氯化氫副產(chǎn)蒸汽合成爐裝置運(yùn)行總結(jié)

楊健，高自建，苗春葆

（青島海晶化工集團(tuán)有限公司，山東青島266042）

氯化氫副產(chǎn)蒸汽合成爐裝置運(yùn)行總結(jié)

楊健，高自建，苗春葆

（青島海晶化工集團(tuán)有限公司，山東青島266042）

介紹了氯化氫副產(chǎn)蒸汽合成爐裝置的生產(chǎn)工藝、運(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn)題和解決方法。裝置的運(yùn)行情況表明，氯化氫副產(chǎn)蒸汽合成爐具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

蒸汽；氯化氫；合成爐；能耗；副產(chǎn)

青島海晶化工集團(tuán)有限公司氯化氫工段原有氯化氫合成爐8臺(tái)，生產(chǎn)能力為31%鹽酸40萬(wàn)t/a，擔(dān)負(fù)著生產(chǎn)成品鹽酸、高純鹽酸和為聚氯乙烯供氯化氫氣的生產(chǎn)任務(wù)。原氯化氫合成爐均為循環(huán)水冷卻的夾套式石墨合成爐，裝置產(chǎn)能低，氫氣和氯氣的燃燒反應(yīng)熱被循環(huán)水帶走，既浪費(fèi)了熱能又增加了循環(huán)水的負(fù)荷。2007年11月，氯化氫工段新上了1臺(tái)南通星球產(chǎn)的氯化氫副產(chǎn)蒸汽合成爐，并于2008年3月順利投產(chǎn)，之后，又陸續(xù)更換了3臺(tái)蒸汽合成爐。目前，4臺(tái)氯化氫副產(chǎn)蒸汽合成爐運(yùn)行平穩(wěn)，生產(chǎn)能力達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，解決了氯化氫工段裝置產(chǎn)能低的問(wèn)題，副產(chǎn)蒸汽也帶來(lái)了較大的收益。

1 生產(chǎn)工藝

氯化氫副產(chǎn)蒸汽合成爐的生產(chǎn)工藝主要包含氯化氫氣和蒸汽2條生產(chǎn)主線。氯化氫氣是在合成爐內(nèi)產(chǎn)生的。首先，從氯氫處理工段送來(lái)的氫氣經(jīng)過(guò)阻火器、緩沖罐，被氫氣調(diào)節(jié)閥控制穩(wěn)壓。從液氯工段送來(lái)的氯氣（一般是尾氯），也經(jīng)過(guò)緩沖罐及調(diào)節(jié)閥控制穩(wěn)壓，與氫氣在蒸汽合成爐爐底燈頭處混合燃燒，產(chǎn)生的氯化氫氣經(jīng)過(guò)爐內(nèi)的初步冷卻及石墨冷卻器的二次冷卻后，送至降膜吸收器生產(chǎn)鹽酸，或直接送至聚氯乙烯合成工段生產(chǎn)氯乙烯。降膜吸收器生產(chǎn)的鹽酸流至鹽酸儲(chǔ)罐，過(guò)量的氫氣經(jīng)過(guò)尾氣吸收塔放空。

蒸汽是在合成爐的夾套層產(chǎn)生的。從脫鹽水站送來(lái)的無(wú)離子水，經(jīng)過(guò)管道泵加壓，送至合成爐夾套的底部，無(wú)離子水吸收氫氣、氯氣的燃燒反應(yīng)熱沸騰蒸發(fā)，產(chǎn)生的蒸汽在夾套層頂部排出，送至冷凍站用于制冷。

氯化氫副產(chǎn)蒸汽合成爐生產(chǎn)工藝流程見圖1。

2 生產(chǎn)運(yùn)行情況

新上的4臺(tái)氯化氫副產(chǎn)蒸汽合成爐最早一臺(tái)現(xiàn)已運(yùn)行1年多的時(shí)間，其余3臺(tái)運(yùn)行時(shí)間都超過(guò)半年。蒸汽合成爐運(yùn)行平穩(wěn)，氯化氫氣產(chǎn)能滿足生產(chǎn)要求，副產(chǎn)蒸汽也被有效利用。

2.1 氯化氫產(chǎn)能提高

單臺(tái)氯化氫副產(chǎn)蒸汽合成爐生產(chǎn)能力為100%鹽酸90 t/d，是原石墨合成爐產(chǎn)能的2倍。通過(guò)實(shí)際的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，單臺(tái)蒸汽合成爐氯氣最大流量可達(dá)900m3/h。蒸汽合成爐爐體內(nèi)徑為?1 300mm，比原合成爐內(nèi)徑大，并且爐膛更高，能提供更大的氯氣和氫氣反應(yīng)空間。

另外，為配合蒸汽合成爐的高流量，新合成爐燈頭座采用一體式的碳鋼襯氟燈座，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔輕便。設(shè)有2個(gè)氫氣燈頭、1個(gè)氯氣燈頭，燈頭上下貫通，火焰呈直線形噴出。為保證氯氣燃燒充分，2個(gè)氫氣燈頭夾著氯氣燈頭，燃燒時(shí)氫氣內(nèi)外包圍氯氣，使氯氣反應(yīng)完全。

