副產(chǎn)蒸汽氯化氫石墨合成爐設(shè)計(jì)及應(yīng)用

董君林，劉明生

（浙江巨化集團(tuán)錦華新材料股份有限公司，浙江 衢州 324004）

巨化集團(tuán)公司下屬的浙江錦華新材料股份有限公司中壓蒸汽年用量為50萬t以上，均來自熱電廠蒸汽管網(wǎng)。該項(xiàng)目實(shí)施后可減少合成氯化氫過程中的循環(huán)水用量，降低風(fēng)機(jī)、循環(huán)水泵電耗，同時(shí)副產(chǎn)的蒸汽直接用于其他車間的生產(chǎn)。將氯化氫石墨合成爐產(chǎn)生的熱能進(jìn)行利用，得到副產(chǎn)中壓蒸汽實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。在不可再生能源日益短缺，水、電、蒸汽價(jià)格不斷上漲的形勢下，利用生產(chǎn)過程的余熱，將氯化氫石墨爐反應(yīng)熱轉(zhuǎn)化為蒸汽用于生產(chǎn)，符合國家提出的節(jié)能減排要求。

1 方案設(shè)計(jì)

1.1 工藝流程敘述

氯化氫發(fā)生工藝流程見圖1。

來自總管的氯氣、氫氣經(jīng)過流量調(diào)節(jié)后，進(jìn)入蒸汽爐底部燈頭混合燃燒生成氯化氫氣體，合成的氯化氫氣體，下部經(jīng)石墨冷卻段與循環(huán)水熱交換，上部經(jīng)鍋爐段與軟水熱交換，經(jīng)鍋爐段冷卻后的氯化氫氣體再進(jìn)入上部石墨冷卻段用循環(huán)水進(jìn)一步冷卻至65℃以下，然后，進(jìn)入二冷用冷凍鹽水冷卻至0～-8℃，最后，氯化氫進(jìn)入總管并入分配臺(tái)，經(jīng)分配臺(tái)送至制酸系統(tǒng)或其他生產(chǎn)裝置。

來自外車間的軟水進(jìn)入軟水槽，經(jīng)軟水泵加壓送至汽包，汽包內(nèi)的軟水通過下降管經(jīng)蒸汽預(yù)熱器，進(jìn)入蒸汽爐鍋爐段與氯化氫氣體熱交換，軟水吸收熱量，部分汽化成蒸汽匯集進(jìn)入汽包，汽包內(nèi)蒸汽經(jīng)調(diào)節(jié)閥減壓后并入蒸汽管網(wǎng)或送至專用用戶管網(wǎng)。

1.2 改造技術(shù)方案

該項(xiàng)目擬將生產(chǎn)能力小（40 t/d）、設(shè)備投用率極低的6#氯化氫合成爐拆除，騰出的位置布置產(chǎn)能為120 t/d的副產(chǎn)蒸汽氯化氫石墨合成爐，利用原有的廠房設(shè)施適當(dāng)加以加固改造，布置蒸汽包等設(shè)備。6#爐騰出的儀表檢測點(diǎn)等DCS控制系統(tǒng)供副產(chǎn)蒸汽爐使用，副產(chǎn)蒸汽爐采用自動(dòng)點(diǎn)火方案，DCS系統(tǒng)不足部分增加配置。

圖1 氯化氫發(fā)生工藝流程示意圖

（1）公用系統(tǒng)

a.水、氣（汽）

本項(xiàng)目不直接消耗工業(yè)水，采用循環(huán)水冷卻，最大用量約250 m3/h，可由氯化氫合成循環(huán)水裝置提供。產(chǎn)蒸汽所使用軟水，最大用量約10 m3/h，由該公司三車間提供。開車時(shí)使用少量蒸汽預(yù)熱合成爐鍋爐段，用量可忽略不計(jì)。

b.電力供應(yīng)

軟水泵2臺(tái)，總功率約50 kW，現(xiàn)有氯化氫合成配電室可滿足用電要求。

c.DCS控制系統(tǒng)

6#石墨合成爐退出后，現(xiàn)有DCS控制系統(tǒng)已不能滿足新上合成爐的控制要求，需擴(kuò)容。

（2）主要設(shè)備

主要設(shè)備見表1。

（3）安全與環(huán)境保護(hù)

