氯化氫石墨冷卻器運行總結

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40萬t/a燒堿裝置于2010年10月開車投運，其中氯化氫生產工序氯化氫冷卻設備使用的是江蘇南通某公司生產的氯化氫石墨冷卻器。石墨冷卻器是氯化氫合成工序的重要設備，來自氯化氫緩沖罐的氯化氫氣體經冷卻器降溫除水，達到要求的工藝指標后，再輸送到氯化氫酸霧捕集器，去除酸霧后送至聚氯乙烯合成工序。

1 生產工藝

1.1 工藝流程

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，氫處理工序送來的氫氣經氫氣后冷卻器、氫氣水霧捕集器，由流量調節閥、阻火器，進入合成爐底部燈頭。這2種氣體在石英燈頭中充分燃燒生成氯化氫氣體[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HCl 氣體一部分通過氯化氫緩沖罐、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罐區和電解系統。

1.2 石墨冷卻器運行方式

一期裝置有兩條氯化氫生產線，每條生產線有氯化氫石墨冷卻器3臺，生產中采用開二備一的運行模式，通過兩級串聯冷卻，將氯化氫溫度控制在指標范圍，換熱介質采用-26 ℃冷凍鹽水。石墨冷卻器工藝流程如圖1所示(紅色部分為在用設備管線)。

1.3 參數控制

氯化氫中含水質量分數控制指標小于3×10-4,一級石墨冷卻器冷卻溫度(-11±2) ℃，二級石墨冷卻器冷卻溫度(-15±2)℃，氯化氫氣體送聚氯乙烯合成溫度(-14±2)℃。

2 運行中易出現的問題及采取的措施

2.1 冷凍鹽水泄漏

石墨冷卻器運行過程中冷凍鹽水走殼程，氯化氫氣體走管程。當冷凍鹽水泄漏進管程內時，氯化氫氣體溶解于冷凍鹽水，并放出大量的熱，導致氯化氫氣體溫度升高,超出指標范圍；嚴重時冷凍鹽水堵塞氯化氫氣體出口管線，造成壓力波動。如處理不及時可能導致合成爐過氯和聚氯乙烯停車事故。

圖1 石墨冷卻器工藝流程示意圖

日常運行按時觀察石墨冷卻器下酸情況及石墨冷卻器出口氯化氫溫度。如發現下酸增多、顏色發黃渾濁，且石墨冷卻器出口溫度升高，則可判斷為石墨冷卻器冷凍鹽水串入氯化氫系統內，應及時切換備用石墨冷卻器，對故障設備進行檢修。

2.2 冷卻器進出口壓差升高

第1臺石墨冷卻器進口和第3臺石墨冷卻器出口分別裝有遠傳壓力變送器，用來觀察3臺石墨冷卻器總壓差。正常運行時壓差范圍在5 kPa左右(根據經驗,每臺石墨冷卻器壓差在2 kPa左右)，當進出口壓差大于7 kPa，或者壓力較正常運行時高2 kPa時，可認定石墨冷卻器壓差升高，須檢查處理。

通常石墨冷卻器壓差增高原因有3個。①石墨冷卻器在運行時溫度設置過低，導致石墨冷卻器內鹽酸結晶(通常發生在石墨冷卻器投用初始階段)。處理措施為緩慢調節冷凍鹽水閥門開度，提高氯化氫溫度，但要保證在指標范圍內。②石墨冷卻器進出口襯塑管線襯塑鼓泡或者翹起，氯化氫氣體流通面積減小，導致壓差升高。處理措施為調節氯化氫氣體流量，檢查、更換管線。③遠傳壓力變送器故障。處理措施為聯系儀表人員重新標定校正。

2.3 冷卻器管線泄漏

氯化氫石墨冷卻器進出口為鋼襯塑管線，由于這兩種材質熱脹冷縮參數不同，經過長時間運行后，襯塑脫離鋼管線，在法蘭面連接處易造成泄漏。另外，北元化工一期裝置石墨冷卻器進出口襯塑管線的大部分管件是在后期加工連接的，并非前期一體成型，因此，連接部位也容易開裂鼓起，使氯化氫氣體滲漏進管線夾層，腐蝕鋼管線，造成泄漏，如圖2所示。

