離子膜燒堿蒸發裝置運行總結

劉 海

（東營市赫邦化工有限公司，山東 東營 257091）

東營市赫邦化工有限公司隸屬于山東海科化工集團，電解槽采用旭化成生產的膜極距離子膜電解槽，2013年4月投產，目前燒堿生產能力為20萬t/a（燒堿折百）。配套50%燒堿蒸發裝置采用瑞士博特的工藝技術及主要設備，2013年10月投產，生產能力為15萬t/a（燒堿折百）。

1 工藝流程概述

32%的NaOH溶液被送入第一級蒸發器，EV－1101降膜蒸發器的物料側是負壓。液堿一次流過的過程中，被蒸發至37%，產生的二次蒸汽通過D－1101管道被送至C－7101表面冷凝器。在表面冷凝器中，二次蒸汽被冷卻水間接冷凝。惰性的氣體被P－7102水環真空泵抽出。通過P－1101泵將37%液堿從第一級蒸發器底部排出；液堿流過HE－1511和HE－1521換熱器。流經換熱器時，37%液堿被加熱。液堿一次流過第二級蒸發器時，EV－1201降膜蒸發器的物料側的壓力是負壓；液堿被濃縮至42%。此處產生的二次蒸汽用于加熱第一級蒸發器。通過P－1201泵將42%液堿從第二級蒸發器底部排出；液堿流過換熱器 HE－1541，HE－1551（管殼式）。流經2臺換熱器的過程中，42%液堿被來自降膜蒸發器EV－1301的50%的堿液和生蒸汽冷凝液加熱。在一次流過第三級蒸發器時，在壓力狀態下，EV－1301降膜蒸發器生產出需要的產品；液堿被濃縮至50%，此處產生的二次蒸汽用于加熱第二級蒸發器。第三級蒸發器是通過生蒸氣來加熱的。生蒸汽冷凝液和流出EV－1301蒸發器的50%液堿用于預濃縮液堿的預熱。通過P－1301泵將50%液堿從EV－1301蒸發器底部排出；液堿流過HE－1541，HE－1511和HE－1531冷卻器后流出界區。流經HE－1531水冷換熱器時，產品溫度降至45℃。二次蒸汽冷凝液被收集在T－7101罐內，P－7101泵將冷凝液排出裝置，排出的冷凝液溫度在60℃左右。

第一級降膜蒸發器，使用來自第二級蒸發器的二次蒸汽加熱；第二級降膜蒸發器，使用來自第三級蒸發器的二次蒸汽加熱；第三級降膜蒸發器使用中壓生蒸汽加熱。

2 運行情況及探討分析

燒堿蒸發裝置自建成投用以來，運行比較穩定，實現了無人值守模式，但也遇到了幾個方面的問題。

2.1 燒堿蒸發HE1541工位的板式換熱器使用壽命問題

瑞士博特提供的主要設備中包含HE1541工位的板式換熱器1臺（板片為Ni201，厚度0.6 mm；膠墊為HT EPDM材質），利用50%燒堿（最高工作溫度達165.1℃）的余熱給42%燒堿（最高工作溫度達162.6℃）進行預熱，累計運行約2年后，部分板片出現了腐蝕穿孔，隨后板片腐蝕穿孔的問題越來越多。2016年更換安裝了一臺國產同材質的板式換熱器，運行約1年也出現部分板片在導流區部位的腐蝕穿孔問題。對于如此高溫的濃堿工況，腐蝕性也翻了多倍，鎳材的年腐蝕速率和板片導流區的高速沖刷，使得板式換熱器的可靠性大大降低。

經查腐蝕數據與選材手冊，＜50%燒堿在150℃時的年腐蝕速率為＜0.05 mm/a，50%燒堿在150～450℃時的年腐蝕速率為0.05～0.5 mm/a。由此可見，該工況下的年腐蝕速率應是略大于0.05 mm/a，但50%燒堿和42%燒堿在板片兩側同時流動，也導致腐蝕的速度加大。

工藝設計中，熱量回收主要是通過板式換熱器達到的，而墊片式板式換熱器受板式換熱器上EPDM（三元乙丙橡膠)密封墊使用安全的限制，一般安全運行的溫度高限為150～160℃。

高溫高濃度燒堿的強腐蝕性和強滲透性很難避免，年腐蝕速率問題就一直存在。板式換熱器雖然在該工位的年腐蝕率略高，但其換熱效率非常高，若能工作在150℃以下較理想，不僅燒堿的腐蝕性降低，而且膠墊的使用壽命也有保障，例如HE1511、HE1521、HE1531 工位的板式換熱器使用效果較好。固定管板式列管換熱器的換熱管束厚度一般都是板式換熱器板片幾倍，所以能有效放緩年腐蝕速度的問題，但是換熱效率較低。

該工位的優化方案有2個：（1）該工位更換為1臺列管式鎳材換熱器，估算投資200萬元；（2）1臺小面積列管換熱器串聯1臺板式換熱器，將50%燒堿和42%燒堿高于150℃的工況控制在小面積列管換熱器區域內，低于150℃的工況控制在板式換熱器區域內。估算投資小面積列管換熱器50萬元，板式換熱器35萬元，既可節省投資115萬元，同樣可提高安全穩定性。方案示意圖見圖1。

圖1 HE1541AI位優化方案示意圖

2.2 50%成品燒堿的黑色可見雜質問題

50%燒堿中黑末雜質的全成分分析見表1。

表1 50%燒堿中黑末雜質的全成分分析%

從表1的分析數據中看（通過富集收集200 g樣品，外委專業檢測單位），鉻（Cr）和鐵（Fe）的成分占比分別是0.65%和7.87%，雖然進燒堿裝置的管道是S30408不銹鋼（主要成分Ni：8.00%～10.50%；Cr：18.00%～20.00%；Fe：66.515%～71.015%；其他元素共2.985%），有一定的輕微腐蝕，但不是燒堿中的黑色雜質的主要成分。鎳（Ni）成分的占比較大，說明黑色雜質大多來自鎳材設備和管道的年腐蝕速率問題造成的。

采用了過濾精度1 μm的濾袋式燒堿過濾器進行截留50%燒堿中的黑色顆粒雜質，效果良好。濾袋價格便宜，一般二三個月更換一次（主要決定于截留雜質的含量多少和污堵的速度）。

2．3 水環真空泵的能力時有不足問題

運行約2年時，出現過真空泵能力不足的現象。工作液溫度控制＜40℃，但是表面冷凝器的檢查發現降溫效果不佳，導致進入真空泵的氣體熱膨脹體積較大，真空泵能力略顯不足。經過清洗表面冷凝器之后，恢復正常運行。

2．4 板式換熱器微滲漏問題

在工位 HE1511、HE1521、HE1531 都是瑞士博特供貨的板式換熱器（APV生產)，使用效果不錯，唯一問題就是開停車過程中易出現微滲漏現象，但是達到穩定工作溫度后會自動恢復正常。分析認為是開停車的過程中溫升或溫降比較快，板片和密封膠墊的膨脹線速度不同，造成的微滲漏。措施是對溫升或溫降速度做了調整規定，要求＜±10℃/min，驗證有一定改善效果。

3 結語

燒堿蒸發裝置自投入運行以來，生產比較穩定，自動化程度高。但由于第二、三效降膜蒸發器的燒堿在高溫高濃度的苛刻工況條件下，苛化腐蝕能力極強，對設備及管道的腐蝕難以避免，只是速率高低的問題。可通過幾種針對性的優化措施，解決問題，使燒堿蒸發裝置保質保量、穩定可靠運行。