副產(chǎn)蒸汽氯化氫石墨合成爐主體仍為氯化氫合成爐，與原有氯化氫合成爐的安全裝置一致，設(shè)置相關(guān)火焰熄滅連鎖、氫氣壓力低連鎖、氫氯配比連鎖等較完善的安全連鎖裝置，并實(shí)施安全可靠的自動(dòng)點(diǎn)火系統(tǒng)。在鍋爐系統(tǒng)設(shè)置安全放空系統(tǒng)，并設(shè)置水位低保護(hù)合成爐連鎖保護(hù)等安全連鎖裝置。

表1 主要設(shè)備表 臺(tái)

本項(xiàng)目不產(chǎn)生環(huán)境污染。

（4）效益估算

按1 t氯化氫副產(chǎn)0.7 t中壓蒸汽，氯化氫產(chǎn)能為120 t/d，年生產(chǎn)330天，1 t中壓蒸汽150元（不含稅）計(jì)，年可產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益：0.7×120×330×150=415.8（萬元）。

投資回收期為：450÷415.8=1.08（年）。

2 副產(chǎn)蒸汽氯化氫石墨合成爐水壓實(shí)驗(yàn)

2.1 水壓試驗(yàn)前的檢查和準(zhǔn)備工作

（1）關(guān)閉：汽包上面的飽和蒸汽出口閥、放空手動(dòng)閥、2個(gè)備用口閥門。

（2）開啟軟水泵進(jìn)出口閥、汽包壓力表根部閥；汽包安全閥處于工作狀態(tài)、汽包水位計(jì)投用（汽、水閥開啟）。

（3）汽包連續(xù)排污一次閥開啟，二次閥關(guān)閉；汽包連續(xù)排污爐水取樣閥關(guān)閉，間斷排污爐水取樣閥開啟。

（4）汽包間斷排污一次閥開啟，二次閥關(guān)閉。

2.2 鍋爐上水

（1）確認(rèn)汽包軟水上水閥關(guān)閉，打開軟水泵。

（2）微開汽包上水閥，向汽包上水；手動(dòng)控制汽包上水，保持水位正常；在上水過程中，發(fā)現(xiàn)泄漏，及時(shí)處理。

（3）使用軟水泵出口手動(dòng)閥控制上水流量，冬季≤15 t/h；夏季≤20 t/h。

（4）當(dāng)間斷排污爐水取樣閥看見水后停止上水，降低給水壓力，關(guān)閉爐水取樣閥，關(guān)閉軟水進(jìn)口氣動(dòng)閥。

2.3 升壓

（1）檢查確認(rèn)汽包上的壓力表指示正常，緩慢開啟汽包軟水進(jìn)口閥，控制升壓速度≤0.3 MPa/min。

（2）當(dāng)汽包壓力表指示達(dá)到1.0 MPa時(shí)，關(guān)閉軟水進(jìn)口閥，檢查汽包承壓部件及蒸汽爐鍋爐段有無泄漏，如果發(fā)現(xiàn)有泄漏，應(yīng)進(jìn)行泄壓處理。

（3）開啟汽包軟水進(jìn)口閥，以≤0.3 MPa/min的升壓速度將汽包壓力升到工作壓力，關(guān)閉汽包軟水進(jìn)口閥，停止汽包上水。注意加強(qiáng)壓力監(jiān)測，做好超壓后的泄壓準(zhǔn)備。

（4）確認(rèn)汽包停止上水后，5 min內(nèi)壓力下降≤0.2 MPa；維持汽包壓力，檢查漏點(diǎn)及濕潤現(xiàn)象。

2.4 超水壓試驗(yàn)

（1）確認(rèn)鍋爐水壓試驗(yàn)合格后，關(guān)閉汽包水位計(jì)汽、水閥門，拆除水位計(jì)、安全閥。

（2）緩慢微開上水閥，以≤0.1 MPa/min的速度將汽包壓力升至1.25倍的工作壓力，維持5 min，注意加強(qiáng)壓力監(jiān)視，做好超壓后的泄壓準(zhǔn)備。

