除硝冷凍系統技術改造及運行總結

朱江軍，高志平，宋奎洋

（新疆天業化工有限責任公司，新疆 石河子 832012）

新疆天業化工有限責任公司膜法-冷凍除硝系統于2009年建成運行，該系統主要包括預處理單元，膜過濾單元，冷凍脫硝單元，經過3年的平穩運行，膜等關鍵設備開始老化，冷凍系統換熱效率逐漸降低，除硝能力逐漸下降，能耗增加。為了提高系統脫硝能力，降低能耗，計劃對冷凍系統進行技術改造，該項目于2012年12月立項，于2013年5月冷凍系統開車。

1 膜法除硝冷凍系統的主要特征

（1）在膜法-冷凍系統除硝過程中，冷凍系統是關鍵控制過程之一，冷凍的效果直接影響芒硝的脫出效果。淡鹽水中主要成分為氯化鈉和硫酸鈉，在長期低溫運行過程中，氯化鈉會逐漸析出結晶，造成設備管線堵塞，影響處理能力和換熱效率，因此，控制鹽水溫度在合適的區間對冷凍系統的平穩運行至關重要，沉降器溫度一般控制在-7 ℃左右。

（2）冷凍過程消耗大量冷量，合理利用冷量可以降低能耗、節約成本。在低硝液送往化鹽崗位前與淡鹽水換熱，離心母液水直接回沉降器，減少冷量損失。該過程能量消耗大，冷量損失嚴重，降低能耗，實現清潔生產是項目的重點方向。

2 項目的主要內容

（1）沉降器內部結構優化改造。改造原有沉降器簡單的內部結構，安裝斜板，在斜板的作用下，沉降器內部被隔成更多單元，縮短芒硝的沉淀時間，增大沉淀面積，提高芒硝的沉降效果。

（2）更換換熱器。原有列管式換熱器占地面積大、滲漏嚴重、沖洗不便、難以維修，現更換為山東布萊恩公司的寬流道板式換熱器，該換熱器具有流通量大、不易結晶、清洗時間短的特點。

（3）新增6臺切斷閥及變頻設備。在換熱器冷凍鹽水、低硝鹽水、清洗水管線的進出口等處分別增加1臺切斷閥，在DCS 控制下，切斷閥自動轉換閥門狀態，沖洗水泵、冷凍循環泵自動啟停，實現鹽水循環板換的自動下線清洗，自動上線運行的功能。

（4）更換管線材質。原有管線為鋼襯塑管線，因在列管式換熱器至沉降器管線沖洗過程中，需用蒸汽或者蒸發冷凝水，在高溫作用下，管壁襯塑易脫落，管線腐蝕，出現滲漏。現管線全部更換為鋼骨架管線，鋼骨架管線具有很好的耐腐蝕性。

（5）新增離心母液罐和離心母液泵，離心母液被重新送回沉降器內，母液中的芒硝顆粒被進一步冷卻沉降，避免帶入低硝鹽水罐而在罐內沉積堵塞低硝泵。低硝罐無需頻繁清洗，降低勞動強度。

3 項目實施前后工藝對比

項目在工藝上的改造主要體現在優化管線材質和縮短冷凍循環系統中管線長度，減少冷量損失，實現節能降耗。沉降器冷凍循環管線由經低硝鹽水罐再回沉降器的55 m 減少到沉降器自循環的20 m。換熱鹽水量也減少了約四十立方米，進入低硝鹽水罐的鹽水不再進行冷凍降溫，也減少了鹽水化鹽時再升溫的熱量消耗，能量利用更合理，原流程示意圖見圖1，項目實施流程示意圖見圖2。

