副產蒸汽氯化氫合成爐的選用及點火控制程序

王菊花，盛世奎，楊 展，蔡海彥

（中國平煤神馬集團開封東大化工有限公司，河南 開封 475003）

中國平煤神馬集團開封東大化工有限公司于2007年10月新建5臺普通氯化氫石墨合成爐，裝置生產能力為30 t氯化氫/d。為了有效利用合成反應產生的熱量，提高氯化氫合成爐自動化控制水平，2010年，引進二合一副產蒸汽氯化氫合成爐系統（120 t氯化氫/d）1套，替代原有的4號普通氯化氫合成爐，該裝置于2010年7月一次試車成功。

1 氯化氫合成爐副產蒸汽的基本原理及選用

氯氣與氫氣反應生成氯化氫時釋放出大量反應熱，合成1 kg氣態氯化氫放2 502 kJ熱量，這些熱量相當可觀，完全可以用來副產蒸汽。

對于氯化氫合成中的熱能利用，國內主要有2種方法：一種是鋼制水夾套氯化氫合成爐副產熱水，這種合成爐在爐頂部和底部容易受腐蝕，因此，使用壽命較短；另一種是石墨制氯化氫合成爐，由于石墨是非金屬脆性材料，受強度和使用溫度的限制，只能副產熱水或0.2～0.3 MPa壓力的蒸汽，在副產蒸汽時，石墨爐筒作為產汽的受壓部件，安全上存在一定隱患，熱能利用率只能達到30%～40%。采用以上2種方法副產的熱水或低壓蒸汽應用范圍較小，工業價值不高。

該公司引進的副產蒸汽氯化氫合成爐在熱能利用方面克服了以上缺點，在合成爐的高溫段，使用鋼制水冷壁爐筒，以提高強度；在合成段頂部和底部采用石墨材料制作，以提高其耐腐蝕性。該設備的熱能利用率可達70%，副產蒸汽壓力可在0.2～1.4 MPa間任意調節，工業價值較高。

2 副產蒸汽氯化氫合成爐系統工藝流程簡介

來自氯氣緩沖罐的氯氣或氯氣液化尾氣和來自氫氣緩沖罐的氫氣，分別經流量調節閥控制一定比例的流量經過阻火器進入氯化氫合成爐底部燃燒器。在燃燒器中，氯氣和氫氣進行混合燃燒生成氯化氫氣體，氣體向上流經副產蒸汽氯化氫合成爐上部冷卻器冷卻后，輸送到分配臺，分別再送至5臺氯化氫吸收裝置。

軟水貯罐的軟水經軟水泵加壓至1.2 MPa以上后，送至蒸汽發生汽包，出來的軟水下降進入預熱器后，再進入副產蒸汽氯化氫合成爐蒸汽發生段與氯化氫氣體熱交換，回收氯化氫氣體的燃燒反應熱量，降低氯化氫氣體的溫度，產生蒸汽壓力為0.8 MPa以上蒸汽并入公司蒸汽管網中。

排污罐為運行輔助設備。汽包內的軟水經過不斷蒸發后，水中夾帶的少量鹽分不斷濃縮，達到一定濃度時，會使水冷壁爐鋼管內壁產生結垢影響設備運行，需要通過排污罐排除部分含高濃度鹽的軟水，使汽包內水中含鹽量維持在較低的水平。

預熱器是一臺列管換熱器，設置在汽包回水與爐筒進水管之間，開車時，用來預熱系統內軟水，停車期間，用來保持鋼制爐筒溫度維持在90℃，防止產生冷凝酸腐蝕。

3 副產蒸汽氯化氫合成爐的效益

（1）熱能利用率高。120 t氯化氫/d的副產蒸汽氯化氫合成爐滿負荷運行時，每小時可產生約三噸蒸汽，每噸蒸汽價以190元，年生產時間按8 000 h，該合成爐每年生產蒸汽產生的效益為456萬元。