（3）關(guān)閉鍋爐汽包軟水進(jìn)口閥，開啟連續(xù)排污二次閥，將汽包壓力緩慢降至工作壓力。

（4）對(duì)鍋爐系統(tǒng)各承壓部件進(jìn)行檢查，受壓元件金屬壁和焊縫上應(yīng)無水珠和水霧，脹口不滴水珠，目測無殘余變形。

2.5 泄壓放水

（1）打開汽包水位計(jì)汽、水閥門，水位計(jì)投用。（2）打開汽包間斷排污閥進(jìn)行排水。

（3）在汽包水位計(jì)見水后，注意觀察液位高度，控制汽包水位降至40%處。

（4）打開軟水進(jìn)預(yù)熱器排水閥，排凈鍋爐系統(tǒng)內(nèi)的水。

（5）確認(rèn)水壓試驗(yàn)合格后，聯(lián)系保運(yùn)封閉鍋爐人孔。

2.6 如何防止水壓試驗(yàn)過程中出現(xiàn)超壓現(xiàn)象

（1）應(yīng)認(rèn)真檢查壓力表的投用情況。

（2）確保閥門靈活好用，如果是氣動(dòng)閥，要保證氣源可靠，壓力充足。

（3）試驗(yàn)過程中，要由專業(yè)人員指揮，專人負(fù)責(zé)升壓速度控制。

（4）起壓后，應(yīng)關(guān)小進(jìn)水閥，并控制升壓速度為≤0.3 MPa/min。

（5）升壓到汽包正常工作壓力的70%時(shí)，應(yīng)放慢升壓速度，并做好防超壓的安全措施。

2.7 水壓試驗(yàn)合格的標(biāo)準(zhǔn)

（1）在試驗(yàn)壓力下保持5 min，壓力下降不超過規(guī)定值。

（2）在承壓元件金屬壁和焊縫上，沒有水珠或水霧。（3）降到工作壓力后，脹口和鉚縫處不漏水珠。（4）水壓試驗(yàn)后，承壓元件沒有發(fā)現(xiàn)殘余變形。

2.8 注意事項(xiàng)

（1）在升壓過程中，應(yīng)停止?fàn)t本體內(nèi)、外的一切檢修作業(yè)，升壓前，必須檢查爐內(nèi)是否有人，確認(rèn)無誤后方可進(jìn)行升壓操作。

（2）升壓、降壓的速度一般不超過≤0.3 MPa/min；升到1.25倍工作壓力的速度為0.1 MPa/min。

（3）試壓過程中如果發(fā)現(xiàn)承壓部件有滲漏現(xiàn)象，且水壓還在繼續(xù)上升時(shí)，檢查人員不得靠近滲漏點(diǎn)，待停止升壓后，滲漏沒有擴(kuò)展，方可進(jìn)行仔細(xì)檢查。

（4）進(jìn)行超水壓試驗(yàn)時(shí)，在保持試驗(yàn)壓力確認(rèn)5 min內(nèi)，不準(zhǔn)進(jìn)行任何檢查工作，待壓力降到工作壓力后，方可進(jìn)行全面檢查。

（5）超水壓試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)將安全閥、水位計(jì)拆除，以免損壞。

3 對(duì)蒸汽爐鍋爐系統(tǒng)進(jìn)行清洗、煮爐

3.1 煮爐的目的

蒸汽爐試車前或長期停車后再開車前，需要清洗、煮爐，除去蒸汽爐鍋爐系統(tǒng)設(shè)備、管道內(nèi)的鐵銹、油脂、污垢和堿性氧化物。防止鍋爐設(shè)備、管道因受熱面過熱而氧化或腐蝕。因此，用堿性磷酸鈉煮爐，蒸煮可在鍋爐系統(tǒng)設(shè)備、管道內(nèi)形成磷酸鐵保護(hù)涂層，保護(hù)設(shè)備、管道。

