離子膜法電解工藝管線泄漏改造

冉世軍 ，董建剛，宋偉

(新疆中泰化學(集團)股份有限公司，新疆 烏魯木齊 830009)

新疆中泰化學(集團)股份有限公司阜康能源有限公司(以下簡稱“阜康能源”)循環(huán)經(jīng)濟項目為60萬t/a離子膜燒堿項目，分2套裝置，每套裝置有2條線，每條線15萬t/a燒堿生產(chǎn)能力；2套裝置全部采用氯工程n-BiTAC865型電解槽，目前使用杜邦Nafion 2050型和旭硝子的Flemion 8080A型離子膜。阜康能源離子膜工序自2012年9月開車以來已運行6年多，隨著時間的推移，工藝管線在運行過程中受溫差、壓力、腐蝕等原因出現(xiàn)不同程度的泄漏現(xiàn)象，外網(wǎng)管線尤為突出。物料泄漏必然造成環(huán)境的污染，對安全生產(chǎn)也帶來隱患。針對這些問題，阜康能源離子膜工序技術(shù)團隊在不停車不降量的情況下，使泄漏問題得到了有效解決。

1 淡鹽水外網(wǎng)管線泄漏改造

精鹽水經(jīng)過電解槽電解后，陽極產(chǎn)生氯氣和含氯淡鹽水，含氯淡鹽水被送至脫氯塔，經(jīng)真空脫氯和化學脫氯后的鹽水通過P-1602泵送至一次鹽水V-401儲罐后用于化鹽。該管線選用DN350的PE管進行輸送，溫度高、距離遠，再加上地勢南高北低，往往造成淡鹽水管線內(nèi)形成真空，管線抽變形現(xiàn)象的發(fā)生。為防止管線抽扁，去一次鹽水管線氣動閥不能快速全關(guān)，一次鹽水工序在離子膜停泵后關(guān)閉現(xiàn)場進鹽水儲罐V-401手閥。對于已泄漏管線的處理只能停車進行補焊，停車將造成產(chǎn)量損失，而且淡鹽水管線置換合格才可以用，檢修前置換時間長。利用過濾鹽水泵P-1402出口的1根去一次鹽水V-401罐的管線進行改造。此管線主要用于在開車鹽水循環(huán)或當過濾鹽水儲罐V-1402鹽水質(zhì)量不合格等情況時將不合格鹽水返送至一次鹽水。此管線自開車初期到目前為止從未使用，目前已被盲斷，管線管徑DN350，材質(zhì)為鋼骨架PE管，無論材質(zhì)與管徑均與淡鹽水管線相同。V-1402鹽水不合格管線閑置改變了被動檢修的觀念。根據(jù)工藝生產(chǎn)條件，E-1401板式換熱器換熱方式有蒸汽換熱和淡鹽水換熱2種方式，為保證不同介質(zhì)之間的隔離效果，現(xiàn)場均采用雙閥隔離。根據(jù)這一特點，在1#、3#閥之間增加1根去不合格鹽水DN300的CPVC管線(如圖1虛實線所示)，將淡鹽水通過1#、2#閥直接改道至不合格鹽水管線進行輸送。為避免閥門內(nèi)漏引起淡鹽水與過濾鹽水管線互串，在4#閥前、P-1402出口去不合格鹽水管線閥后分別增加盲板，有效避免過濾鹽水和淡鹽水互串。

圖1 淡鹽水管線改造示意圖Fig.1 Diagram of improved pipelines of depleted brine

當離子膜工序送往一次鹽水工序的淡鹽水外網(wǎng)管線發(fā)生泄漏時，可以先聯(lián)系一次鹽水打開V-401不合格鹽水管線閥門，緩慢打開2#閥，再緩慢關(guān)閉3#閥，通過閥門切換，將淡鹽水改道至不合格鹽水管線進行輸送。此時可以對淡鹽水管線進行吹掃、排凈鹽水進行補焊消漏作業(yè)。淡鹽水管線A，B線公用一根外網(wǎng)管線，A，B線開停車過程至少在10 h，管線置換、消漏作業(yè)至少在2 h，停車消漏將造成2條線產(chǎn)量損失，按目前電解槽負荷計算，損失至少在百萬元以上。淡鹽水管線的改造，不僅消除了管線泄漏隱患，有效減少了生產(chǎn)裝置的非計劃停車帶來的經(jīng)濟損失，保證了生產(chǎn)裝置的安全平穩(wěn)運行。

