煅燒工序熱母液輸送能力提升方法的探討

(連云港堿業有限公司，江蘇 連云港 222042)

在氨堿法生產純堿的過程中，煅燒工序在濕重堿的加熱分解生產輕質純堿時，產生的水分直接形成水蒸汽，與同時生成的CO2、氨氣、堿塵等共同組成爐氣，該混合氣體經旋風分離器后，將部分純堿固體粉末分離后，剩余氣體進熱堿液塔進一步除塵，二次除塵后的氣體進入熱母液洗滌塔，與重堿車間來的冷母液逆流接觸，將冷母液加熱，制成熱母液，后由熱母液泵輸送回重堿車間蒸氨工序。這個過程產生的熱母液由于溫度高、濃度大，輸送過程中存在很多的困難，如果處理不當，將會引發母液系統以及煅燒工序波動，嚴重時會波及全廠生產穩定運行。所以，熱母液的輸送能力是煅燒后系統重要的操作指標，我公司近十年內，多次對熱母液的輸送系統進行多項改造，消除了生產過程中存在的問題，提升熱母液的輸送能力。本文結合多年來改造成果進行總結，希望對于其他堿廠遇到同類問題有所幫助。

1 熱母液輸送過程中主要存在的問題

我公司煅燒工序原有三臺中通集團生產的TB200-150-400B(后文簡稱小泵)熱母液泵。2003年1#泵進行技術改造，更換為西安泵閥的10TB-10AFQ泵(后文簡稱大泵)，改造過程中，該臺泵獨立使用一根進液管線，其它兩臺2#、3#泵共同使用一根進液管線。

日常生產時開一臺大泵或兩臺小泵，在當時的產量條件下，生產一直很平穩。2008年，由于產能提升，熱母液輸送量需求隨之增加，原有的熱母液泵工作能力已無法滿足生產需求，一旦大泵停修，將直接導致系統減量運行。2008年我公司將3#泵改為10TB-10AFQ，管線與2#泵共用，日常生產時開一大一小兩臺泵滿足了生產，但問題隨之顯現。

表1 各種熱母液泵的主要參數

主要問題如下：熱母液輸送量在750～800 m3/h，如表1可以看出一大一小運行完全滿足生產需要。但在2008年技改后的3#泵因與小泵共用一條管線，實際作業過程中，因兩臺熱母液泵性能差距過大，為保證兩臺泵流量平衡，往往盡量將大泵進液閥門開度降低，但是尺度非常難以控制；且由于熱母液粘度隨堿塵含量、溫度等因素不斷變化，經常出現液體中含氣量過多，在經過泵體輸送時，會導致泵體的異常振動，這些振動引起了泵的軸承損傷、過流部件壽命降低、管道振動、管件螺栓頻繁松動、出口軟連接炸裂等一些故障，嚴重影響了生產穩定運行。

同時因母液中存在游離氨且本身溫度較高，在管道變徑、變向等處易出現汽泡，輸送效率低，能耗較高。

2 熱母液輸送過程中問題產生的原因分析

針對以上情況進行了認真的排查分析，主要原因有以下幾個方面：

1)管道設計布置不合理：熱母液泵進液管道是建廠初期負荷較低情況下布置結構，可以滿足當時的生產要求。在后期純堿產量提升后，雖然對熱母液泵進行能力升級，但是泵的進口管線沒有進行同步升級，特別是2#與3#兩臺泵共用一根進液管線，如果同時開啟2#與3#泵，進液管線很難滿足泵取液的要求，輸送能力大大折扣。同時泵的進液管在總管布置過于集中，也不利于泵同時運行時的取液均勻分布。

2)堿液中帶氣：氨堿法生產純堿過程中，熱母液的“汽液兩相”問題是非常明顯的，冷母液被預熱后，部分氨氣、二氧化碳等氣體充分揮發，導致輸送的液體中存在大量的氣體，這些氣體在熱母液輸送過程中，對泵、管道等沖擊非常嚴重，是振動產生的最主要根源，同時氣體也是泵的葉輪氣蝕最主要的原因。

3)泵的能力受限：前期雖然將TB200-150-400B泵升級改造為10TB-10AFQ泵，但是生產運行中能力還是不足，需要三臺泵開兩臺運行，運行時兩臺泵要人工經常調節進出口閥門，保證泵的取液均勻及泵體振動最小，穩定性不夠，同時人員調節工作量較大。

3 熱母液輸送過程中問題對生產造成的影響

上述熱母液輸送過程產生的各種問題對純堿生產造成的影響是非常明顯的，主要有以下幾個方面：

1)由于管道設計布置不合理，導致兩臺泵在輸送熱母液過程中，管道輸送能力不足，從而導致泵的輸送能力不足。

2)因塔內進出母液流量需保持平衡，所以送出熱母液流量如果減少，將會影響進入熱母液塔的冷母液量，這時爐氣在熱母液塔內得不到充分洗滌、冷卻，直接導致熱母液塔出氣溫度偏高，進而影響后系統設備運行，尤其造成冷卻系統冷卻水量被動增大。