3.2 煮爐藥劑的配制

鍋爐水：4.5 m3；

15%水合肼：0.5 L；

商品磷酸鈉：2.5 kg；

氫氧化鈉：5 kg。

3.3 煮爐操作

煮爐操作前必須進(jìn)行清洗，爐水從預(yù)熱器底部排凈閥和汽包排污閥排出，以吹除焊渣等雜質(zhì)。

（1）煮爐準(zhǔn)備

a.檢查鍋爐汽包水位計(jì)完好、準(zhǔn)確，軟水進(jìn)汽包調(diào)節(jié)閥完好，汽包排空管、放空閥完好，安全閥校驗(yàn)完好并定壓。

b.檢查預(yù)熱器完好，預(yù)熱器加熱蒸汽調(diào)節(jié)閥靈活好用，鍋爐段底部溫度顯示準(zhǔn)確。

c.軟水槽清洗干凈，液位計(jì)指示準(zhǔn)確，軟水泵完好，泵進(jìn)出口閥開關(guān)良好。

d.與送軟水6 m3至貯槽。

e.打開汽包放空閥，打開軟水進(jìn)汽包調(diào)節(jié)閥，開啟軟水泵將4.5 m3軟水打入汽包，加軟水后，停軟水泵，并補(bǔ)充軟水槽水位。

f.打開汽包頂部預(yù)留閥門將煮爐藥劑（水合肼、商品磷酸鈉、氫氧化鈉）依次加入汽包中，然后，封住人孔蓋。

g.排出預(yù)熱器冷凝水，檢查鍋爐系統(tǒng)壓力表完好，并準(zhǔn)備記錄。

（2）煮爐

a.打開預(yù)熱器蒸汽加熱閥，通過預(yù)熱器加熱，使?fàn)t水循環(huán)，當(dāng)蒸汽系統(tǒng)溫度達(dá)到100℃時(shí)，有蒸汽由汽包放空管排出，放空5 min后，關(guān)閉放空閥。開啟軟水泵，補(bǔ)充給水，保持水位。

b.當(dāng)汽包蒸汽壓力為0.20～0.30 MPa時(shí)，保持6 h，然后，通過打開汽包連續(xù)排污閥，使壓力降至0.10～0.20 MPa，再小心打開汽包至排污罐的手動(dòng)排污閥，把爐水排至槽車，爐水通過槽車運(yùn)至清污分流C類池排放。

c.當(dāng)鍋爐壓力降至0.10～0.20 MPa時(shí)，可開始按上述步驟第二次煮爐。

d.二次煮爐結(jié)束后，放凈鍋爐水，清除所有泥狀沉積物，檢查內(nèi)部涂層合格后可進(jìn)軟水進(jìn)行下一步開車操作。

e.在煮爐的同時(shí)，調(diào)校鍋爐系統(tǒng)的儀表、調(diào)節(jié)閥、液位計(jì)等。

（3）煮爐完畢，用管網(wǎng)蒸汽倒入對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行試壓、試漏，合格后，關(guān)閉蒸汽系統(tǒng)所有手動(dòng)閥及氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥。

（4）慢慢打開低壓蒸汽管網(wǎng)留頭閥門，并確認(rèn)關(guān)閉疏水器旁路閥，打開疏水器主路閥，將蒸汽外管預(yù)熱20 min以上。

（5）將軟水槽液位加至50%～80%；稍稍打開汽包放空閥。

（6）啟動(dòng)軟水泵，確認(rèn)出口壓力≥1.3 MPa，打開軟水進(jìn)汽包調(diào)節(jié)閥，使汽包的液位在35%左右，停軟水泵。

（7）開預(yù)熱器加熱蒸汽調(diào)節(jié)閥前的手動(dòng)閥，放掉預(yù)熱器蒸汽冷凝水。打開預(yù)熱器加熱蒸汽調(diào)節(jié)閥，開始加熱汽包的軟水。

（8）鍋爐段底部溫度達(dá)到110～120℃，汽包壓力達(dá)到0.05～0.1 MPa時(shí)，蒸汽系統(tǒng)內(nèi)氧氣排放完畢，關(guān)閉汽包放空閥。

（9）鍋爐段底部溫度溫度升到130℃時(shí)，蒸汽爐鍋爐系統(tǒng)開車前準(zhǔn)備完畢，開啟軟水泵。

（10）調(diào)節(jié)軟水進(jìn)汽包調(diào)節(jié)閥，當(dāng)汽包水位高于60%時(shí)，微開汽包連續(xù)排污閥，將爐水排入排污罐。液位穩(wěn)定至50%后，軟水進(jìn)汽包調(diào)節(jié)閥投入自動(dòng)。并將蒸汽壓力高、汽包水位低連鎖投用。

