裝置長周期安全平穩(wěn)運行，創(chuàng)造了顯著的經(jīng)濟效益。
高溫石墨鎳絲盤根加工費用為2000元左右，制作成本很低。
四、推廣應(yīng)用前景
該研究成果應(yīng)用效果良好，滿足氧化爐內(nèi)苛刻的使用條件，對產(chǎn)品無任何影響；該密封方式及密封材料適用于反應(yīng)介質(zhì)為高溫、有毒、酸堿環(huán)境的壓力容器關(guān)鍵部位之法蘭密封處；可全面推廣應(yīng)用。
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