（2）節約用電。該合成爐滿負荷運行時，每小時產出的熱量為12.51×106kJ，這部分熱量的68%左右被副產蒸汽帶走，若以循環冷卻水的方式換熱，則需消耗340 t/h的循環水量 （循環冷卻水溫升按6℃計），則循環水裝置約需配置60 kW的動力電，電價按0.5元/kW·h計，每年可節約電費約24萬元。

（3）實現了自動化控制，使氯化氫生產的安全性、可靠性大幅提高。副產蒸汽合成爐實現了可靠的遠程自動點火、完善的過程自動控制及安全的連鎖保護系統。實現了從點火開車、過程控制到停車的全過程的DCS操作，大大提高了裝置的自動化控制水平及本質安全。

4 副產蒸汽合成爐點火控制程序

（1）DCS系統給合成爐可以點火信號，此時，合成爐允許點火燈亮。

（2）手動按下點火控制柜點火啟動按鈕。

（3）合成爐充氮開關閥打開（充氮指示燈亮）合成爐進行充氮。

（4）合成爐充氮2.5 min時，高壓點火裝置上的點火空氣開關閥打開（點火空氣指示燈亮）合成爐進入空氣。

（5）充氮完成后，合成爐充氮開關閥關閉（充氮指示燈亮滅）。

（6）此時，進行高壓點火（高壓電火指示燈亮）。

（7）高壓點火裝置上的點火氫氣開關閥打開（點火氫氣指示燈亮），合成爐進入氫氣。

（8）高壓點火斷（高壓點火指示燈滅）。

（9）點火氫氣開關閥打開，點火氫氣指示燈亮；點火空氣開關閥打開，點火空氣指示燈亮；高壓點火，高壓電火指示燈亮，三燈同亮。

（10）高壓點火裝置上的點火氫氣開關閥打開（點火氫氣指示燈亮）后，高壓點火斷（高壓電火指示燈滅），進爐主路氫氣（開關閥）打開+旁路（開關閥）打開（進爐主路氫氣（開關閥）+旁路（開關閥）燈亮），約2 s后，進爐氯氣開關閥打開+旁路開關閥打開（進爐氯氣（開關閥）+旁路（開關閥）燈亮）。

（11）四者同亮約2 s。當火焰監視系統監視到火焰信號，進合成爐氫氣調節閥+氯氣調節閥上的電磁閥打開（進合成爐氫氣調節閥+氯氣調節閥燈亮）。

（12）完成以上步驟后，爐運行成功，火焰監視系統上可以看到小火焰。

（13）爐運行成功后，方可進行爐的運行量的人工調整。

（14）如火焰監視系統未監視到火焰信號（合成爐的引火及高壓點火火焰），合成爐程序不再往下運行，合成爐點火失敗（合成爐點火失敗燈亮），同時，合成爐充氮保護指示燈亮，合成爐充氮開關閥打開，對合成爐進行充氮，保護合成爐的安全。

5 副產蒸汽合成爐點火柜點爐程序關鍵點

（1）高壓點火與進爐氫氣重合時間在合成爐安全點火范圍內盡量延長，高壓點火燈亮時，點火氫氣燈亮，點火氫氣燈、點火空氣燈、高壓點火燈三者同步應維持 2.0～3.0 s。

（2）進爐主路氫氣（開關閥）+旁路（開關閥）燈亮 1.0～2.0 s，進爐氯氣（開關閥）+旁路（開關閥）燈亮。在進爐主路氫氣（開關閥）+旁路（開關閥）燈亮時，高壓點火燈熄滅。

