蒸發設備再利用技術改造

張艷惠

(河南神馬氯堿發展有限責任公司，河南 平頂山 467000)

河南神馬氯堿發展有限責任公司(以下簡稱“神馬氯堿發展”)具有30萬t/a離子膜法燒堿和30萬t/a PVC裝置。為全面貫徹落實節能降耗工作精神，神馬氯堿發展多措并舉，力爭以最小的資源損耗和最低的環境破壞換取最大的經濟效益和社會效益，從而促進氯堿行業持續、迅速、穩定發展。

神馬氯堿下屬子公司新鄉正華面臨資產重組，5萬t/a鉀堿蒸發設備技術先進可靠，自動化程度高，設備材質為貴金屬。本著節約資源、深度挖潛的宗旨，將該生產設備應用于神馬氯堿發展的現有燒堿裝置上。通過對設備進行局部改造，提高生產效率和設備的再利用率，從而達到降低能源消耗的目的。

1 裝置利舊的可行性分析

蒸發和冷卻是堿液濃縮過程中最重要的化工單元[1]，蒸發裝置的性能對于整個裝置的產品質量、生產能力和消耗定額等都具有重大的影響。三效蒸發設備投資費用較大,如果將新鄉正華閑置濃縮堿設備再利用，勢必能以最少的投資完成項目建設，實現資源再利用的同時，為公司創造效益。

神馬氯堿發展離子膜法燒堿質量分數為32%，通過三效降膜逆流蒸發濃縮，將32%燒堿溶液質量分數提升至50%，同樣1 t折100%燒堿，32%的燒堿溶液與50%的燒堿溶液質量相差1 125 kg，堿液由32%濃縮到50%，直接降低了燒堿的運輸成本。為了滿足市場需要,擴大銷售半徑，降低運輸費用，提高燒堿儲存量，抵抗市場風險，并有效利用閑置蒸發堿設備，增加50%離子膜燒堿品種是十分必要的。

利舊設備是采用原5萬t/a氫氧化鉀(折100%)蒸發裝置。該鉀堿蒸發裝置于2011年投產，運行4年后停產，整套裝置處于保護閑置狀態。裝置采用三效逆流蒸發工藝，鉀堿質量分數由32%提升至50%，運行時生產1 t 50%鉀堿(折100%)消耗0.7～0.9 MPa的蒸汽530～550 kg。該技術先進可靠，自動化程度高，設備材質為貴金屬，用于蒸發燒堿技術可行。

在位置選擇上，神馬氯堿發展原膜法脫硝生產框架樓層間距、建筑面積及原料、產品的運輸儲存等條件均符合裝置布置要求。

2 項目主要實施內容

該項目分為兩期建設。一期項目整套蒸發裝置占地面積16 m×13 m，為4層框架，利用原新鄉正華閑置堿液蒸發裝置，放置在神馬氯堿發展原脫硝框架區域。將整套閑置堿液蒸發裝置全部拆除利舊再安裝，以節約管道成本。拆除酸罐區多余的稀硫酸及濃硫酸儲罐，在其位置新增2臺濃縮堿成品儲罐，并增設圍堰將其與其他酸罐隔開。隨后根據濃縮堿市場情況計劃進行二期擴建項目。

3 項目技術方案

5萬t/a 50%鈉堿蒸發裝置采用三效逆流[2]、真空蒸發工藝，其優勢在于蒸發效率高、蒸汽消耗低。

3.1 三效逆流工藝

逆流工藝即堿液的流向與加熱蒸汽的流向相反。堿液從Ⅲ效蒸發器進入，經Ⅲ效濃縮后進入Ⅱ效，經Ⅱ效濃縮后再進入Ⅰ效，最后從Ⅰ效蒸發器出來；而加熱蒸汽從Ⅰ效進入，Ⅰ效產生的二次蒸汽進入Ⅱ效，Ⅱ效產生的二次蒸汽進入Ⅲ效。逆流工藝的優點是當堿液濃度增大時堿液的溫度也升高，因此各效黏度相差不至于太大，物料流動性好，各效傳熱系數都保持在一個較高的水平。

3.2 真空蒸發

Ⅲ效蒸發器內真空度較高，真空蒸發的優點：①降低蒸發堿液的沸點，使堿液能在較低的溫度下蒸發;②大大提高整個蒸發系統的溫差，即提高整個蒸發系統的推動力，蒸發系統溫差的提高對沸點升高較大的堿液蒸發非常有利。