4 副產(chǎn)蒸汽氯化氫石墨合成爐開車步驟

（1）DCS操作工打開合成爐流程圖，點(diǎn)擊“運(yùn)行”按鈕，并點(diǎn)擊“點(diǎn)火確認(rèn)”按鈕。

（2）現(xiàn)場操作工接到點(diǎn)爐通知后，待現(xiàn)場“允許點(diǎn)火”指示燈亮后，按下“開始點(diǎn)火”按鈕，點(diǎn)火程序自動(dòng)控制整個(gè)點(diǎn)火過程，點(diǎn)火成功后，“點(diǎn)火成功”燈亮。

（3）如點(diǎn)火失敗，則“點(diǎn)火失敗”燈亮，需分析原因。

（4）點(diǎn)火成功后，調(diào)節(jié)氫氣調(diào)節(jié)閥開度，提高氫氣流量。注意觀察火焰顏色變化，保持火焰為蒼白后。

（6）分析氯化氫純度達(dá)到85%左右，適當(dāng)關(guān)小水流泵準(zhǔn)備切換氯化氫進(jìn)系統(tǒng)。

（7）關(guān)閉水流泵。當(dāng)鍋爐段底部溫度超過140℃時(shí)，打開汽包放空閥2 min，以排出蒸汽系統(tǒng)的空氣和氧氣。

（8）調(diào)節(jié)出汽包蒸汽調(diào)節(jié)閥，使汽包蒸汽壓力控制為0.50～0.60 MPa，壓力穩(wěn)定后，出汽包蒸汽調(diào)節(jié)閥投入自動(dòng)。

（9）調(diào)節(jié)循環(huán)水流量，使氯化氫出口溫度≤65℃。設(shè)定鍋爐段底部溫度為170℃，預(yù)熱器加熱蒸汽調(diào)節(jié)閥投入自動(dòng)。

（10）對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行一次全面的檢查，正常后，按氯、氫配比，慢慢提量至所需范圍，按下蒸汽爐運(yùn)行指示按鈕，通知相關(guān)工序。

5 副產(chǎn)蒸汽氯化氫石墨合成爐運(yùn)行小結(jié)

在副產(chǎn)蒸汽氯化氫石墨合成爐在試運(yùn)行的基礎(chǔ)上，將運(yùn)行過程中存在的問題進(jìn)行了相應(yīng)的整改，增設(shè)了蒸汽混合器。經(jīng)試壓、試漏、吹掃合格后，于7月20日15：45點(diǎn)爐投用產(chǎn)氯化氫，17：00，關(guān)閉汽包放空閥蒸汽并網(wǎng)，至8月19日14：00共產(chǎn)蒸汽929 t。

5.1 合成爐正常生產(chǎn)狀況

在運(yùn)行期間，蒸汽爐產(chǎn)生的氯化氫氣體送PVC裝置生產(chǎn)，最大氯化氫量達(dá)到 2 000 Nm3/h，石墨爐氯氣流量為503～1 000 Nm3/h，氫氣流量為651～1 300 Nm3/h。

7月25日大夜班巡檢發(fā)現(xiàn)用于電視監(jiān)測的1只玻璃視鏡裂，于 2：00，停下處理，更換后，于10：45重新點(diǎn)爐投運(yùn)。

8月8日9：45，因點(diǎn)火裝置滲漏停爐檢修，檢修后，于當(dāng)天17：45重新點(diǎn)爐投用。

8月12日9：09，發(fā)現(xiàn)蒸汽爐鍋爐段與石磨段連接處有三氯化鐵結(jié)晶物，停爐檢修，更換墊片后，于8月17日10：50點(diǎn)爐投用；11：50，蒸汽并網(wǎng)。

8月18日10：45左右，DCS操作室出現(xiàn)火焰熄滅誤報(bào)警；11：22，蒸汽爐因火焰熄滅連鎖；17：45，點(diǎn)爐投用；至19日14：00時(shí)，火焰熄滅誤連鎖，原因待查，蒸汽爐火焰連鎖未投用。