圖2 石墨冷卻器管線短節腐蝕情況

巡檢時多注意觀察，發現管線外壁有酸漬時，及時處理;發現泄漏時,及時切換。

2.4 切換過程中出現的問題及注意事項

當設備管線存在問題時，要及時切換備用石墨冷卻器。切換前務必檢查確認到位，否則可能引發事故。切換石墨冷卻器前應從以下幾方面做好檢查確認工作。

2.4.1 切換前的檢查

檢查備用石墨冷卻器進口和出口排酸閥門的開關情況；檢查備用石墨冷卻器內部有無積酸，若有積酸，應排凈。當班崗位人員還應了解備用石墨冷卻器備用期有無檢修情況，了解石墨冷卻器內介質濃度，避免發生事故。

案例:某日，在切換石墨冷卻器過程中，當班崗位人員按照操作規程，檢查石墨冷卻器閥門開關和內部積酸情況。崗位人員發現石墨冷卻器內有積酸，隨即打開放凈閥門排放積酸，積酸排放完后，即聯系DCS操作人員進行石墨冷卻器切換。在切換過程中，崗位人員緩慢打開石墨冷卻器進口閥門，瞬間聽見大量氣流流動聲音，立即關閉閥門，并詢問DCS流量、壓力情況。DCS參數顯示，總管流量瞬間波動4 000 m3/h，導致聚氯乙烯合成崗位流量報警。事件原因為，備用石墨冷卻器備用期間曾經檢修過進口短節，檢修期間檢修人員為稀釋進口處酸霧，曾用純水沖洗進口，導致純水進入石墨冷卻器內，檢修完成后未及時排放。切換前，崗位人員雖排放了石墨冷卻器內部稀酸，但在石墨冷卻器內壁上懸掛有大量水滴，氯化氫氣體極易溶于水，在打開石墨冷卻器進口瞬間，大量氯化氫被水吸收使石墨冷卻器內產生負壓，導致氯化氫總管流量波動。

2.4.2 注意氯化氫總管壓力參數變化

在切換石墨冷卻器時，一定要與DCS密切配合，隨時詢問氯化氫總管壓力及流量變化，避免引起壓力波動而造成的過氯停車事故，且切換前應適當增大合成爐氫氣、氯氣配比。

案例:某日，在切換石墨冷卻器過程中，A線氯化氫石墨冷卻器出口管線襯塑脫落(如圖3所示)，堵塞管線，造成合成爐爐壓上漲至66.33 kPa，3#合成爐防爆膜瞬間爆破，然后，系統壓力降至9.01 kPa，有機系統氯化氫低流量聯鎖停車，氯化氫A線出酸。分析原因認為,在石墨冷卻器切換過程中，由于流量及流動方向變化導致襯塑管線連接部位鼓泡翹起，導致壓力升高，合成爐防爆膜爆破。

圖3 石墨冷卻器管線襯塑接口翹起圖示

2.4.3 切換前冷凍鹽水開度影響

切換前，應適當開啟冷凍鹽水閥門，給備用石墨冷卻器降溫。閥門開度過小，不能及時將氯化氫氣體溫度控制到指標范圍內，導致總管氯化氫溫度超標；閥門開度過大，會導致石墨冷卻器內氣體(主要包含為氯化氫氣體、空氣等)結晶，嚴重時凍壞石墨冷卻器，并系統時導致石墨冷卻器壓差升高無法控制，最終導致無法并入系統。另外，石墨冷卻器溫度檢測點設置在石墨冷卻器出口位置，當冷凍水打開時，由于石墨冷卻器內氣體不流動，出口位置溫度變化遲緩，不能有效反映石墨冷卻器內真實溫度。可以微開石墨冷卻器進出口閥門，讓氣體流動起來，保證出口溫度的真實客觀性。

2.4.4 閥門日常維護保養，避免閥門無法動作

本系統石墨冷卻器進出口閥門均為DN600的襯塑蝶閥，在室外情況下，閥門傳動機構銹蝕情況時有發生，導致閥門動作困難。日常運行時,要注意閥門的維護保養，經常性潤滑防腐，保證閥門完好。

3 總結

石墨冷卻器是氯化氫送氣系統中的重要設備，它承擔著給氯化氫降溫除水的重要任務，日常運行中一定要認真巡檢，及時排除隱患，避免事故發生。