氯乙烯合成混合氣脫水石墨冷凝器的泄漏治理

夏汝焱 王 凌

（浙江巨化股份有限公司電化廠，浙江 衢州 324004）

經驗交流

氯乙烯合成混合氣脫水石墨冷凝器的泄漏治理

夏汝焱 王 凌

（浙江巨化股份有限公司電化廠，浙江 衢州 324004）

分析了電石法聚氯乙烯生產中，乙炔和氯化氫混合氣體脫水用浮頭列管式石墨冷凝器頻繁泄漏的原因，一是頻繁停車破壞了石墨列管中的冰層厚度與氣相物料之間的動態平衡，導致列管凍裂；二是氣相出口短節過短導致部分石墨列管在伸縮時受力較大而破裂。提出了預防和改進措施，盡量避免無計劃停車，新增DCS監測和視頻監控、安裝鹽水放凈管道、氣相出口短節更換為軟連接、改人工為自動控制放凝酸。實施后，取得較好效果。

氯乙烯；石墨冷凝器；泄漏；預防；改進

某公司電石法聚氯乙烯（PVC）生產車間中，脫去水分后相對干燥的乙炔和氯化氫混合氣體進入轉化器里進行合成反應得到氯乙烯（VC）?；旌蠚怏w脫水工序的浮頭列管式石墨冷凝器使用情況一直較好，但自2008年9月以來，冷凝器列管泄漏事故頻發，2006年1月至2008年8月2年多冷凝器共泄漏11次；而自2008年9月至2009年3月的7個月里泄漏20次，影響了生產的安全和穩定。因此必須找出事故原因，提出相應的預防及改進措施，降低冷凝器泄漏率。

1 混合脫水工藝簡介

混合脫水工藝流程簡圖見圖1。

由乙炔裝置送來的精制乙炔氣，經乙炔砂封除塵后進入乙炔預冷器，在乙炔預冷器中用0℃鹽水冷卻除去部分水分后，再進入氣水分離器進一步脫去部分水分，排出的水分去污水井，而乙炔氣與氯化氫裝置送來的干燥氯化氫通過流量計調節分子配比，使 n(HCl):n(C2H2)=1.04～1.10:1，進入混合器中混合，充分混合后的混合氣體再進入并列的3組6臺冷凝器中，2臺串聯成1組。

冷凝器的型號為 GH110-210，公稱直徑是1 100 mm，換熱面積210 m2，設計溫度是-20～130℃，管程和殼程設計壓力分別為0.2和0.3 MPa，是典型的石墨換熱容器。其夾套中通入-35℃鹽水對混合氣體進一步冷卻，通過冷卻使混合氣體中的大部分水分變成凝酸析出，最后帶有細小酸霧的混合氣體進入2臺串聯的酸霧過濾器中，其夾套也通以-35℃鹽水來保持溫度，經酸霧過濾器中的含氟硅油浸漬玻璃棉對酸霧進行捕集，得到相對干燥的乙炔和氯化氫混合氣體（水的質量分數控制在0.06%以下）。最后將干燥的混合氣體再送至轉化器進行合成得到VC。

2 泄漏原因分析

對2008年9月以后頻發的冷凝器列管泄漏事故進行分析，發現泄漏基本上都是在冷凝器開停車后發生的。受國際金融風暴的影響，PVC行業不景氣，為減少損失經常降低生產流量或停車，在生產上極不穩定，也就直接導致了冷凝器開停頻繁，而正是在冷凝器開停頻繁的狀況下引起了石墨列管頻繁泄漏，其具體原因有以下2點：

1)冷凝器的頻繁停車導致石墨列管因凍裂而泄漏。冷凝器殼程所用鹽水均是從底部進入，由上部流出；氣相從頂部進入，經列管由底部排出；氣相中所含的水分被冷凝后變成凝酸，由列管壁流下，至下封頭聚集，最后通過底部有放酸視鏡的排酸管定期排放到放酸缸中。

冷凝器殼程底部進入的是-28～-36℃的鹽水，石墨導熱系數是139 W/(m℃)，而碳鋼和不銹鋼在0℃時導熱系數是分別為52.3和16.3 W/(m℃)，石墨比常見金屬材料如碳鋼、不銹鋼的傳熱速度快，所以列管內壁的溫度是遠遠低于-18℃，而當其溫度低于-18℃時，附著于列管內壁的凝酸就會析出HCl·2H2O的結晶，即出現結冰現象，而且冰層沿列管向下越來越厚，自上而下呈錐形分布。