由于蒸汽合成爐夾套層水溫高，氯化氫在爐內(nèi)的初步冷卻效果差，為了使高流量的氯化氫氣能夠充分冷卻，蒸汽合成爐配套了封閉的冷卻水箱，增加循環(huán)水流速及大面積的氯化氫石墨冷卻器。這樣，使氯化氫氣在進(jìn)降膜吸收器前迅速冷卻，基本可以達(dá)到與原合成爐一樣的冷卻后溫度，滿足生產(chǎn)要求。

2.2 蒸汽的生產(chǎn)

氯化氫副產(chǎn)蒸汽合成爐單臺(tái)蒸汽產(chǎn)量可達(dá)2.6 t/h，蒸汽設(shè)計(jì)壓力為0.3MPa。為了保證裝置的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，在實(shí)際的操作中大部分時(shí)間使裝置在中、低負(fù)荷的條件下運(yùn)行。在夏季，氯氣流量為500m3/h的情況下，單臺(tái)合成爐的蒸汽產(chǎn)能可達(dá)1.6 t/h，蒸汽壓力為0.1MPa左右。

生產(chǎn)蒸汽用的原水是從脫鹽水站送來(lái)的無(wú)離子水，電阻率大于5MΩ。無(wú)離子水進(jìn)入合成爐夾套層后，被加熱至沸騰變成蒸汽，送至冷凍站的溴化鋰制冷機(jī)組，由熱變冷，制取7℃冷水，供其他部門使用。

氯化氫副產(chǎn)蒸汽合成爐為生產(chǎn)蒸汽，需要盡量將氯氣和氫氣的反應(yīng)熱傳遞給無(wú)離子水，所以，新爐的石墨爐體不再是簡(jiǎn)單的柱型體。新石墨爐體在石墨外壁上打徑向孔，孔的深度為壁厚的一半，每個(gè)孔之間再軸向、周向相連。新石墨爐體還在爐頂部設(shè)2段“塊孔式”石墨段，這樣就大大提高了石墨爐體的傳熱系數(shù)和傳熱面積，從而更利于石墨爐體內(nèi)外壁間的熱傳遞，生產(chǎn)蒸汽。

蒸汽合成爐設(shè)“活法蘭”，“活法蘭”位于蒸汽合成爐殼體的中間部位，其作用類似于溫差大設(shè)備上的“膨脹節(jié)”。由于新合成爐鋼殼在點(diǎn)火前后溫差可達(dá)80℃，特設(shè)此結(jié)構(gòu)以消除溫差應(yīng)力引起的鋼殼形變。

2008年5月的新老合成爐運(yùn)行數(shù)據(jù)見表1。

表1 新老合成爐運(yùn)行數(shù)據(jù)

2.3 控制系統(tǒng)與安全連鎖

氯化氫副產(chǎn)蒸汽合成爐控制系統(tǒng)采用浙大中控的JX-300集散控制系統(tǒng)（DCS），設(shè)1個(gè)工程師站、3個(gè)操作站和1個(gè)觀察站。該系統(tǒng)對(duì)全部氯化氫生產(chǎn)中近一百五十余個(gè)溫度、壓力等測(cè)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)控。特別是蒸汽合成爐的氯氣、氫氣流量的測(cè)定與控制，氫氣的穩(wěn)壓控制，夾套層液位控制等都起到了關(guān)鍵的作用。此外，該系統(tǒng)還對(duì)測(cè)點(diǎn)的異常數(shù)據(jù)進(jìn)行報(bào)警，有效地防止意外事故的發(fā)生。

在蒸汽合成爐的設(shè)備保護(hù)及安全運(yùn)行方面也做了很多工作。在DCS控制系統(tǒng)中，在蒸汽合成爐上了6個(gè)安全連鎖。例如：離子膜電解意外停車，蒸汽合成爐連鎖停車；氫氣壓力低，蒸汽合成爐連鎖停車；合成爐夾套液位低，不能浸沒(méi)石墨體，蒸汽合成爐連鎖停車等。這些安全連鎖的使用，保證了化工生產(chǎn)的安全性，也延長(zhǎng)了設(shè)備的壽命周期。

3 運(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn)題及采取的措施

3.1 蒸汽合成爐夾套水pH值降低，水質(zhì)渾濁

氯化氫副產(chǎn)蒸汽合成爐長(zhǎng)期運(yùn)行后，發(fā)現(xiàn)夾套層鍋爐水的pH值逐漸降低，而且從夾套層取樣的水質(zhì)渾濁發(fā)紅。這些現(xiàn)象主要是因?yàn)閵A套層鍋爐水的長(zhǎng)期蒸發(fā)，使水的濃縮比逐漸提高，進(jìn)一步使水的氫離子含量提高，導(dǎo)致pH值降低。而水質(zhì)發(fā)紅主要是因?yàn)閵A套層是鐵制殼體，使水中含鐵的緣故。針對(duì)上述情況，采取了以下措施：（1）每班分析夾套水pH值一次，pH值偏低時(shí)加純堿中和調(diào)節(jié)；（2）設(shè)夾套水排放口，小流量連續(xù)排放夾套水，排放的夾套水回流到循環(huán)水系統(tǒng)；根據(jù)水質(zhì)的渾濁程度，全部排放更換夾套水。

