自動點火副產蒸汽二合一鹽酸系統技改總結

何冠平，王辛成

（山東鋁業公司氯堿廠，山東 淄博255000）

山東鋁業公司氯堿廠原有三合一鹽酸生產系統配套一期6 萬t/a 離子膜燒堿裝置建設，于2005年7 月投入使用。該系統由1 開1 備2 套組成，每套主要由三合一石墨合成爐、降膜吸收塔、尾氣吸收塔和酸水循環水力噴射抽空泵等組成。2008 年6 月，二期離子膜燒堿裝置建成投產，燒堿生產能力擴大到15 萬t/a，二期鹽酸合成系統僅將一期鹽酸中的一套設備產能擴大到90 t/d 31%HCl，另一套三合一爐作為備用，未進行擴能改造。2008 年開始的金融危機促使氯堿各企業加大節能減排技術改造工作力度，在此期間，山東鋁業公司氯堿廠進行了膜法脫硝、引進旭化成零極距電解槽、氫氣管道化外售和自動點火副產蒸汽鹽酸合成等多項技術改造項目調研，并先后實施，取得了較好的安全、環保和經濟效果。 自動點火副產蒸汽鹽酸合成技術改造項目于2011 年8 月開始設計方案交流，2011 年11 月開始土建設計，2012 年6 月建成投產，二合一合成爐選用南通某石墨設備公司生產SZL-1100 型設備，配套上海某自控有限公司生產的自動點火裝置，一次開車成功，本質安全環保水平明顯提高，經濟效益顯著。

1 原三合一鹽酸裝置概況

1.1 原三合一鹽酸生產及廢氣回收流程

原三合一鹽酸生產及廢氣回收流程簡圖見圖1。

圖1 原三合一鹽酸生產及廢氣回收流程簡圖

1.2 原三合一鹽酸裝置的生產運行情況

原三合一鹽酸生產裝置配套一期離子膜燒堿裝置建設，用于平衡氯氣液化產生的尾氣，合成爐型號為SHL50，配有一級降膜吸收器，一級尾氣吸收塔，吸收后的尾氣經水力噴射泵抽入酸水循環罐。

配套該三合一鹽酸合成系統，建設了專用循環水冷卻系統，使用軟化水進行循環冷卻，冷卻水設計流量300 m3/h。

二期離子膜燒堿裝置擴建后， 燒堿產能達到15 萬t/a， 配套將1 套三合一鹽酸合成爐由SHL50型改為SHL90 型，同時，配套降膜吸收器和尾氣吸收塔擴能，其他如循環水冷卻系統、酸水循環泵、噴射泵沒有進行改變，仍能夠滿足SHL90 型合成爐生產要求。

上述一期和二期三合一鹽酸生產系統除能力不同外，其余完全相同。合成爐均采用上部手動點火方式。手動點火時，至少3 人配合操作，1 人在室內做好觀察火焰和調節氯氫流量的準備，另2 人在室外負責點火后將著火的氫氣軟管插在三合一合成爐氫氣引出管上并綁好，室內操作人員發現火焰立即調節氯氣氫氣流量，確認點火成功后，立即通知室外人員封爐門，防止氯氣或氯化氫氣體噴出。點火過程復雜且危險。

在正常生產過程中，人工觀察火焰和“U”型水柱壓力計，氯氣液化尾氣、氫氣、吸收水和爐內壓力均采用手動方式調節。操作人員時刻在爐頂操作室觀察火焰，根據電解負荷的升降和液化尾氣的壓力等，隨時調整氯氣氫氣吸收水流量，負責巡檢的人員需根據要求及時調節酸水循環泵流量、水力噴射泵抽力，并及時測量鹽酸比重計算濃度等。