2 成品堿泄漏改造

離子膜生產(chǎn)工藝中精鹽水電解后電解槽陰極側(cè)產(chǎn)生氫氣和堿液，堿液進入循環(huán)槽后再經(jīng)泵輸送至蒸發(fā)工序儲罐用于生產(chǎn)高濃度液堿和片堿。成品堿的輸送采用不銹鋼管線，管線長達1 500 m左右，管線多處焊縫發(fā)生腐蝕泄漏。目前通過打管卡、打鋼帶、膠粘等方式進行處理。泄漏點增大只能停車進行焊縫補焊或切割泄漏點管線進行更換。成品堿管線A，B線公用1根外網(wǎng)管線(DN150)，A，B線開停車過程至少在10 h，管線置換、吹掃、消漏作業(yè)至少在4 h，停車消漏將造成2條線產(chǎn)量損失，按目前電解槽負荷計算，損失至少在百萬元以上。

通過對不銹鋼管線泄漏點的分析統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，不銹鋼材質(zhì)管線的泄漏幾乎發(fā)生在管線焊縫處。管線輸送的介質(zhì)為32%的氫氧化鈉溶液，是優(yōu)良的電解質(zhì)。不銹鋼管線焊縫在焊接時由于高溫處理，在焊縫處元素分布發(fā)生變化。由于晶粒表面和內(nèi)部化學成分的差異以及晶界雜質(zhì)或內(nèi)應(yīng)力的存在。腐蝕沿著晶粒間的分界面擴展，產(chǎn)生了晶間腐蝕[1]。晶間腐蝕大大降低金屬的機械強度。不銹鋼焊縫處的腐蝕影響到整條不銹鋼管線的使用，降低了不銹鋼管線的壽命。

離子膜開車補堿置換，需要8～10 h，嚴重影響開車時間，主要原因是離子膜工序輸送的低濃度堿液管線和蒸發(fā)工序向離子膜輸送堿液的管線為同一根管線，且管線長達1 300 m左右，管內(nèi)容積在27 m3左右，離子膜輸送過去的低濃度堿液在管道內(nèi)難以置換，再由蒸發(fā)送過來，離子膜置換堿濃度始終提不起來，嚴重影響開車時間。

離子膜工序廢氯吸收裝置使用的堿液是從蒸發(fā)工序輸送過來的。此堿液全部來自離子膜輸送到堿液儲槽的32%的堿液。在這趟DN80堿管線增加去離子膜堿罐V-2006的管線，電解開車時可以直接將蒸發(fā)工序的堿補過來，可以縮短開車時間5～6 h。同時P-2002往V-2006補堿管線延伸連接到新增堿管線上，將P-2006泵的回流管線接到新增堿管線上，如圖2所示。當離子膜去蒸發(fā)的成品堿管線發(fā)生泄漏時，可以改道至新增堿管線上，將堿液返送到蒸發(fā)工序，以應(yīng)急之用，減少停車，保證生產(chǎn)安全平穩(wěn)運行。

圖2 成品堿管線改造示意圖Fig.2 Diagram of improved pipelines of finished caustic soda

3 廢水管線泄漏改造

離子膜廢水至一次鹽水裝置的管線材質(zhì)為CPVC，長約2 000 m，由于運行6年多，長期暴露在室外環(huán)境，新疆晝夜溫差大造成管線多處焊縫、伸縮節(jié)泄漏，嚴重影響離子膜工序廢水的輸送。若要徹底解決泄漏問題，須要停用廢水管線，對焊縫、伸縮節(jié)等進行粘接或更換。為了減少裝置廢水產(chǎn)生，消除隱患，及時將離子膜廢水送至一次鹽水，離子膜工序技術(shù)人員現(xiàn)場實地查看，將閑置不用的管線巧妙連接，不僅能快速解決離子膜廢水罐液位高的問題，還能降低生產(chǎn)隱患。