3)熱母液輸送能力下降后，易造成熱母液塔液位偏高，進而導致煅燒爐的爐氣系統阻力增加，煅燒爐將被迫減量作業。

4)實際生產操作來看，冷母液經過熱母液塔換熱以后進入重堿熱母液桶，熱母液溫度大約在75 ℃；如果冷母液不能通過熱母液塔換熱，而是走短路直接進入重堿車間的熱母液桶，這時重堿工序的熱母液溫度大約在65 ℃，溫差大約在10 ℃，進而造成噸堿成本消耗增加。所以，冷熱母液流量平衡也是后系統控制的重點之一。

4 解決措施

4.1 工藝管線改造

進液管設計和分布不合理帶來的影響是最明顯的，所以先從進液管實施改造，將原有的兩條進液管線改為各自獨立的三條支管，各自接入三臺對應的熱母液堿泵，取液口在總管上的布置互相之間保證一定距離，避免因性能差異過大而導致兩泵爭量，進而影響熱母液的輸送。

4.2 在進液管線上增加“呼吸管”

通過上文分析，目前生產中熱母液的“汽液兩相”問題也是非常明顯的，冷母液被預熱后，部分二氧化碳等氣體揮發產生，導致輸送的液體中存在大量的氣體。從工藝改造方面在泵的進口管線上增加DN50 “呼吸管”，排出部分二氧化碳等氣體，有效解決泵的氣蝕現象。呼吸管的高度應高于母液桶的液位。

4.3 將母液洗滌塔與螺旋板換熱器、冷凝液槽做成一臺整體塔

母液往重堿轉送的時候需要母液泵來進行輸送，一是要平衡好兩個車間的母液桶液位，二是在輸送過程中因母液溫度高(我廠控制溫度是不小于67 ℃)，母液中含氨與二氧化碳，存在汽液兩相，造成泵頻繁不上量。

將母液洗滌塔與配套的螺旋板換熱器和冷凝液槽設計為一個整體，之間采用短管進行串聯，母液洗滌塔放在螺旋板換熱器與冷凝液槽的上方，從母液洗滌塔的塔底直接接一根管線到重堿熱母液桶內，利用現有的母液塔高度形成的壓力差讓母液自流至熱母液桶內，母液溫度可達到80～85 ℃，徹底解決母液通過泵輸送中出現的汽液兩相造成的泵不上量問題。最終可以將三臺熱母液泵取消掉，每年可節電280萬kWh，同時解決煅燒車間與重堿車間母液輸送的平衡問題。

圖1 母液洗滌塔改造后示意圖

4.4 熱母液泵的升級改造

首先對工藝條件進行分析，熱母液輸送量按最大輸送量計算，同時綜合考慮各方面因素，熱母液輸送量按850 m3/h來計算，取泵的工作效率70%，重力加速度g為 9.8 m/s2，可根據以下公式計算得出：

軸功率計算公式P泵=Q×H×ρ×9.8/(3 600×η×1 000)

一效堿泵Q=850 m3/h，H=60 m，η=70%，ρ=1 100 kg/m3

一效堿泵軸功率P泵=850×60×1 100×9.8/(0.7×3 600×1 000)=218.3 kW

根據軸功率計算選用電機系數，系數為1.1。泵用電機選用250KW-4高效節能電機。根據計算結果選用西安泵閥生產的12TB-10泵，同時結合現場汽液兩相的實際情況，對葉輪的流道進行加寬65 mm處理，能夠滿足現場的使用。

表2 12TB-10泵的主要參數

12TB-10泵的特點：

1)采用填料加副葉輪的動密封，具有結構簡單維修方便、低成本，密封效果好的優點，而且為了生產的穩定，要求此種密封要經久耐用。

1)葉輪、副葉輪、隔板、填料函等壁厚在原有基礎進行加厚處理，承壓較高，抗汽蝕能力更強。

3)對葉輪流道進行加寬處理，避免汽液兩相造成的泵能力下降，有效解決進口負壓，同時降低汽蝕量。

表3 改造前后生產數據比較

5 改造后運行效果

通過以上工藝及設備方面的改造后，泵使用壽命大幅延長，節約維修費用；呼吸管的增加可將母液總管中存在的二氧化碳等多余氣體排出，避免泵輸送過程中存在的汽液兩相問題，有效解決泵的氣蝕問題，穩定生產運行。同時爐氣能夠在母液塔內得到有效洗滌、冷卻，降低熱母液塔出汽溫度，減少螺旋板換熱器的循環水使用量；減輕系統阻力，產能得以提高，降低噸堿成本。

從經濟成本分析，改造后實現了熱母液泵一開一備，出口流量困難的現象將徹底解決，泵的效率得到有效提高，更為節能，每年僅電量就可為廠里節約180萬kWh。同時泵改造后備件實現統一管理，避免了同時準備兩種型號備件儲備，降低了庫存積壓。