TQZ-140型副產蒸汽氯化氫合成裝置運行總結

孫龍彬

(陜西北元化工集團股份有限公司，陜西 榆林 719319)

陜西北元化工集團股份有限公司(以下簡稱“北元化工”)一期50萬t/a聚氯乙烯、40萬t/a燒堿裝置于2010年7月開車投運。氯化氫合成裝置采用江蘇南通某公司生產的型號為TQZ-140副產蒸汽二合一氯化氫石墨合成爐，生產能力為120 t/d，副產水蒸氣2 t/h(0.25 MPa)。下面主要討論該合成爐在運行中存在的問題及處理措施。

1 生產工藝

由氯氣處理工序送來的尾氣經氯氣緩沖罐、流量調節閥進入合成爐底部燈頭,由氫處理工序送來的氫氣經氫氣后冷卻器、氫氣水霧捕集器、流量調節閥、阻火器后進入合成爐底部燈頭。這2種氣體在燈頭中充分燃燒生成氯化氫[1]，產生的熱量一部分用于生產蒸汽，另一部分被循環冷卻水帶出。生成的氯化氫一部分通過緩沖罐、石墨冷卻器、酸霧捕集器送至氯乙烯合成工序，另一部分通過一級降膜、二級降膜和尾氣吸收塔制成高純鹽酸送至電解和罐區。

1.1 氯氫配比

為保證生產穩定，該裝置設計要求氯氫體積比為1∶(1.05～1.30)，同時要求氯化氫中游離氯為0，氯化氫體積分數為93%～95%。

1.2 蒸汽系統

來自純水罐的純水通過純水泵加壓至0.58～0.62 MPa，被送至合成爐底部，產生的蒸汽進入閃蒸罐進行汽液分離，蒸汽輸送至蒸汽分配臺，再輸送至外管供用戶使用。

2 生產中出現的問題及處理措施

2.1 燈頭損壞

該合成爐采用直通式3層石英燈頭，最里層氫氣，中間層氯氣，最外層氫氣。該燈頭運行較穩定，氫氣和氯氣混合均勻，生產出的氯化氫氣體純度穩定。但在實際操作中，每次點爐時，通氯氣過程中燈頭易產生爆鳴聲，甚至炸裂;每次停車時,燈頭經常碎裂。

(1)研究發現，在點爐過程中產生爆鳴聲炸裂燈頭的原因為爐前氯氣管線沒有置換，造成氯氣純度不合格，和氫氣混合時產生爆鳴。因此在點爐時通過爐前氯氣管線上的去事故氯閥門，對爐前氯氣管線進行置換。方法為：打開去事故氯閥門，聯系DCS打開氯氣調節閥5%，打開氯氣切斷閥，置換1 min，將氯氣總管到去事故氯閥門前的管線置換為合格的氯氣；然后聯系DCS關閉氯氣調節閥、切斷閥，現場手動打開爐前氯氣手閥，置換進爐管線1 min，將事故氯閥門到合成爐的管線置換為空氣。實際運行中再未出現點爐燈頭炸裂情況。

(2)對于停爐時燈頭碎裂的情況進行研究。合成爐設定聯鎖如下：停爐后10 s氮氣閥門打開，給合成爐充氮氣置換。研究發現：因停爐后合成爐燈頭溫度較高，氮氣溫度較低，兩者溫差較大，容易造成燈頭破裂。因此，將氮氣自動閥前后手閥關閉，待停爐30 min燈頭自然冷卻后，再手動充氮氣置換合成爐。這樣做以后，再未出現合成爐燈頭碎裂的情況。管線走向如圖1所示。

圖1 進合成爐氫氣、氯氣及充氮氣管線簡圖

2.2 防爆膜爆破后碎片的處理

每臺合成爐設計有3塊防爆膜，頂部1塊，中間2塊。合成爐頂部防爆膜為露天狀態，容易受到外部因素影響而爆破(外部物體打擊，北方夏季多冰雹等)。開車初期，頂部防爆膜爆破次數最多，且炸飛的防爆膜碎片到處亂飛，極易砸傷操作人員。

處理措施：給頂部防爆膜增設防護板，選用厚度為6 cm的硬質泡沫板，置于連接防爆膜法蘭之上，不與防爆膜接觸，在防護板上增加防護網，當防爆膜爆破時，收攏防爆膜碎片。在實際運行中，效果良好。防爆膜防護蓋板示意圖如圖2所示。

圖2 防爆膜防護蓋板示意圖

2.3 合成爐底部雜質積聚

氯化氫合成爐長期運行后，夾套層純水pH值逐漸降低，水質渾濁發紅，且底部有大量“紅泥”，影響石墨塊與純水換熱。若長時間得不到清理，極易造成合成爐石墨塊堵塞，底盤換熱不均勻，最終導致石墨塊被燒裂。

原因分析：因為夾套水長期蒸發，使水的濃縮比逐漸提高，進一步使水的氫離子含量提高，導致pH值降低[2]。而水質發紅主要是因為夾套層為鐵制殼體，水中含Fe3+，長期運行導致雜質沉積在底部產生“紅泥”。

采取的措施:①每3天檢測一次夾套水pH值，偏低時進行排凈置換；②在合成爐底部鋼套兩側增加兩個長 30 cm、寬14 cm的法蘭清洗口，方便打開清洗，根據底部爐體溫度定期清理合成爐底部雜質。

