合成系統(tǒng)熱水工況問題分析

王紅禮

（唐山三友氯堿有限責(zé)任公司，河北 唐山063305）

唐山三友氯堿有限責(zé)任公司隸屬于唐山三友集團(tuán)，公司主要產(chǎn)品有32%液堿、50%液堿、32%鹽酸、36%鹽酸、液氯以及多種型號(hào)聚氯乙烯樹脂。其中燒堿產(chǎn)能53 萬t/a，全部采用離子膜法制堿工藝。 燒堿電解工序產(chǎn)出的燒堿用于外售和自用， 產(chǎn)出的氫氣和氯氣主要用于合成工序制取氯化氫氣體。

1 氯化氫合成反應(yīng)熱回用狀況

燒堿系統(tǒng)共3 條生產(chǎn)線， 對應(yīng)合成工序配套氯化氫合成爐見表1。

氯化氫合成過程中釋放大量的熱，50%的熱量用于生產(chǎn)0.4 MPa 的蒸汽， 所有副產(chǎn)蒸汽可有效供給聚氯乙烯干燥系統(tǒng)耗用。 其余50%的熱量供給溴化鋰制冷系統(tǒng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)降溫-制冷平衡。 水汽車間有4 臺(tái)機(jī)組使用合成爐熱水換熱， 溴化鋰制冷系統(tǒng)見表2。

表1 合成工序合成爐分配表

2 合成爐熱水工藝流程

燒堿熱水合成爐其熱水為閉路循環(huán)， 一二期生產(chǎn)線熱水均配有熱水罐，兩期熱水罐罐體聯(lián)通，用以平衡溫度及液位。 每期熱水罐內(nèi)熱水經(jīng)熱水泵加壓后（壓力約0.25 MPa）進(jìn)入熱水合成爐，吸收氯化氫的熱量后大部分送往溴化鋰、 一次鹽水及電解工序，在換熱器內(nèi)與介質(zhì)換熱后返回至合成崗位熱水罐。 小部分熱水通過壓力回流閥直接返回?zé)崴蓿ㄒ妶D1）。 溴化鋰系統(tǒng)是合成爐熱水主要的熱平衡裝置， 其中一期合成爐熱水供01#、03# 溴化鋰機(jī)組，二期合成熱水供北02#、03#、04# 溴化鋰機(jī)組使用（見圖2）。

表2 溴化鋰制冷系統(tǒng)表

圖1 合成爐熱水供應(yīng)示意圖

圖2 一二期合成熱水供溴化鋰示意圖

3 溴化鋰機(jī)組運(yùn)行原理及流程

溫水吸收式制冷機(jī)是以熱水作為加熱源的單效吸收式制冷機(jī)組。制冷劑采用純水，吸收劑采用溴化鋰溶液。 單效吸收式制冷機(jī)主要包括蒸發(fā)器、 吸收器、冷凝器、發(fā)生器（再生器）、熱交換器、冷劑泵、溶液泵、噴淋泵以及抽氣裝置等。制冷劑（冷劑水）經(jīng)冷劑泵噴淋進(jìn)入蒸發(fā)器，在真空（4 kPa）狀態(tài)下，吸熱蒸發(fā)，使管內(nèi)冷水降溫。蒸發(fā)產(chǎn)生的制冷劑蒸氣在吸收器中被來自發(fā)生器的具有強(qiáng)吸濕能力的濃溴化鋰溶液吸收，以保持容器的真空狀態(tài)，吸收制冷劑蒸氣后的稀溴化鋰溶液由溶液泵加壓經(jīng)熱交換器換熱后送入發(fā)生器，在發(fā)生器中稀溶液經(jīng)熱水換熱，解吸出制冷劑蒸氣與濃溶液。制冷劑蒸氣進(jìn)入冷凝器中，被冷卻凝結(jié)成液體后，進(jìn)入冷劑箱繼續(xù)循環(huán)使用。高溫濃溶液經(jīng)熱交換器與稀溶液換熱，回到吸收器，完成制冷循環(huán)。