原三合一鹽酸裝置的土建是4 層框架結構，爐頂操作室在三樓，并且該框架只安裝了1 套樓梯。若發生危險，人員救援和自救非常困難。

原三合一鹽酸裝置的酸水循環水力噴射泵，對各鹽酸儲罐、鹽酸裝車等處的無組織排放鹽酸氣進行抽空，隨著時間延長，酸水中鹽酸濃度逐步增加，由于沒有冷卻措施，濃度小于20%時，即從排空口向外排放白色酸霧污染環境。另一方面，由于該部分酸濃度偏低，鈣鎂含量高，顏色發黃而成為廢酸，需要單獨儲存銷售，價格低。

原三合一鹽酸裝置由于工藝、操作以及設備本身等方面的原因，鹽酸產品質量受到影響，特別是游離氯指標偏高，見表1。

表1 三合一鹽酸產品質量指標與高純鹽酸標準（HG/T2778-2009）指標對比

原三合一鹽酸生產系統上述人工操作勞動量大、危險性大、操作環境差以及存在環境污染、動力電耗高、燃燒熱無法回收、產品品質低等情況，迫切需要改造。

2 自動點火副產蒸汽鹽酸合成項目技改方案及優化

2.1 技改方案及優化

近幾年，鹽酸合成爐自動點火技術以及鹽酸生產自動控制技術在中國氯堿行業得到大力推廣，同時隨著石墨科技水平的提高，耐壓、耐溫、防滲樹脂以及石墨材料加工技術逐步提高，石墨合成爐用于副產蒸汽逐漸成熟，副產蒸汽壓力越來越高，同時避免了鋼管水冷壁副產蒸汽鹽酸合成爐對氯化氫 （或鹽酸）質量的影響。

本次技改方案要達到提高本質安全水平、提高產品質量和回收燃燒熱副產蒸汽、提高經濟效益等目的，方案主要內容如下。

2.1.1 項目產品方案及規模

本技改項目基于燒堿規模30 萬t/a（目前實際規模18 萬t/a）的液化尾氣全部平衡，副產蒸汽可并入原有管網系統，裝置既可以生產氯化氫氣體產品也可以全部用于生產食品級鹽酸。為此，選擇副產蒸汽二合一合成爐，要求合成爐出口氯化氫壓力5～10 kPa，為增加氣體氯化氫產品品種做準備。 選用SZL-1100 型合成爐，每天可生產31%HCl 150 t。設備管道材質規格選型也都符合產品質量、蒸汽壓力等方面的要求。

2.1.2 總圖和設備布置優化

為便于安全管理、環保管理和生產運行等方面的集中管理，新二合一鹽酸裝置臨近原三合一鹽酸裝置布置，為此需拆除老裝置的氯氣、氫氣緩沖罐和酸水循環罐以及部分管架、電儀線纜橋架等。為同時解決老框架單樓梯問題，新框架增設樓梯，并要求新框架各層標高在滿足設備安裝的基礎上與老框架各層標高盡量接近，以便將來兩框架暢通巡檢通道。

本次技改同時考慮將來再上同類裝置時儀表氣緩沖罐、氮氣緩沖罐、氯氣緩沖罐、氫氣緩沖罐以及副產蒸汽鍋爐給水罐、給水泵、吸收水管道等設備的共用，在設備能力、設備布置等方面一并進行了優化。

2.1.3 副產蒸汽壓力和產量

目前，山東鋁業公司氯堿廠所用蒸汽由自建的燃氫鍋爐提供，使用壓力0.3～0.6 MPa。從長遠發展考慮，氯堿廠所處的鹽化工工業園的蒸汽主要來自5 km 外的熱電廠，用戶端管網壓力0.5～0.7 MPa。副產蒸汽二合一爐設計蒸汽壓力0.4～1.4 MPa，符合使用要求。考慮到將來氯氣市場不景氣的情況下兩套設備同時高負荷生產鹽酸產品或氯化氫氣體產品，蒸汽產量較大，用水量較大，總管設計方面要留有足夠余量。

2.1.4 本質安全

該技改項目提高本質安全水平的主要措施是自動點火、小火控制、生產自動調節控制、報警連鎖保護等。

自動點火采用上海某自控有限公司技術產品，主要由現場PLC 點火控制柜、點火槍、儀表空氣和氮氣、氫氣自動閥及管路等組成。PLC 現場點火控制柜與DCS 系統連接，可實現在DCS 操作室遠程點火。點火柜啟動點火程序后，對氫氣、空氣點火管線自動進行氮氣吹掃15 s，點火槍自動放電打火，同時點火專用管道系統的空氣和氫氣自動閥打開，遇火花著火。