5.2 原料氣供應(yīng)情況

運(yùn)行期間，蒸汽爐使用的原料氣由離子膜車間供應(yīng)。氯氣因有其他系統(tǒng)廢氣并入偶有波動(dòng)，氫氣壓力比較穩(wěn)定，未出現(xiàn)異常波動(dòng)情況，氯氣壓力為0.207～0.280 MPa，氫氣壓力為0.086～0.090 MPa。

5.3 石墨冷卻器鹽水供應(yīng)和冷卻效果

運(yùn)行期間使用2臺(tái)石墨冷卻器，出石墨冷卻器溫度初期－8～3℃，出現(xiàn)溫度偏高，系因2臺(tái)石墨冷卻器氯化氫分配不均，總的出口溫度達(dá)到指標(biāo)要求。由于產(chǎn)能為滿負(fù)荷的60%，還需要在滿負(fù)荷測試時(shí)進(jìn)一步了解現(xiàn)有石墨冷卻器降溫效果。

5.4 循環(huán)水供應(yīng)情況

運(yùn)行期間蒸汽爐的冷卻水用直通水，流量為100～170 m3/h，出一冷氯化氫溫度為24.5～27.9℃，符合工藝控制指標(biāo)要求≤65℃，因負(fù)荷不高，估計(jì)直通冷卻水量為50 m3/h即可滿足需要。

5.5 蒸汽產(chǎn)生情況

產(chǎn)出蒸汽并入低壓蒸汽網(wǎng)，管網(wǎng)壓力為0.49MPa左右，運(yùn)行期間，汽包壓力按0.64 MPa控制，實(shí)際壓力為0.608～0.709 MPa，蒸汽溫度為163～169℃，蒸汽流量為0.8～1.9 t/h。平均生產(chǎn)1 t氯化氫產(chǎn)出0.65 t左右蒸汽。

5.6 軟水補(bǔ)充情況

軟水槽液位需要定期補(bǔ)充，初期負(fù)荷低，軟水間斷補(bǔ)充，生產(chǎn)負(fù)荷提升后，至50%負(fù)荷，計(jì)控中心調(diào)整相關(guān)氣動(dòng)閥PID參數(shù)后，汽包軟水連續(xù)穩(wěn)定補(bǔ)充，汽包水位、壓力較穩(wěn)定。

5.7 鍋爐水情況

原料水為PVC車間提供的軟水，符合指標(biāo)要求。

爐水總堿度為0.54～1.87 mmol/L，低于指標(biāo)值，估計(jì)是煮爐時(shí)加的藥水在第二次運(yùn)行時(shí)有流失。爐水pH值為8.6～10.5，略偏低，原因與總堿度低的原因一樣。2個(gè)指標(biāo)的需跟蹤觀察。

5.8 自動(dòng)點(diǎn)火情況

從7月20日第一次化工投料到8月19日正式點(diǎn)火5次，均一次成功。

5.9 合成爐滿負(fù)荷測試

由于6＃蒸汽爐的氣動(dòng)閥及孔板流量計(jì)都從10＃石墨爐移位過來使用，在運(yùn)行期間，氯氣流量提至1 200 Nm3/h時(shí)就很難操作，流量波動(dòng)很大。8月15日，將氯氣管道從DN80改為DN125，換及孔板流量計(jì)更氯氣調(diào)節(jié)閥。

8月18日，對(duì)蒸汽爐進(jìn)行提量測試，氯氣流量、氫氣流量分別提至1 500 Nm3/h、1 900 Nm3/h；氯氣壓力、氫氣壓力分別提至0.215 MPa、0.087 MPa。

5.10 蒸汽爐提壓測試

在運(yùn)行期間二次對(duì)蒸汽爐汽包進(jìn)行提壓測試，汽包壓力從0.633 MPa提至1.35 MPa左右；蒸汽溫度從165℃升至198℃。

6 結(jié)論

通過合成氯化氫余熱副產(chǎn)中壓蒸汽項(xiàng)目的實(shí)施，在6#氯化氫合成爐位置上布置副產(chǎn)蒸汽氯化氫合成爐，運(yùn)行結(jié)果表明，既可提高氯化氫合成老裝置產(chǎn)能，又可副產(chǎn)蒸汽用于其他車間的生產(chǎn)，還降低了氯化氫合成循環(huán)水用量及電耗等生產(chǎn)成本。