溴化鋰機(jī)組的熱水來自燒堿合成崗位， 由合成崗位的熱水泵送入管網(wǎng)后， 進(jìn)入溴化鋰機(jī)組換熱使用后再回到熱水回水總管，實(shí)現(xiàn)熱水的降溫循環(huán)使用。

4 熱水系統(tǒng)壓力與溫度波動(dòng)問題

案例分析：溴化鋰機(jī)組運(yùn)行不穩(wěn)，造成合成爐熱水壓力、溫度波動(dòng)，原因分析及解決措施見表3。

表3 熱水系統(tǒng)壓力與溫度波動(dòng)問題及解決措施

2020 年3 月13 日， 水汽車間溴化鋰機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)為01#、02#、04# 運(yùn)行，03# 溴化鋰機(jī)組停機(jī)檢修。18 點(diǎn)30 分兩條線合成崗位主控人員發(fā)現(xiàn)，熱水泵出口壓力約有30 kPa 的波動(dòng)，供水溫度約有5 ℃的波動(dòng)。懷疑因北3#溴化鋰機(jī)組同時(shí)使用兩期合成熱水，機(jī)組進(jìn)口熱水兩條線互串影響壓力波動(dòng)。及時(shí)聯(lián)系化工操作人員，關(guān)閉一期合成熱水進(jìn)北3#溴化鋰機(jī)組進(jìn)口閥門。經(jīng)過一段時(shí)間觀察，一期合成爐熱水壓力繼續(xù)波動(dòng)，二期熱水壓力穩(wěn)定無波動(dòng)。現(xiàn)場檢查北1#溴化鋰機(jī)組運(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn)機(jī)組熱水容量閥每間隔4 min 波動(dòng)一次， 閥門開度由100%關(guān)至50%，每次持續(xù)時(shí)長約10 min。 檢查機(jī)組PLC 控制面板，發(fā)現(xiàn)因蒸發(fā)器冷劑水液位高，機(jī)組強(qiáng)制減載控制機(jī)組發(fā)生器熱水量，來降低冷劑水液位；待冷劑水液位降低時(shí)，熱水容量閥自動(dòng)加載至100%，提高機(jī)組負(fù)載量。分析冷劑水液位波動(dòng)原因：在機(jī)組滿載時(shí)， 一期合成爐熱水進(jìn)01#溴化鋰機(jī)組熱水量約為350 m3/h；機(jī)組進(jìn)口熱水溫度為94 ℃，出口溫度為82 ℃；機(jī)組消耗熱量為4.2×103×350×（94-82）×70%=1.234 8×107（J）。

機(jī)組滿負(fù)荷時(shí)制冷量約為0.837×107J。

根據(jù)以上判斷，因一期合成熱水爐有點(diǎn)爐操作，合成爐熱水量增加，又因03#溴化鋰機(jī)組檢修停用，01# 溴化鋰機(jī)組加至滿載無法滿足當(dāng)前一期合成爐熱水循環(huán)熱量， 故判定合成爐熱水熱量大于機(jī)組滿載制冷量，引起冷劑水量波動(dòng)，溴化鋰機(jī)組熱水容量閥閥位變化，引發(fā)合成爐熱水壓力波動(dòng)。

5 總結(jié)

現(xiàn)有工況下燒堿合成系統(tǒng)大部分熱量都是靠水汽車間溴化鋰機(jī)組吸收熱量， 一小部分靠介質(zhì)換熱器吸收熱量?？刂其寤嚈C(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行，成為影響燒堿合成系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵因素。 合理控制計(jì)算匹配合成爐進(jìn)溴化鋰熱水量， 使溴化鋰機(jī)組用熱達(dá)到最優(yōu)值，發(fā)揮機(jī)組最高效能。