自動點火完成，DCS 切換到小火控制，氯氣、氫氣主管線的旁路小口徑（DN25）開關閥自動打開，經各自的調節閥，氯氣氫氣進入爐內遇點火槍火焰著火，小火運行。

小火運行確認，現場封爐門后，DCS 切換到提量生產自動控制系統，氯氣氫氣主管線開關閥打開，經各自調節閥調節氯氫合適比例，控制火焰正常并逐步提高氯氣氫氣流量和吸收水流量達到規定指標，確認運行正常，投入聯鎖。

報警連鎖系統包括：氯氣壓力低低、氫氣壓力低低、吸收水流量低低、循環冷卻水流量低低、儀表氣壓力低低、氮氣壓力低低、爐壓高高、爐頂溫度高高、閃蒸罐液位低低、火焰監測無信號等，一旦發生連鎖，氯氣開關閥和氫氣開關閥立即關閉，而且氯氣或氫氣任何一個開關閥關閉，另一開關閥立即連鎖關閉。上述連鎖信號均設置報警，另外還設置蒸汽壓力高報警等，以便及時提示，進行人為調節干預，避免不必要的連鎖停車，提高設備運轉率。

2.1.5 產品質量

提高產品質量的措施是要求合成爐、各級吸收器、尾氣塔等設備的石墨、樹脂材質達到生產食品級鹽酸的要求，與氯化氫（或鹽酸）介質接觸的管道材質，較高溫度部分采用鋼襯聚四氟乙烯材質，低溫部分采用飲用水級增強聚丙烯材質，吸收水采用純水。

2.1.6 環境保護

原三合一鹽酸生產裝置尾氣塔廢氣以及產品儲罐、產品裝車、產品取樣等位置的廢氣，采用單獨的酸水循環水力噴射泵抽空方式減少環境污染。由于酸水循環采用批次排出然后補水的方式，運行一段時間后酸水濃度溫度升高，一方面造成噴射泵抽力明顯下降，使排放點的廢氣無法抽走；另一方面，酸水循環罐的酸霧揮發從高處排空口開始排出，不符合環保要求。為解決這一問題，優化方案，設計連續運行得的尾氣吸收系統，配套獨立微型風機，吸收水連續加入，酸水連續用作產品酸吸收，可杜絕尾氣超標。

2.2 自動點火副產蒸汽二合一鹽酸合成及廢氣回收

自動點火副產蒸汽二合一鹽酸及廢氣回收工藝流程簡圖見圖2。

3 統籌技改與生產，兼顧安全與效益

圖2 自動點火副產蒸汽二合一鹽酸及廢氣回收工藝流程簡圖

山東鋁業公司氯堿廠目前沒有氯氣氫氣下游產品，鹽酸合成工序對氯堿系統運行的經濟性至關重要。如果發生鹽酸裝置停產，氯氣液化尾氣只能臨時排往次氯酸鈉尾氣處理系統，但該系統作為環保設施，不具備長期大量處理液化尾氣的生產能力，起不到平衡生產的作用，氯氣系統壓力會很快升高，迫使電解系統盡快降低負荷，甚至全廠停產。不但嚴重影響氯堿裝置運行的經濟性，而且易發生安全環保事故。所以，自動點火副產蒸汽鹽酸系統技術改造項目的施工，必須與生產運行統籌謀劃，做到技改施工不影響生產運行，生產運行不耽誤技改施工。

原鹽酸系統的氫氣緩沖罐、氯氣緩沖罐、酸水循環罐、管架等占據技改項目空間，必須拆除或搬遷，而拆除或搬遷之前必須制作安裝好可替代的適合新系統的同類設備，這些設備的設計、制造、土建基礎等都要超前謀劃實施并安裝完畢，吹掃試壓等測試合格處于備用狀態后，利用鹽酸合成爐停產的機會，一次完成附屬設備管路舊的拆除和新的安裝，使新的附屬設備管路與原三合一爐組成過渡系統，暫時保持生產，待新裝置土建框架完工，新合成爐系統安裝投產后，再拆除原三合一系統。