（3）進爐主路氫氣（開關閥）+旁路（開關閥）燈亮、進爐氯氣（開關閥）+旁路（開關閥）燈亮、點火空氣燈亮、點火氫氣燈亮，四者同亮應維持1.0～2.0 s。

（4）完成上述程序后，進爐氫氣調節閥、氯氣調節閥開。進爐氫氣調節閥、氯氣調節閥燈亮，此時，合成爐才可進行加量調整。

6 造成合成爐點火失敗的原因及解決措施

（1）點火柜點火程序死機PLC程序起來運行。一般情況下，關閉點火柜控制電源10 min后，再送電即可恢復。

（2）未滿足以下工藝條件：

a.氮氣壓力＜0.35 MPa；

b.壓縮空氣壓力＜0.55 MPa；

c.儀表氣壓力＜0.55 MPa；

d.壓縮空氣含氧量＜18.5%；

e.工藝要求的氫氣、氯氣、爐中氫、氯中氫等其他指標不合格。

需檢查各控制點滿足規定的工藝要求。

（3）檢查并保持自控系統的閥門控制靈活性，主要為：a.點火空氣開關閥；b.點火氫氣開關閥；c.充氮開關閥；d.進爐氫氣主路開關閥+旁路開關閥；e.進爐氯氣主路開關閥+旁路開關閥。

要求開車前要手動檢查一遍。進爐氯氣主路開關閥+旁路開關閥要活動多次，方可投入使用。

（4）進爐氫氣調節閥+氯氣調節閥要手動檢查其開度及靈活性，可進行零、50%、100%來回2個行程實驗。

（5）利用合成爐抽負壓情況、往合成爐內充氮氣、空壓氣等形式，檢查其工藝管線的通透情況，保證管路暢通。

（6）限流孔板裝置堵塞。在開車前拆下以下裝置并檢查，清理干凈后裝上備用。a.點火空氣限流孔板裝置；b.點火氫氣限流孔板裝置；c.進爐氫氣旁路限流孔板裝置；d.進爐氯氣旁路限流孔板裝置；e.進爐氮氣限流孔板裝置。

（7）檢查進爐氫氣阻火器，點火氫氣阻火器是否阻塞。

（8）火焰監視裝置是否靈敏、監視棒是否污染。

a.檢查監視棒是否有銹蝕性的物質，清理掉。

b.用外部火焰（如打火機火焰）檢查火焰傳感器的靈敏度。

（9）高壓點火裝置

a.高壓點火裝置內是否有酸性物（液體或固體）；

b.高壓點火裝置上高壓點火電極處絕緣中阻是大于10 MΩ；

c.高壓點火裝置上高壓點火變壓器是否損壞，有點火信號時，高壓點火處是否有電弧發生、在接線處用電筆測試電筆氖泡發光；

d.高壓點火裝置上高壓點火處（電子撤弧處）是否在電極頂部，不可在根部處打火；

e.高壓點火裝置上打火電極頂部石墨頭電極是否損壞；

f.高壓點火裝置上的石英玻璃管是否損壞。

（10）石墨合成爐下的燈頭是否開裂。燈頭開裂導致氫氣、氯氣上不去，可使點不著火。

（11）點火時，爐內正壓偏大可致電火不成功。點火時，一般為微負壓或微正壓。

（12）二合一點火柜內各狀態繼電器（指示燈）無輸出（繼電器塤壞）。

（13）點火柜內PLC程序、火焰傳感放大器（把點火信號及火焰監視器放大轉換成電信號4～20 mA一路輸出給點火柜內的PLC系統，另一路給主控室DCS系統）、24V穩壓電源損壞可致合成爐點火失敗。

（14）DCS系統上工藝指標連鎖未解除，特別是，火焰檢測連鎖不可提前投入，否則DCS系統點火信號送不出，點火柜無法啟動點火按鈕。

（15）點火空氣（工藝壓縮空氣）和儀表氣路管路因腐蝕而造成管路不暢。

7 針對合成爐維護的幾點建議

（1）工藝管線及設備上的排污閥，定期進行排污，特別是汽包和循環水的排污。

（2）凈化儀表氣源、工藝氣源。

（3）定期對各監控系統進行維護，包括儀表設備工藝管線上的調節閥門。

（4）不在點火柜近處使用對講機，避免對PLC、高壓點火放大器造成電磁干擾或至PLC死機。

（5）在DCS柜內增加1個正壓氣源，保證DCS柜內模塊不被腐蝕。