用于三聚氰胺生產設備的加熱單元以及三聚氰胺生產設備的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于三聚氰胺生產設備的加熱單元以及使用所述加熱單元的三聚氰胺生產設備。
[0002]特別地，本發明涉及一種使用熔鹽回路的加熱單元，其有利地具有低的形成燒堿的風險，并且本發明進而涉及一種三聚氰胺生產設備，在該設備中因熔鹽中存在燒堿而產生的SCC(應力腐蝕破裂)現象被最小化，或者優選地被消除。
【背景技術】
[0003]在本說明書中，縮寫“SCC"旨在表示一種腐蝕過程，所述腐蝕過程發展為穿晶破裂或晶內破裂，這會導致穿透有關壁部的泄漏，或者導致結構的完全崩壞。
[0004]在三聚氰胺生產設備的情況中，SCC可以例如導致熱交換器的部分或生產反應器的管束的一根或更多根管崩壞，所述熱交換器用于對相關組的氨進行過熱加熱。
[0005]在三聚氰胺的生產過程中，在高壓和低壓兩個情況中都有必要在生產過程的反應區域或者生產過程的其他區域中供應特定量的高溫氨，以便避免會導致三聚氰胺固化的局部冷卻(發生在354°C)發生。
[0006]優選地，在等于大致380°C的反應溫度下供應氨。該反應溫度遠高于氨的臨界溫度(132.4°C)，這樣，處于該反應溫度的氨通常定義為過熱氨。
[0007]在三聚氰胺生產過程中，尤其在沒有催化劑并且因此處于高壓的情況下進行處理操作的過程中，通過栗將氨壓縮至期望的壓力。為實現該目的，通常使用往復式栗，例如由液氨供給的活塞栗或隔膜栗。
[0008]因此接下來，必須經歷若干步驟以便將上述的氨加熱至期望的溫度，所述若干步驟包括:將溫度升高至與壓力平衡的沸點的第一步驟，直到完成液相到氣相的轉變的第二沸騰步驟，以及將氣相的氨的溫度升高至反應溫度的第三步驟。
[0009]氨的前兩個加熱步驟優選地通過使用熱交換器實現，所述熱交換器使用在工業化設備中可獲得的低壓、中壓或高壓蒸汽作為加熱流體。例如，可以使用壓強為5_6bar的蒸汽用于加熱至沸點溫度并完成汽化。同一蒸汽還可以用于將氨的溫度升高至大致150°C，保證處于該溫度值的所有的氨都為氣相。
[0010]隨后可以通過使用中壓或高壓蒸汽作為加熱流體的熱交換器、根據所述蒸汽的情況持續盡可能地升高氨的溫度，所述蒸汽能夠從工業設備中獲得，所述蒸汽在工業設備中進行操作。
[0011]關于加熱氨的第三步驟，不能使用蒸汽，因為要到達的溫度(S卩380°C)高于水的臨界溫度373.936°C，相應的壓強為220.58bar。
[0012]因此，排除了使用蒸汽用于加熱氨的第三步驟的現實可能性。
[0013]目前，為執行所述的第三步驟，已知的是使用已存在于三聚氰胺生產設備中的其他加熱流體，并且所述其他加熱流體被用于提供反應熱和/或用于保持裝備和/或管線處于高于三聚氰胺的固化點的溫度，即處于高于354°C的溫度，優選地，處于等于或高于380°C的溫度。
[0014]在目前已知的三聚氰胺生產設備中兩種流體是通常可獲得的并且具有適于實現上述目的的溫度，所述流體即導熱油(例如道式熱載體)以及熔鹽，兩者都通過兩個分離閉合的環形回路進行管理和操作，每一個回路包括一加熱爐、至少一個循環栗、儲箱、相關的管線、閥以及用于系統管理所必須的任何其他裝置。
[0015]導熱油在持續使用中其溫度限于380°C。因此，為避免因裂解而快速分解，這樣的流體通常用于保持已處于反應溫度的流體的溫度。換而言之，所述導熱油用于避免在管線中循環的三聚氰胺冷卻。
[0016]事實上，導熱油在連續使用中的最大溫度等于380°C，這不允許獲得可用的溫度差以管理用于加熱氨的熱交換器，所述氨必須被準確地加熱到380°C的溫度。