圖2 項目實施流程簡圖

經兌鹵槽冷凍后的濃硝鹽水pH 值為9～11，溫度約為十五攝氏度，進入沉降器，在沉降器內部進行斜板沉降，上層低硝鹽水進入低硝鹽水罐，送至化鹽崗位循環使用。沉降器上部部分低硝鹽水經循環泵送至寬流道板式換熱器與冷凍鹽水進行換熱，之后，回到沉降器，構成冷凍循環回路。在沉降器錐形部位，芒硝晶體顆粒逐漸長大，濃縮液中芒硝顆粒沿桶內擋板下降到錐形桶底部出口，而分離出芒硝的低硝液上升到沉降器上部，進行循環冷凍。沉降器錐形底部的固含量較高的硝泥由錐底排出后自流到離心機中進行脫硝包裝，得到硫酸鈉質量分數低于60%的芒硝。離心母液水收集到母液水罐，經母液水泵送回沉降器，這樣，大大縮短了工藝管線長度，減少了冷量的損失，有利于提高沉降效率。換熱器的清洗采用DCS 自動控制，與壓力和時間連鎖，實現了自動下線清洗，自動上線運行的功能。

4 項目實施效果及效益分析

4.1 實施效果

實施前，由于冷凍效果不佳，過濾鹽水硫酸根含量基本保持在3.0 g/L 以上，最低值僅為2.4 g/L，在原鹽質量情況不是很好的情況下，系統內硫酸根富集到一定濃度時會對離子膜造成嚴重影響。項目實施后，2013年5月12日開車運行以來過濾鹽水硫酸根最低值為1.75 g/L，且至今穩定在1.8～2.0 g/L，系統內硫酸根含量下降約1.0 g/L。除硝效果有了明顯提高，有效地保證了鹽水質量和離子膜使用壽命，過濾鹽水硫酸根含量情況見圖3。

4.2 經濟效益

（1）除硝冷凍系統冷量由氟利昂制冷工藝提供，通過-17 ℃鹽水給冷凍系統供冷，項目實施前螺桿機2大1小3臺全部運行（大螺桿機功率為220 kW，小螺桿機125 kW），總耗能為565 kW。通過技術優化改造，有效降低了冷量損失，換熱器效率大幅提高，小螺桿機不再運行就能滿足冷量供應。按每年運行355天計算，可節約電耗：125×24×355×0.41=43.66（萬元/a）。

（2）改造后的沉降器沉降效果好，硫酸鈉結晶速度快，沉降效率高，離心機實現了間歇式運行，平均每天運行12 h，比改造前減少12 h，節約電耗：

11×12×355×0.41=1.92（萬元/a）。

（3）實現自動化，崗位人員減少1人，低硝鹽水罐清理工作由原來的1周1次降到1季度1次，勞務工減少1人共減少2人，工資按每月3 500元計算，1年可節約：3 500×2×12=8.4（萬元）。

1 204×1 800×6.12/4/10 000=331.58（萬元）。

4.3 其他效益

日常工作中，倒換清洗列管是一項頻繁又繁瑣的工作。改為板式換熱器后，且由DCS 自動控制，操作簡單、清洗時間短，只需現場員工進行復核，無需進行操作。離心母液水不再去低硝鹽水罐，直接送往沉降器，杜絕了芒硝在低硝鹽水罐沉積造成堵塞低硝鹽水泵的現象，低硝罐無需頻繁清洗，大大降低了勞動強度。

原有列管式換熱器占地面積大，頻繁手動切換、排放低硝鹽水、冷凍鹽水及使用蒸汽，現場跑冒滴漏現象較多，造成生產現場環境衛生較差，不利于現場管理和清潔生產。在項目實施之后，沖洗實現自動化，且不存在鹽水外排現象，杜絕現場的跑、冒、滴、漏現象。

5 結論

新系統開車運行以來，系統硫酸根含量下降明顯，且穩定，節能效果顯著。該技術可幅度降低膜法除硝冷凍系統的能耗，對實現企業節能減耗，清潔生產有積極的意義，可在氯堿行業內推廣應用。另外，本技術的成果，是節能降耗新思路的體現，對其他化工領域節能降耗提供了很好的參考作用，具有積極的借鑒意義與很大的推廣價值，社會和環境效益顯著。