在正常開車狀態下，冰層厚度與氣相物料達到動態平衡，不至于堵塞整個列管。但是冷凝器一旦停車，列管內壁的冰層厚度與氣相物料之間的動態平衡就被破壞，列管上部冰層在停車期間就會不斷溶化向下流動，在流動過程中又由于殼程內是-28～-36℃的鹽水，所以在鹽水的冷卻作用下向下流動的酸水在列管下部又被凍結堵塞，填滿冰層錐體，進而凍裂列管造成泄漏。

2）冷凝器開停頻繁使石墨列管在溫度變化較大時有一定量的伸縮，但氣相出口短節過短導致部分石墨列管在伸縮時受力較大而破裂。

冷凝器是由不透性石墨換熱管與上、下管板用粘接劑粘接組成管束，置于鋼制圓筒殼體內，其中上管板是固定的，下管板與圓筒殼體間是用盤根密封的，可以浮動。上封頭是石墨材質，與筒體用螺栓聯接緊固；下封頭是鋼襯塑，與卡在筒體最下端的石墨錐形段上的卡環通過螺栓直接聯接緊固的。因此在冷凝器頻繁開停時，列管由于溫差較大就有一定量的伸長或收縮，于是下管板也就會上下浮動，但下封頭是與卡在筒體最下端的石墨錐形段上的卡環通過螺栓直接聯接緊固的，所以下封頭也會有一定的上升或下降。同理，與下封頭通過緊固螺絲相聯接的氣相出口短節也就隨之有一定的上升或下降。

如圖2，如果出口短節（長度為L）較長時，上升或下降的高度h相對L就基本可忽略不計；但如果短節較短，h相對L就較大，此時列管伸縮時受力也就很大。而在冷凝器配管安裝時，由于廠房的局限使其氣相去酸霧過濾器的出口短節過短，致使在冷凝器頻繁開停時部分列管就由于伸縮時受力較大而破裂，造成泄漏。

3 預防和改進措施

1)在生產管理方面，生產調度系統統籌安排生產，避免無計劃的停車，提高PVC生產系統的穩定性，通過減少系統的開停車次數來降低冷凝器的開停頻次；

2)對冷凝器新增DCS監測和視頻監控，即對氣相進出口溫度、壓力和底部放酸視鏡進行全程監控。一旦冷凝器列管結冰堵塞，那么DCS監測數據就會立即給出提示，即冷凝器出口溫度迅速上升、氣相進出口壓差立即增大，視頻將發現底部放酸視鏡無凝酸析出。一旦發現列管堵塞，冷凝器立即停止進鹽水和進混合氣來化冰，從而避免列管被凍裂；

3)給冷凝器安裝鹽水放凈管道。若停車時間較長，一般3 h就應放凈設備內的鹽水，防止列管上部酸水溶化后又在下部重新冰凍堵塞住列管，進而凍裂列管；

4)將冷凝器人工放凝酸的操作改為自動控制放酸，加大放酸密度，減少冷凝器內大量凝酸聚集，避免列管下部被凍結堵塞；

5)將冷凝器底部封頭上去酸霧過濾器的氣相出口短節更換為軟連接，使列管在溫差較大時伸縮變形不受過短的氣相出口短節限制而受力破裂。

4 結束語

采取上述針對性的措施后，冷凝器列管的泄漏情況明顯好轉，從2009年5月到12月的8個月里冷凝器列管僅泄漏了4次，既延長了冷凝器的運行時間，增加了系統的穩定性；同時，冷凝器列管泄漏次數較少后，其酸霧和鹽水的排放量就大大減少，較好地改善了生產和檢修環境。

Leakage Control for Graphite Condenser of Dehydrated Vinyl Chloride Gas Mixture

Xia Ruyan,Wang Ling

(Zhejiang Juhua Co.,Ltd.Electric Factory,Quzhou,Zhejiang 324004)

The usage condition of shell and tube floating head graphite condenser used for vinyl chloride gas mixture dehydrating during the production of calcium carbide method-PVC is introduced.Mixed dehydration process is briefly summarized.The basic parameters of the used condenser is described.The cause of frequently leaks on graphite tube on the condition of frequently condenser start-stop is analyzed and corresponding prevention and improvement measures for controlling leakage is put forward.Good results after its implementation are achieved.

chloroethylene;graphite condenser;leakage;prevention;improvement

TQ222.4+23

BDOI10.3969/j.issn.1006-6829.2010.02.017

2010-01-25；

2010-02-25