3.3 5臺板式換熱器回收熱能

在蒸發系統設置了5臺板式換熱器，用于回收高溫堿液和蒸汽冷凝水的熱能，進一步提高蒸發系統的熱能利用率，相應也就降低了蒸汽的消耗和運行成本。

3.4 高效能減溫器

蒸發系統設置了3臺減溫器，將蒸發罐出來的二次過熱蒸汽降到飽和溫度狀態后，送下一效加熱器加熱堿液，大大提高了傳熱效率和整個蒸發系統的蒸發效率。

3.5 分體管式降膜蒸發技術

蒸發器由加熱器和蒸發罐組成，且加熱器和蒸發罐為分體式結構，堿泵送來的堿液先進入加熱器，在加熱器頂部設置了堿液分配器和布膜器，其功能是將送入加熱器的堿液均勻分布到加熱器的整個截面，促使堿液沿著加熱器每根換熱管的內表面呈均勻的膜狀向下流動。堿液在流動過程中和殼程的加熱蒸汽進行強烈的熱交換而產生蒸發，這時換熱管中心充滿了二次蒸汽，它會帶動管內壁膜狀的堿液高速地向下流動，一起由換熱器底部出來進入蒸發罐內。沸點狀態的堿液在蒸發罐里擴容降溫而進一步產生強烈蒸發，蒸發罐產生的二次蒸汽通過上部汽液分離裝置除去液沫后從頂部出去，進下一效的加熱器殼程加熱堿液；閃蒸后的堿液從底部出來后進前一效的加熱器的管程。這樣在一個單效的蒸發器中的蒸發過程就完成了。

4 運行過程中的生產技術控制

原利舊生產裝置是用于蒸發鉀堿，鉀堿化學性質和氫氧化鈉相似，具有強堿性及腐蝕性。兩者在水中的溶解度隨溫度升高而增大，在50 ℃左右時，兩者的溶解度較接近，約為145 g。當溫度高于50 ℃時，氫氧化鈉溶解度明顯高于氫氧化鉀；而低于50 ℃時，氫氧化鈉結晶較易析出。

在裝置改造完成投用之后，由于現有生產系統蒸汽不足及鈉堿性能與鉀堿性能不同，在實際生產過程中遇到過一系列的問題，神馬氯堿發展技術人員通過分析，調整技術方案進行了及時解決。

4.1 蒸汽不足，成品堿濃度偏低

原工藝設計蒸汽壓力為0.7～0.9 MPa，實際生產過程中，蒸汽壓力只能達到0.5～0.6 MPa。

裝置在1月份投產，外界溫度偏低，把堿液流量降至9 m3/h后，成品堿質量分數僅達到46%～48%。

通過不斷優化指標，在夏季，堿液流量控制至11 m3/h，成品堿質量分數可保持在47.5%～49%，產品質量符合標準要求。

降低流量后，每天生產50%燒堿溶液135 t(折100%)，年產量可達4.5萬t左右。

4.2 管道結晶

堿液蒸發過程中極易出現管道結晶。針對濃縮堿裝置出現的Ⅰ效二段冷凝器后管道易結晶的情況進行分析，發現出Ⅰ效蒸發器后堿液濃度過高，接近50%，天氣寒冷時，通過向管道通熱水保溫可減少結晶。另外,控制各效蒸發器內壓力差保持合理壓降，保證堿液管道暢通，避免串氣造成堿液不循環而引起堿液結晶。定期對濃縮堿系統停車置換也可減少管道結晶。

4.3 Ⅲ效蒸發器真空度低

在設備試運行期間，多次出現Ⅲ效蒸發器內真空度不足，造成Ⅲ效蒸發罐液位偏低，極易發生“干蒸”情況，影響設備的使用壽命；此外，真空度不足也會造成堿液濃度分布不均，使部分濃度高的堿液析出，造成管道結晶。

該項目中，Ⅲ效蒸發罐由蒸汽冷凝器內的蒸汽冷凝產生不凝氣，通過水環式真空泵將不凝氣從系統內抽走來維持真空。而Ⅱ效冷凝水罐與Ⅲ效加熱器之間通過一個大的U形彎來保證壓力降。當Ⅱ效冷凝水罐液位調節自控閥TV-07靈敏度不夠時，極易造成Ⅱ效冷凝水罐液位抽空，導致Ⅲ效加熱器與Ⅱ效加熱器串氣，造成Ⅲ效加熱器真空度降低。

為控制Ⅲ效加熱器內真空度，通過調節自控閥定位器，避免TV-07自控閥不靈敏情況的發生，及時解決了此問題，Ⅲ效真空度達到0.095 MPa。

5 結語

5萬t/a氫氧化鈉(折100%)蒸發項目通過利用閑置鉀堿蒸發裝置，項目投入資金少，工期短，對生產過程進行控制，成功生產出合格的產品。項目建成后，每天約生產50%氫氧化鈉270 t，質量分數達到47.5%～49%，產品質量合格，蒸汽消耗低，為客戶節約了運費成本，符合項目實施初衷。從長遠利益來看，有效利用了閑置蒸發堿裝置，盤活了閑置資金，同時提高燒堿存儲量，增強了公司應對市場風險的能力。