3.2蒸汽合成爐夾套上水壓力不穩(wěn)

蒸汽合成爐爐體安裝位置高于地面6m，且夾套內(nèi)帶壓，要求無(wú)離子水上水壓力必須高于0.3MPa。無(wú)離子水壓力大部分時(shí)間都能滿足這一要求，但在其他部門用水高峰時(shí)段水壓會(huì)降低。曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)夾套高溫水回流，將塑料流量計(jì)燙壞的事故。對(duì)此采取2項(xiàng)措施：（1）在夾套水上水管加逆止閥；（2）在無(wú)離子水總管上加裝管道泵，防止水壓不穩(wěn)，熱水倒流。

3.3 燃燒器燈頭結(jié)垢

蒸汽合成爐的燈頭結(jié)垢主要是因?yàn)槁葰鈯A帶的酸霧和氫氣夾帶的堿霧長(zhǎng)期在燈頭處積累形成的。結(jié)垢會(huì)使燈頭的混合效果變差，甚至?xí)a(chǎn)生對(duì)生產(chǎn)有害的游離氯。對(duì)此，每40天左右拆檢一次燃燒器，查看并清除燈頭結(jié)垢。另外，該公司于2008年8月淘汰了隔膜法電解，全部使用離子膜法電解，至此，氯氣、氫氣的夾帶物也大幅減少。

3.4 石墨爐體密封墊滲漏

4臺(tái)蒸汽合成爐出現(xiàn)過(guò)幾次石墨爐體密封墊滲漏的事故。最嚴(yán)重的一次是火焰觀察口的密封墊發(fā)生滲漏，導(dǎo)致夾套水滲入爐內(nèi)，并將燃燒火焰熄滅，最終使后續(xù)部門連鎖停車。密封墊滲漏完全是偶然性事故，但副產(chǎn)蒸汽合成爐的密封大部分都是擠壓式的密封，密封點(diǎn)多，密封面積大，密封墊的滲漏事故不得不防。首先在設(shè)備運(yùn)行中盡量使夾套層在低壓狀態(tài)下運(yùn)行，使?fàn)t內(nèi)與夾套內(nèi)壓力盡量平衡，則不容易發(fā)生滲漏。其次，加強(qiáng)巡檢頻次，如發(fā)現(xiàn)合成爐的凝水增多，則很有可能發(fā)生密封墊滲漏。再次，對(duì)視鏡及防爆膜等處便于拆卸的密封點(diǎn)進(jìn)行周期性檢查，及時(shí)更換密封墊。另外，對(duì)密封墊的采購(gòu)也要進(jìn)行監(jiān)督，一定要買質(zhì)量好的聚四氟乙烯密封墊。

4 結(jié)語(yǔ)

氯化氫副產(chǎn)蒸汽合成爐投用后，首先，解決了氯化氫產(chǎn)能不足的問(wèn)題，為后續(xù)部門的生產(chǎn)提供了充足的條件，并且給氯化氫工段留出了幾臺(tái)備用設(shè)備，給生產(chǎn)留下了更大的調(diào)節(jié)空間。其次，蒸汽合成爐使用無(wú)離子水，很大程度上緩解了石墨爐體結(jié)垢，可節(jié)省石墨爐體每年除垢清洗的費(fèi)用。同時(shí)，氯化氫副產(chǎn)蒸汽合成爐最大的優(yōu)點(diǎn)就是利用了氯氣與氫氣燃燒時(shí)放出的反應(yīng)熱，并將反應(yīng)熱轉(zhuǎn)變成低壓蒸汽，再以蒸汽做為冷凍站制冷的熱源。按現(xiàn)有氯化氫副產(chǎn)蒸汽合成爐低負(fù)荷的生產(chǎn)條件，單臺(tái)合成爐每小時(shí)可生產(chǎn)蒸汽約1.6 t，保守地按蒸汽成本120元/t計(jì)算，每天可節(jié)省費(fèi)用4 600余元，按單臺(tái)合成爐設(shè)備投資80萬(wàn)元計(jì)算，6個(gè)月就可收回成本，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。同時(shí)，氯化氫副產(chǎn)蒸汽合成爐也使能耗大大降低。

Operating summary on synthetic furnaceequipmentof hydrogen chlorideby-product steam

YANG Jian,GAOZi-jian,MIAOChun-bao
(Qingdao Haijing ChemicalCo.,Ltd.,Qingdao266042,China)

Production process,problemsexisting in operation and solutionsofsynthetic furnace equipmentof hydrogen chloride by-product steam was introduced.Synthetic furnace of hydrogen chloride by-product steam had bettereconomic and socialbenefits.

steam;hydrogen chloride;synthetic furnace;energy consumption

book=15,ebook=98

TQ124.2

B

1009－1785(2010)07－0015-03

2009-04-16