鹽水精制系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化改造措施

潘存鵬，王鑫，張建英，張宇琪

（金川集團(tuán)化工新材料有限責(zé)任公司，甘肅 金昌 737100）

甘肅金川集團(tuán)金川化工新材料有限責(zé)任公司（以下簡(jiǎn)稱“公司”）40萬(wàn)t/a離子膜法燒堿項(xiàng)目一期工程于2009年7月正式投產(chǎn)。裝置生產(chǎn)能力為20萬(wàn)t/a離子膜法燒堿，20萬(wàn)t/a質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%的液堿，20萬(wàn)t/a質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99%的片堿，電解工序選用國(guó)產(chǎn)藍(lán)星（北京）化工機(jī)械有限公司（以下簡(jiǎn)稱“北化機(jī)”）高電流密度自然循環(huán)復(fù)極式離子膜電解槽。二期工程于2012年7月正式啟動(dòng)建設(shè)，裝置生產(chǎn)能力為20萬(wàn)t/a離子膜法燒堿，10萬(wàn)t/a質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%的液堿，5萬(wàn)t/a質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99%的片堿，電解工序選用國(guó)產(chǎn)北化機(jī)自然循環(huán)高電流密度復(fù)極式膜極距電解槽，于2015年5月完工，2018年6月開(kāi)始試生產(chǎn)，系統(tǒng)二次鹽水精制采用樹(shù)脂塔螯合樹(shù)脂進(jìn)行精制[1]。系統(tǒng)一二期項(xiàng)目一次鹽水工序共配置2套化鹽池裝置，3套鹽水預(yù)處理裝置（一期系統(tǒng)配置1套鹽水預(yù)處理裝置，二期系統(tǒng)配置2套鹽水預(yù)處理裝置），燒堿系統(tǒng)配置4個(gè)精鹽水儲(chǔ)罐用來(lái)儲(chǔ)存一次精鹽水（一期系統(tǒng)配置2個(gè)精鹽水儲(chǔ)罐V=1 328 m3，二期系統(tǒng)配置2個(gè)精鹽水儲(chǔ)罐V=1 328 m3）。

1 工藝簡(jiǎn)述

一期裝置二次鹽水精制系統(tǒng)將一次精鹽水儲(chǔ)罐的鹽水用過(guò)濾精鹽水泵輸送至電解工序過(guò)濾鹽水儲(chǔ)罐，過(guò)濾鹽水由過(guò)濾鹽水泵輸送至樹(shù)脂塔，經(jīng)樹(shù)脂塔過(guò)濾后的鹽水被直接輸送至鹽水高位槽，高位槽的液位由自動(dòng)閥聯(lián)鎖控制。3臺(tái)樹(shù)脂塔循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)，其中2臺(tái)在線運(yùn)轉(zhuǎn)，1臺(tái)離線再生，每隔24 h進(jìn)行一次自動(dòng)切換。二次鹽水精制單元的正常鹽水處理能力為260 m3/h，滿足每天生產(chǎn)600 t燒堿（按100%NaOH計(jì)）的需要。裝置應(yīng)能在110%的設(shè)計(jì)負(fù)荷（即最大生產(chǎn)能力286 m3/h）下正常、穩(wěn)定操作。塔中的樹(shù)脂是一種陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，在離子交換中特定的雜質(zhì)和二價(jià)陽(yáng)離子被脫除。同時(shí)一小部分離子交換樹(shù)脂在操作中被擠碎和變形成為小顆粒，這些小顆粒樹(shù)脂造成過(guò)濾鹽水通過(guò)離子交換樹(shù)脂的壓力降增大。為了在塔再生前排除這些小顆粒，樹(shù)脂塔必須周期性地用純水反洗。反洗是自動(dòng)進(jìn)行的，純水的流量由自動(dòng)調(diào)節(jié)控制。反洗水從樹(shù)脂塔頂部流到離子交換樹(shù)脂捕集器，相對(duì)較大的樹(shù)脂顆粒被回收，改造前的工藝流程圖見(jiàn)圖1。

圖1 改造前的工藝流程圖

2 存在的問(wèn)題及安全風(fēng)險(xiǎn)

2.1 存在的問(wèn)題

公司一期燒堿系統(tǒng)于2009年建成投用，裝置運(yùn)行存在以下問(wèn)題。

（1）公司地處西北，系統(tǒng)運(yùn)行至今，事業(yè)部周邊原鹽多以再生鹽為主，再生鹽品質(zhì)較差、雜質(zhì)較多且再生鹽種類不同所含的雜質(zhì)也各有不同。原鹽來(lái)源種類多且指標(biāo)參差不齊，對(duì)雜質(zhì)含量不同的原鹽不能在指標(biāo)分析后按比例精確混合使用；

（2）再生鹽雜質(zhì)較多且品質(zhì)不一，造成預(yù)處理器處理量加大，經(jīng)常出現(xiàn)預(yù)處理器返渾，影響鹽水精制，造成系統(tǒng)鹽水量不夠，影響系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行；

