氯化氫合成爐燈頭在線清洗

馮斌，馬新力，李娜，王儉德

(新疆華泰重化工有限責(zé)任公司，新疆 烏魯木齊 830019)

新疆華泰重化工有限責(zé)任公司氯堿廠(以下簡稱“華泰氯堿廠”)聚氯乙烯樹脂生產(chǎn)能力為70萬t/a，離子膜法燒堿生產(chǎn)能力為50萬t/a。氯化氫工序采用組合式石墨合成爐將電解裝置產(chǎn)生的氫氣、氯氣合成氯化氫，用于生產(chǎn)鹽酸或送至聚氯乙烯生產(chǎn)工序與乙炔合成氯乙烯。根據(jù)安全要求，氯化氫中不得含有未反應(yīng)的氯氣，因此，在氯化氫合成過程中，一般控制氫氣過量。氯化氫合成爐燈頭一般采用兩環(huán)火“氫(氣)包氯(氣)”或三環(huán)火“氫(氣)包氯(氣)包氫(氣)”兩種，燈頭外殼為碳鋼材質(zhì)，內(nèi)襯聚四氟乙烯，燈管材質(zhì)為石英玻璃。在合成爐運(yùn)行過程中，由于來自電解裝置的氫氣中含堿性水，氫氣與氯氣在燈頭燃燒后，水與合成的氯化氫形成酸霧，鹽遺留在燈頭處；日積月累，燈頭氫氣燈管會積聚大量鹽分，影響氫氣通量；造成氫氣與氯氣燃燒不均，進(jìn)一步影響氯化氫的質(zhì)量；氯化氫易含氯氣，進(jìn)而影響安全生產(chǎn)。因此，須經(jīng)常清洗合成爐燈頭。

1 氯化氫合成工藝

由氯氫處理工段送來的氫氣和氯氣混合進(jìn)入氯化氫合成爐，燃燒產(chǎn)生氯化氫氣體，在合成爐內(nèi)降溫后，進(jìn)入氯化氫分配臺，再送至各用戶，工藝流程如圖1所示。

圖1 氯化氫合成工藝流程簡圖

2 原料氣指標(biāo)參數(shù)

氯氣和氫氣經(jīng)過氯氫處理后，去除氣體中大部分的水霧、堿霧，調(diào)整溫度和壓力，氫氣各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)如下：氫氣純度(體積分?jǐn)?shù))≥99%,溫度15.0～25.0 ℃,壓力75～95 kPa。氯氣各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)如下：氯氣純度(體積分?jǐn)?shù))≥98%,含氫氣體積分?jǐn)?shù)≤0.4%,含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤0.02%,ρ(Ca2++ Mg2+)≤3.000 mg/L，壓力120～140 kPa。

3 合成爐燈頭常用清洗方法

一般采用如下方法除去燈頭上的堵塞物：停爐后拆卸燈頭，再進(jìn)行清洗。清洗燈頭時必須停爐，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)的正常運(yùn)行。合成爐在熄爐、清洗燈頭、點(diǎn)爐過程中存在較大的安全風(fēng)險，嚴(yán)重時造成裝置著火爆炸，人員傷亡。

3.1 合成爐熄爐操作步驟和風(fēng)險

在接到主管或調(diào)度熄爐通知后，通知班長和上下游工序相關(guān)人員，調(diào)節(jié)氯氣、氫氣閥門開度，降低該爐氯氣、氫氣流量(注意不要過氯，按照先降低氯氣流量后再降低氫氣流量的原則進(jìn)行降量)，合成爐停車前若在生產(chǎn)高純酸，則將生產(chǎn)高純酸改至生產(chǎn)普通鹽酸。在降量時兼顧裝置內(nèi)其他運(yùn)行中合成爐流量的調(diào)節(jié)，要停運(yùn)的合成爐氫氣、氯氣流量降至700 m3/h后，打開此合成爐去抽空分配臺的閥門，并產(chǎn)高純酸。繼續(xù)緩慢降低該合成爐流量，保持氯氣、氫氣壓力無較大波動，并連續(xù)分析該合成爐和其他合成爐氯化氫純度，根據(jù)純度調(diào)節(jié)氯氣、氫氣配比，HCl純度控制在92%～96%，防止過氯。關(guān)閉該爐氯氣、氫氣閥門，熄爐，并懸掛“禁止操作”標(biāo)牌，關(guān)閉氫氣、氯氣切斷閥。