[0017]因此，可獲得并且能夠有效地用于過熱加熱氨的唯一流體只剩下熔鹽的混合物，所述熔鹽此外還構成了同樣提供反應熱的加熱流體。
[0018]如已知的，熔鹽由持續保持在高于380°C的溫度的亞硝酸鈉和亞硝酸鉀以及硝酸鹽的混合物構成。該類型的混合物有很強的氧化作用，因此為避免與氧氣和環境水分接觸，熔鹽回路保持在大致0.5bar的氮氣的正壓強下。
[0019]為過熱加熱氨，目前使用由能夠耐受380°C的氨的材料制成的熱交換器，所述材料例如是具有高的鎳含量的合金(高鎳合金)制成，所述合金的一個示例為Hastelloy C276。
[0020]該類型的材料通常還用于制造使用熔鹽作為加熱流體的設備中的三聚氰胺生產反應器。
[0021]如圖1所示，通常從儲箱101提取熔鹽并且通過循環栗送至加熱爐102。所述熔鹽從循環栗被輸送至三聚氰胺生產反應器103，并且被輸送至用于過熱加熱氨的熱交換器(所述熱交換器還稱作過熱交換器，或者簡稱為過熱加熱器104)的部分，以隨后從反應器和過熱加熱器兩者返回至回路的儲箱101。
[0022]隨后，在用作反應器103的加熱流體的熔鹽量和用作過熱加熱器104的加熱流體的熔鹽量之間的組分和溫度沒有變化的情況下，連續地攪動所述熔鹽。
[0023]申請人已考慮到在熱交換器中，要被加熱的流體為氣相，所述流體必須以一定速度循環以便產生湍流運動，從而獲得能夠接受的熱交換率的值。
[0024]申請人還考慮到在由汽化的液體形成的氣體中，可能存在殘留的液滴，例如在汽化步驟中發生故障的情況中。
[0025]申請人因此發現了因獲得好的熱交換效果所需的湍流運動而進行高速運動的殘留液滴的存在所導致的侵蝕/腐蝕的風險。
[0026]申請人還觀察到侵蝕/腐蝕現象會導致管壁(要被加熱的流體在所述管壁內流動)穿孔，使得管與管外的區域連通，并且因此導致熱交換器發生泄漏。
[0027]具體而言，根據熱交換器所制成的機械結構的類型，熱交換器可能會遭受內部泄漏(即，熱交換器的兩種流體(要被加熱的流體和用于加熱的流體)相互流通)和/或外部泄漏(即，交換器的流體與環境連通)。在內部泄漏的情況下，會產生兩種流體的混合物。
[0028]在用于供給過熱氨的熱交換器104、105中，最具風險的部分在于熱交換器中氨達到汽化溫度的區域。在這樣的區域中，蒸汽和液體的混合相會存在一段時間。熱交換器的這樣的臨界區域通常包含在熱交換器的用于汽化氨的部分中，也稱為汽化熱交換器105(或簡稱為汽化器)。
[0029]不過申請人還發現，由于異常情況，例如蒸汽采集故障、蒸汽壓力下降或缺失、缺乏合適的熱隔絕等，液體形式的氨液滴也可能存在于過熱交換器104中，如已經說明的，所述過熱交換器使用熔鹽作為熱源。
[0030]申請人還發現，在三聚氰胺生產設備中，氨的壓力高于熔鹽的壓力。
[0031]因此，在過熱加熱器處發生熱交換器的內部泄漏的情況中，會發生氨進入熔鹽回路，并且這兩種制品之間必然立即發生反應。
[0032]由于熔鹽本身轉化慢，總會有特定量的氧化鈉存在于熔鹽的混合物中。此外，氨與熔鹽的反應會導致水的形成，原因在于在熔鹽(亞硝酸鹽和硝酸鹽的混合物)中存在氧化劑化合物。
[0033]因此，在氨和熔鹽接觸的情況中，由于氧化鈉和所形成的水之間的反應會形成氫氧化鈉。
[0034]進入熔鹽回路的氨的量與通量截面直接成比例。
[0035]在相當量的氨進入熔鹽回路的情況中，會發生強烈的放熱反應，并且熔鹽回路的壓力和溫度會上升。這樣的緊急情況能夠直接探測到，這允許人們及時地停止生產設備以對其進行維護。尤其地，有必要更換熔鹽，因為它們將因為存在氨