統籌技改施工和生產運行兩不耽誤的關鍵是充分利用現有生產系統的計劃檢修機會，提前充分準備，及時實施在原系統開口、與新系統的合茬等工作。技改過程中，氯氣、氫氣、氮氣、儀表空氣以及吸收水、循環水、蒸汽等工藝管道和公用系統管道均利用小檢修機會完成了合茬；電氣系統則利用彈性生產低負荷階段，切換動力設備，完成技改項目專用總開關安裝；DCS 系統，提前完成新鹽酸控制程序的組態，利用電解系統停車機會進行調試。各專業的施工管理，最大限度地降低了隊員系統生產的影響。

施工安全管理方面。由于施工與生產交叉，現場狹小，且在易燃易爆場所環境內，危險性特別大。針對每天施工內容的不同，生產管理人員與施工管理人員共同辨識各類危險因素，向施工人員認真交底，針對性地實施安全措施，屬地單位現場監護，及時協調，實現了全過程安全。

對技改與生產系統的統籌策劃，科學組織，嚴細管理，實現了技術改造項目的順利成功實施和生產系統的安全經濟運行。

4 改造項目效果評價

自動點火副產蒸汽鹽酸合成技術改造項目2011 年12 月開始土建施工，2012 年4 月主體設備二合一石墨合成爐吊裝就位，隨后進行管道、電器儀表安裝和調試等工作，2012 年6 月投料試車，一次開車成功。

4.1 改造后的效果

技改項目實施后，實現了點火柜程控自動點火，小火運行、提量運行平穩后，氯氣、氫氣、吸收水設置自動調節，火焰監測器自動監火，同時采用火焰視頻監控，技改方案確定的各項報警連鎖投入使用，提高了本質安全水平，減輕了員工勞動強度。

實現了鹽酸產品罐廢氣、裝車廢氣、取樣廢氣的連續回收，杜絕了酸水循環罐廢氣，減少了環境污染和設備腐蝕，顯著改善了員工操作環境。

增加了氣體氯化氫、食品添加劑鹽酸等2 種產品規格，提高了鹽酸產品質量，解決了原三合一鹽酸產品游離氯偏高等問題，游離氯由30×10-6～60×10-6下降到10×10-6～20×10-6。二合一鹽酸質量與食品添加劑鹽酸國標對比，見表2。技改消除了酸水循環造成的廢酸的產生，年減少廢酸產量三百余噸，減少了企業經濟損失。二合一技改鹽酸質量與食品添加劑國標對比情況見表2。

表2 二合一技改鹽酸質量與食品添加劑鹽酸國標（GB1897-2008）對比 質量分數/%

（1）提高了鹽酸生產能力，日產鹽酸可達150 t，同時可生產氯化氫產品，對于氯氣市場不景氣時調節產品結構發揮了作用；

（2）實現了副產蒸汽，蒸汽壓力滿足管網要求，可達到0.4 MPa 以上，年產蒸汽1.7 萬t，無稅利潤二百三十余萬元（按每噸蒸汽含稅160 元計）。

4.2 需要進一步改進的方面

（1）自動點火副產蒸汽二合一鹽酸合成技術改造方案確定的氯氣與氫氣自動比例調節，由于山東鋁業公司氯堿廠使用液化尾氣，尾氣中氯氣和氧氣的成份不太穩定，為防止發生意外，沒有實施，仍采用根據火焰情況、爐壓變化等，調節自動閥開關度來調節流量，待掌握充足的數據后再實施串級比例調節。

（2）由于測定鹽酸比重用于自動調節吸收水流量的調節方式還不夠成熟，所以產品鹽酸濃度沒有實現自動控制，隨著控制技術的發展，相信不久也將能夠實現。