在熄爐操作過程中，容易造成其他運(yùn)行中合成爐流量的波動，從而導(dǎo)致系統(tǒng)壓力波動，氯化氫過氯，后續(xù)氯乙烯工序爆炸。

3.2 拆卸燈頭操作步驟和風(fēng)險

拆卸燈頭過程中，當(dāng)剩余2顆螺絲時，2人專門托扶燈頭底座，1人拆剩余螺絲后，3人緩慢將燈頭座移出。

合成爐下方操作空間有限，且燈頭沉重，在操作過程中，操作人員易受到傷害。

3.3 合成爐點(diǎn)爐操作步驟和風(fēng)險

對合成爐熱水及循環(huán)水運(yùn)行情況進(jìn)行確認(rèn)后，啟動抽空風(fēng)機(jī)，對合成爐抽空置換。現(xiàn)場確認(rèn)合成爐負(fù)壓大小，根據(jù)現(xiàn)場操作人員反饋合成爐負(fù)壓大小來調(diào)節(jié)降膜氣動閥開度。將氮?dú)饽z管接到合成爐氫氣管線導(dǎo)淋處，對合成爐充氮置換10 min后關(guān)閉氮?dú)忾y門和氫氣導(dǎo)淋，風(fēng)機(jī)繼續(xù)抽空至少30 min。在合成爐氫氣阻火器上部法蘭加裝盲板，取樣分析爐內(nèi)氫氣含量(小于0.4%)。將點(diǎn)火棒點(diǎn)著，并將其放在燈頭上；拆阻火器處盲板，并將法蘭連接牢固；開啟氫氣、氯氣切斷閥，緩慢開啟氫氣手閥至氫氣燃燒，根據(jù)火焰燃燒情況確定氫氣開度。氫氣點(diǎn)燃后，關(guān)閉點(diǎn)火棒氣源，并將點(diǎn)火棒移至合成爐外安全地帶。緩慢開啟氯氣手閥至火焰青白色，根據(jù)現(xiàn)場情況調(diào)節(jié)閥門開度。操作人員2～3人配合，封閉合成爐爐門。根據(jù)生產(chǎn)情況，開少量吸收水防止HCl外排，停抽空風(fēng)機(jī)，關(guān)吸收水閥。根據(jù)生產(chǎn)需求提高合成爐氫氣、氯氣流量，提量過程中確保氯化氫純度在合格范圍。確認(rèn)爐壓≥0.02 MPa，氯化氫純度符合控制指標(biāo)時，通知并入系統(tǒng)。

在點(diǎn)爐過程中，當(dāng)點(diǎn)火棒進(jìn)入合成爐石英燈頭上部時，由于進(jìn)爐氫氣管內(nèi)有空氣存在，氫氣通入后，若氫氣與空氣混合比例不當(dāng)，易發(fā)生爆炸，致使石英燈頭爆裂，造成設(shè)備損失，也給合成系統(tǒng)帶來安全隱患[1]；當(dāng)出現(xiàn)系統(tǒng)置換不合格、空間含氫分析不準(zhǔn)等情況時，易造成人員灼傷；若爐門封閉不嚴(yán)，氯化氫易泄漏，污染環(huán)境。

4 在線清洗改造

清洗燈頭時發(fā)現(xiàn)，燈頭被大量白色固狀物堵塞，分析后，其中成分如下：主含量鈉45.6%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，相對原子質(zhì)量23)、氯25.6%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，相對原子質(zhì)量35.5)、氧15.7%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，相對原子質(zhì)量16)、氫6.5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，相對原子質(zhì)量1)。根據(jù)氯堿化工生產(chǎn)原料及輸送設(shè)備判斷，該固狀物主要成分為氫氧化鈉、氯化鈉， 氫氧化鈉和氯化鈉均為易溶于水的介質(zhì)，用水沖洗效果很好。