離子膜過濾鹽水儲槽V-1402泵出口設(shè)計1根去一次鹽水的不合格鹽水管線，主要用于輸送V-1402內(nèi)的不合格鹽水到一次鹽水裝置的V-401罐內(nèi)。此管線輸送的目的地與P-1509的目的地一致。在正常情況下V-1402內(nèi)的鹽水均為合格鹽水管線，此管線的開車初期到目前為止均未使用過，使用率極低。增加1根DN80的CPVC管線將P-1509出口與新增的淡鹽水與不合格鹽水跨線進行連接(如圖3虛線管線)。

圖3 廢水管線改造示意圖Fig.3 Diagram of improved pipelines of waste water

為防止閥門操作錯誤，造成廢水進入離子膜過濾鹽水系統(tǒng)，在P-1402出口去不合格鹽水管線閥門處增加盲板，隔斷廢水與過濾鹽水可能存在的聯(lián)通。當離子膜工序送往一次鹽水工序廢水外網(wǎng)管線發(fā)生泄漏時，離子膜操作人員首先確認淡鹽水管線未使用不合格鹽水管線后聯(lián)系一次鹽水工序操作人員確認打開不合格鹽水管線進V-401手閥，確認2#閥關(guān)閉，緩慢打下圖中5#閥直至全開，再緩慢關(guān)閉4#閥，將P-1509廢水從原管線切至不合格鹽水管線。廢水此時可以對廢水管線進行吹掃、排凈廢水進行補焊消漏作業(yè)。

4 廢硫酸儲罐泄漏改造

阜康能源氯氣干燥采用三級干燥(一級填料、二級填料、三級泡罩塔)的干燥工藝。98%的濃硫酸依次進入三級泡罩塔、二級填料塔、一級填料塔內(nèi)，濃硫酸吸收氯氣中的水分后濃度被稀釋為69%～70%，一級填料干燥塔底部的硫酸液位由液位自控系統(tǒng)控制，達到一定液位值時自動打開氣動閥排酸至廢硫酸儲槽。廢硫酸儲槽內(nèi)的廢酸由廢酸泵打至罐區(qū)裝車。廢硫酸儲槽為內(nèi)襯PVC軟板，外部為碳鋼材質(zhì)，由于內(nèi)襯泄漏，造成廢硫酸儲槽腐蝕泄漏，廢硫酸泄漏對人員、環(huán)境均造成嚴重的后果。檢修廢硫酸儲槽，必須要把30萬t/a裝置A，B線停車，檢修工期至少在12 h。A，B線開停車過程至少在10 h，停車消漏將造成2條線產(chǎn)量損失，按目前電解槽負荷計算，損失至少在百萬元以上。

將一級填料塔內(nèi)的廢硫酸直接通過管線引到外網(wǎng)廢硫酸管線內(nèi)(如圖4虛線區(qū)域)，將廢硫酸儲槽切除系統(tǒng)進行檢修，不但有充足的時間完成對廢硫酸儲槽的檢修，消除安全隱患，而且還能避免裝置停車帶來的經(jīng)濟損失。當廢酸儲槽需要檢修時，操作人員將廢硫酸輸送泵停用，打開1#，2#閥，再緩慢關(guān)閉3#、4#閥。將廢硫酸切換至外網(wǎng)管線。切換前將一級填料塔內(nèi)廢硫酸液位控制氣動閥保持全關(guān)，防止切換時管線憋壓，造成人員傷害。保持A，B線一級填料塔廢硫酸輸送泵泵壓一致，避免壓力高低不同，造成廢硫酸無法正常輸送。

圖4 廢硫酸管線改造示意圖Fig.4 Diagram of improved pipelines of waste sulfuric acid

5 結(jié)語

離子膜工序承擔著為鹽酸工序提供合格的氫氣、氯氣，為液氯包裝工序提供合格的氯氣，為燒堿車間提供合格的32%堿液的任務(wù)，是為下游工序提供原料的車間，是企業(yè)正常生產(chǎn)的源頭，這使離子膜工藝生產(chǎn)連續(xù)性更強。阜康能源離子膜工序技術(shù)人員加強管理，實施了以上不同介質(zhì)、不同材質(zhì)管線的消漏改造，在經(jīng)過充分的危害分析和安全評價后，在不停車、不降量的情況下進行了改造，小改動獲得大效益，不但消除了安全隱患、改善了操作環(huán)境，而且為企業(yè)減少了經(jīng)濟損失，提高了裝置運行穩(wěn)定性，為生產(chǎn)的穩(wěn)定運行起到了保駕護航的作用。