2.4 循環水突然中斷，產生負壓抽吸導致爐頂防爆膜短接破損

合成爐上部冷卻段采用循環水換熱，循環水為帶壓上回水，在兩次循環水突然中斷全廠停車的事故中，均有合成爐頂部防爆膜短接被抽斷。而防爆膜短接一旦損壞就需要更換整塊石墨塊，耽誤生產，且需要大量人力物力。

處理措施：研究發現，5臺合成爐采用并聯通循環水，當循環水突然失壓時，大量循環水回流，產生很大的吸力，崗位操作人員來不及關閉循環水回水閥和打開合成爐頂部循環水排氣閥，造成循環水抽吸，將合成爐最薄弱的防爆膜短接抽壞。因此在循環水DN80回水排氣處添加止回閥，正常運行時閥門關閉，一旦循環水失壓中斷，自動打開吸氣對空，保證合成爐頂部防爆膜短接安全。如圖3所示。

圖3 合成爐循壞水回水增加止回閥示意圖

2.5 合成爐視鏡結垢

由于進合成爐的氯氣中夾帶有微量的酸泥和酸霧，氫氣中夾帶有微量的氫氧化鈉，氯氣和氫氣在合成爐內燃燒反應時，酸泥和鈉鹽就會附著在觀火視鏡上形成垢層，影響對火焰的觀察，對安全生產造成一定的影響；嚴重時使DCS和現場操作人員無法進行觀火操作，給安全生產埋下重大安全隱患。而氯化氫合成工序合成爐全部運行，對視鏡進行清洗操作勢必影響系統運行，給系統帶來不穩定因素[3]。

處理措施：在合成爐視鏡內側緊靠視鏡增設一個視鏡清洗裝置，裝置上開有3個3 mm的小孔以45°方向對準視鏡。清洗時，用專用注射器連接清洗管線，打開閥門，將清洗用純水緩慢推進合成爐內，同時聯系DCS密切注意合成爐壓力變化。

增設清洗裝置后，運行效果良好。合成爐視鏡清洗裝置如圖4所示。

圖4 合成爐視鏡清洗裝置示意圖

2.6 進合成爐氫氣彎管腐蝕泄漏

氫氣經過阻火器后進入爐底的氫氣彎管，氫氣彎管由碳鋼材質制作，其上部與燈頭連接，在合成爐內存有氯化氫氣體、水分和不凝性氣體，氯化氫氣體和水分結合會形成酸霧，酸霧在合成爐燈頭處積聚倒流，慢慢腐蝕氫氣彎管焊縫和彎頭。一旦氫氣彎管被酸霧腐蝕出現泄漏，就不得不停爐進行更換或補焊，需要大量的人力和物力，且泄漏氫氣又存在很大的著火爆炸隱患。

處理措施：將爐底氫氣彎管更換成襯氟橡膠管線，并通過法蘭、彎頭分段裝配。

改造后連續運行至今，沒有出現過因氫氣彎管腐蝕造成的合成爐非計劃停車的情況。圖5中①②③點為改造前易泄漏點。

圖5 合成爐氫氣彎管易腐蝕部位改造示意圖

3 未徹底解決的問題

閃蒸罐循環水純水互串問題。一體式副產蒸汽型合成爐通過上液管將汽水混合液輸送至閃蒸罐內，進行汽液分離。而合成爐冷卻段循環水上水管線需通過合成爐夾套將循環水輸送至石墨塊內。存在于夾套內的這段循環水管線經常性泄漏造成循環水和純水互串。分析認為是沖刷腐蝕和氣蝕造成的。①沖刷腐蝕。夾套內純水流速較快，與管線存在高速的相對運動，引起金屬損壞，這是機械性沖刷和電化學腐蝕交互作用的結果。②氣蝕。在壓力變化的情況下，金屬表面接觸流體而發生洞穴狀腐蝕。循環水管線在這兩種因素的作用下，經常性泄漏。

處理措施：對于循環水和純水互串目前只能采取停爐補焊進行處理，費時費力，且作業過程中涉及設備檢修作業、動火作業、受限空間作業，存在較大安全隱患。但目前并沒有更好的處理方案。易腐蝕泄漏循環水管線示意圖如圖6所示。

圖6 易腐蝕泄漏循環水管線示意圖

4 生產過程注意事項

因工藝原因，氯化氫合成裝置自動化程度相對較低，大量操作為手動控制，且北元化工合成爐點火方式為人工點火，對操作人員的操作能力有較高的要求。因此，生產作業過程中應采取對應措施，防止事故發生。

(1)制定出詳細的標準化操作，對生產中的每個作業進行梳理，梳理為一個操作單元。在操作單元中的每一步操作盡量做到量化控制，每個作業必須嚴格按照標準進行操作，杜絕生產事故的發生。

(2)開停車采用作業票證制度。在開停車過程中，因操作量大、操作點多，每次開停車為生產事故的高發期。針對該種情況，開停車操作過程根據標準化操作制定出停車置換票、開車系統置換票、打壓試漏記錄、點爐操作票等，要求操作人員每一步操作必須嚴格按照操作票進行操作，并對每一步作業必須進行確認，對部分關鍵性的操作采用雙人進行確認。從而杜絕開停車過程生產事故的發生[4]。

5 結語

氯化氫合成工序直接影響氯堿生產的安全、平穩、長周期運行。因此，氯化氫合成工序的安全問題必須引起足夠的重視。在實際生產中總結經驗，及時發現問題，并在最短時間內進行改進，保證氯化氫合成裝置的安全穩定運行。