基于以上情況，分廠成立攻關(guān)小組，總目標(biāo)為：研發(fā)氯化氫合成爐燈頭在線清洗裝置，延長合成爐運(yùn)行時間和兩次熄爐清洗燈頭的間隔時間，降低清洗合成爐燈頭的次數(shù)；將目標(biāo)值設(shè)定為單臺前后兩次熄爐清洗燈頭時間最短間隔6個月。

4.1 沖洗物料的選擇

方案一：工業(yè)自來水，雜質(zhì)含量高，費(fèi)用低(3.57元/m3)。總硬度(以CaCO3計)≤450 mg/L，ρ(Fe2+)≤0.3 mg/L，ρ(氯化物)≤250 mg/L，ρ(余氯)≥0.3 mg/L。

方案二：高純水，雜質(zhì)含量低，費(fèi)用高(6.20元/m3)。ρ(Ca2+)≤0.010 mg/L，ρ(Mg2+)≤0.010 mg/L，ρ(Fe2+)≤0.02 mg/L，ρ(SiO2)≤0.10 mg/L,氯含量為零。

綜合費(fèi)用和引入系統(tǒng)后的風(fēng)險，采用了高純水作為沖洗水。

4.2 沖洗管線的選擇

方案一：碳鋼管線。安裝費(fèi)用(含管線材料費(fèi)、施工費(fèi))高，安裝作業(yè)周期在24 h左右；投用后操作簡單，打開沖洗閥門即可，但容易將空氣引入合成爐，造成系統(tǒng)爆炸，危險性高。

方案二：塑料軟管管線。安裝費(fèi)用(含管線材料費(fèi)、施工費(fèi))低，安裝作業(yè)周期在1 h左右；投用后操作難度偏高，須連接管線，并在管線充滿水時連接到?jīng)_洗閥門，并打開，但危險性小。

4.3 沖洗位置的選擇

方案一：合成爐爐門。在爐門處安裝沖洗裝置，須在合成爐內(nèi)部加裝管線，可拆裝固定于爐門上，在爐門外安裝閥門。因?yàn)楹铣蔂t運(yùn)行溫度達(dá)2 000 ℃，管線必須采用耐高溫、耐腐蝕材質(zhì)，且沖洗時不能準(zhǔn)確定位。

方案二：進(jìn)合成爐氫氣管線。在進(jìn)合成爐氫氣管線處安裝沖洗裝置，只須在氫氣管線上加裝一個閥門，再將管線接至沖洗水管線上即可。

通過對比試驗(yàn)，確定了沖洗物料，管線的材質(zhì)、直徑等具體細(xì)節(jié)，并于2016年4月開始施工，同時申報國家專利。2016年5月完成了2臺合成爐的改造。改造后，2016年5月至2017年4月，與沒改造的2臺合成爐熄爐清洗情況進(jìn)行了對比，對比數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 合成爐燈頭清洗次數(shù)統(tǒng)計情況Table 1 Statistics of number of cleaning synthesis furnace burner

注：統(tǒng)計時間是2016年5月至2017年4月。

5 效益分析

氯化氫合成爐燈頭在線清洗實(shí)施效果明顯。每次熄爐清洗燈頭用時平均為4 h，按照每臺合成爐正常生產(chǎn)時產(chǎn)氯化氫1 300 m3/h計，可影響PVC產(chǎn)量6.436 t。華泰氯堿廠現(xiàn)有合成爐18臺，全部新增氯化氫合成爐在線沖洗裝置后，按每年清洗次數(shù)減少2次計算，可增加PVC粉料231.696 t/a。2017年9月PVC粉料價格在8 000元/t左右，可增加效益約185萬元。

另外，燈頭清洗頻次的降低，增加了裝置的運(yùn)行安全系數(shù)，降低了崗位操作人員的勞動強(qiáng)度。

[1] 孫增理.組合式二合一石墨氯化氫合成爐運(yùn)行總結(jié)[J].中國氯堿,2012(7):28-29.