液氯氣化器的改進對策

季 波，張高峰

（萬華化學（寧波）氯堿有限公司，浙江 寧波 315812）

1 概述

由于下游MDI生產裝置對氯氣產品質量的極高要求，萬華化學（寧波）氯堿有限公司使用的氯氣，是經離子膜電解后產生的氯氣，經干燥、壓縮、液化后，再氣化成氯氣輸送至下游工序，氣化的過程由液氯氣化器來完成。

液氯氣化器是氯氣行業液氯氣化工序中的核心設備。由于氯氣具有劇毒性，液氯氣化器一旦發生泄漏，必然對周圍人員和環境造成極大的危害。考慮到安全和環保因素，必須對液氯氣化器設計提出特殊的安全要求。本文介紹該公司1臺氣化量為15 t/h的液氯氣化器設備的改進設計。該設備采用蒸汽作為加熱源直接加熱氣化器夾套熱水，通過水浴加熱氣化器盤管內液氯進行氣化、加壓、輸送。

2 氣化器形式的選擇

液氯氣化器一般分2種，即釜式氣化器和管道式氣化器，釜式氣化器作為液氯容器為防止液氯加熱膨脹造成設備破壞等后果，只能用低溫熱水氣化（一般小于45℃，《氯氣安全規程》GB11984-2008中設計規范），氣化過程會造成液氯中三氯化氮累積，因此釜式氣化器必須設置液氯排污裝置，根據液氯中三氯化氮含量確定排污頻率；管道式氣化器（包括盤管式、列管式等），氣化器內部并不貯存液氯，氯氣隨進隨出，因此可采用高溫熱水加熱氣化（水溫大于70℃）。在此溫度下，三氯化氮就會分解，不會累積，無需設置液氯排污裝置。因下游裝置對氯氣壓力及溫度的要求（輸送壓力0.65～0.70 MPa，溫度60℃左右），該公司選用管道式氣化器。由于工況條件苛刻，若采用列管式氣化器應力難以徹底消除，再加上溫差的影響，應力腐蝕傾向嚴重，一旦泄漏，損失較大。因此公司決定選用管道式（盤管式）氣化器。

3 常用氣化器加熱型式及優缺點

目前，液氯氣化器型式大致分為直接蒸汽加熱氣化和熱水循環加熱氣化2種。相對于后者，直接蒸汽加熱式氣化器采用蒸汽作為直接加熱源，大大提高了傳熱系數，節約了蒸汽用量，同時由于取消了熱水輸送泵，大大節省了電能，在能耗方面具有明顯優勢。由于采用直接蒸汽加熱方式，提高了傳熱效率，同時又取消了熱水加熱罐、熱水輸送泵等設備，與熱水加熱方式比較，大大縮小了占地面積。采用20號鋼作為換熱管，提高了設備的耐蝕性，降低了設備的泄漏幾率，延長了設備的使用壽命。

4 液氯氣化器改造前的使用情況

改造前，液氯氣化器采用敞開式設計，即氣化器夾套水浴熱水直接與氣化器上方的空氣接觸，且該氣化器熱水溢流口設計在側面，導致氣化器頂部濕熱空氣對氣化器盤管腐蝕嚴重。尤其是氣化盤管液氯、氯氣分配臺焊縫處易被外腐蝕、穿孔，開車過程中加熱蒸氣通入氣化器水浴加熱存在“蒸汽液擊”現象，導致整個氣化器震動較大，不利于設備長周期安全穩定運行，多次發生過盤管點腐蝕、蒸汽液擊產生震動造成盤管焊口破裂，導致氯氣泄漏事故，發生環境污染、人員傷害和裝置臨時停車等情況，影響正常生產，也給后續整個產業鏈的安全穩定、連續生產和經濟效益帶來一定的影響。

5 氣化器氯氣泄漏事故原因分析

5.1 設備加工制造存在缺陷

液氯氣化器用碳鋼制造，屬三類中壓容器，在設備出廠前都曾進行過嚴格檢驗與氣密性試驗。但由于金屬加工缺陷以及金屬組織的不均勻性，金屬表面存在許多凸凹或粗糙處，使設備在制造、貯運過程中產生的銹蝕、污垢與水中溶解的腐蝕性離子構成腐蝕微電池，導致金屬腐蝕首先在上述缺陷處生成。

5.2 蒸汽加熱方式增強水的腐蝕性

該公司在液氯氣化過程中，因氣化器熱負荷較低，水分的蒸發與濃縮過程緩慢，而熱水箱內熱水又采用混合式加熱，致使蒸汽冷凝水在熱水箱內不斷聚積，自來水的實際補充量很少，水質發生變化。

5.3 水中溶解氧導致電化學腐蝕

該公司使用液氯氣化器為敞開式結構，水溫始終保持在65～85℃。水溫低于77℃時，敞口設備中溶解氧的腐蝕性隨著水溫的升高而增強；水溫在48．9℃時，相同濃度下溶解氧對碳鋼的腐蝕速率接近25℃時的2倍。

6 氣化器改造設計、改進措施

6.1 氣化器結構設計調整

針對原先使用的氣化器液氯分配臺和氯氣分配臺設計均為內置結構，氣化器內部無法充滿液體，造成分配臺與熱蒸汽和空氣直接接觸而腐蝕，以及震動現象，經常出現泄漏事故和震動造成盤管破裂等問題發生，經過分析，將原氣化器液氯分配臺和氯氣分配臺均設計為外置結構。可以避免因分配臺與蒸汽和空氣直接接觸造成的腐蝕，在正常運行時保持氣化器殼體內滿液體，氣化器頂部不存在熱空氣加劇腐蝕，同時也消除了因氣化過程中產生的震動，造成盤管破裂現象，氣化器改造前、后結構示意圖分別見圖1和圖2。

圖1 氣化器改造前結構示意圖

圖2 氣化器改造后結構示意圖

6.2 嚴把設備制作質量關

新制作的4臺液氯氣化器，由上海森松氣化器制造，要求對所用無縫鋼管進行嚴格的探傷檢驗；對制作完的設備，盤管內部不建議做水壓強度試驗，因為水壓試驗后一旦盤管內部水分子置換和排不干凈，開車與氯氣接觸勢必導致對盤管的嚴重腐蝕，造成氣化器設備損壞，發生泄漏事故，給人員、環境和安全穩定生產來了極大危害。嚴格進行常規性氣密性試驗，按氣密性試驗標準采用氦檢、焊縫100%X射線探傷檢查等，確保不留下任何制作缺陷與隱患。

7 結語

自2014年2月開始，該公司陸續對所有液氯氣化器進行了改造，改造后的液氯氣化器運行至今，設備正常，未發生過一起點腐蝕和氣化器震動導致焊口破裂等泄漏現象，大大降低了維護和維修成本、換熱效果好、安全可靠，達到了設備安全運行及提高使用壽命的目的，同時更好的確保了下游產業鏈生產裝置的安全、穩定、高效運行。