（3）原鹽質(zhì)量參差不齊，造成預(yù)處理器不定期返渾，返渾后不能保證一次精鹽水連續(xù)穩(wěn)定供應(yīng)；

（4）預(yù)處理器返渾后一次精鹽水不能連續(xù)供應(yīng)，目前事業(yè)部設(shè)置4個(gè)精鹽水儲(chǔ)罐，后期一二期系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)行時(shí)精鹽水儲(chǔ)罐較少，預(yù)處理器運(yùn)行異常時(shí)精鹽水儲(chǔ)罐的精鹽水不能滿足鹽水系統(tǒng)的調(diào)節(jié)需求，緩沖時(shí)間比較短。

2.2 存在的安全風(fēng)險(xiǎn)

一期系統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì)將一次精鹽水儲(chǔ)罐的鹽水用過(guò)濾精鹽水泵輸送至電解工序過(guò)濾鹽水儲(chǔ)罐，過(guò)濾鹽水由過(guò)濾鹽水泵輸送至樹(shù)脂塔，經(jīng)樹(shù)脂塔過(guò)濾后的鹽水被直接輸送至鹽水高位槽，高位槽的液位由自動(dòng)閥聯(lián)鎖控制。3臺(tái)樹(shù)脂塔循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)，其中2臺(tái)在線運(yùn)轉(zhuǎn)，1臺(tái)離線再生，每隔24 h進(jìn)行一次自動(dòng)切換；工藝設(shè)計(jì)及設(shè)備存在以下缺陷。

（1）在一次鹽水輸送過(guò)程中，由于過(guò)濾鹽水泵輸送的鹽水經(jīng)過(guò)樹(shù)脂塔要克服樹(shù)脂塔的壓降后再輸送至20 m以上的鹽水高位槽，輸送高度較高加上樹(shù)脂塔的阻力，造成過(guò)濾鹽水泵運(yùn)行壓力較大，加快了樹(shù)脂塔內(nèi)樹(shù)脂的破碎及板結(jié)，嚴(yán)重影響樹(shù)脂的使用壽命；

（2）運(yùn)行壓力過(guò)大時(shí)造成樹(shù)脂塔底網(wǎng)破裂，導(dǎo)致樹(shù)脂泄漏，泄漏的樹(shù)脂隨著鹽水進(jìn)入電解槽后附著在離子交換膜上，嚴(yán)重影響離子交換膜的使用壽命，造成電解槽槽電壓升高，嚴(yán)重時(shí)堵塞電解槽的出口軟管，造成電解槽爆炸；

（3）較大壓力運(yùn)行造成樹(shù)脂塔內(nèi)樹(shù)脂板結(jié)比較嚴(yán)重，樹(shù)脂板結(jié)后影響樹(shù)脂塔的出水效率，直接影響二次鹽水指標(biāo)及離子膜使用壽命；

（4）過(guò)濾鹽水泵運(yùn)行壓力較大時(shí)容易造成泵過(guò)載，導(dǎo)致跳泵，崗位人員如不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)鹽水高位槽的液位，液位下降后將造成電解槽鹽水?dāng)嗔鳎斐上到y(tǒng)跳車、電解槽損傷；

（5）樹(shù)脂塔內(nèi)樹(shù)脂板結(jié)后在樹(shù)脂塔再生時(shí)需要用大量的純水對(duì)樹(shù)脂塔進(jìn)行大流量反洗沖開(kāi)板結(jié)的樹(shù)脂，板結(jié)越嚴(yán)重反洗時(shí)浪費(fèi)的純水越多；

（6）泵出現(xiàn)異常、樹(shù)脂塔底網(wǎng)破裂或一期系統(tǒng)3臺(tái)樹(shù)脂塔出現(xiàn)故障時(shí)，樹(shù)脂塔系統(tǒng)無(wú)法精制二次精鹽水，導(dǎo)致系統(tǒng)停車，精鹽水無(wú)法置換滯留在電解槽內(nèi)的氣體，可能會(huì)形成爆炸性混合氣體，損傷離子膜及電解槽極網(wǎng)；

（7）一期樹(shù)脂塔運(yùn)行過(guò)程中每天在樹(shù)脂塔出口取樣進(jìn)行化驗(yàn)分析，取樣時(shí)由于精鹽水對(duì)指標(biāo)要求比較嚴(yán)格，每次取樣時(shí)對(duì)取樣瓶要進(jìn)行多次清洗，造成精鹽水浪費(fèi)；

（8）事業(yè)部一期樹(shù)脂塔出口沒(méi)有安裝pH在線監(jiān)測(cè)裝置，樹(shù)脂對(duì)Ca2+、Mg2+的交換能力隨鹽水的pH值上升而增大，但一般不大于11，因?yàn)辂}水pH值大于11時(shí)，在高濃度鹽水中的Mg2+以Mg（OH）2膠狀沉淀存在，如果過(guò)濾器的過(guò)濾能力下降會(huì)導(dǎo)致分子狀態(tài)的Mg（OH）2進(jìn)入樹(shù)脂塔，螯合樹(shù)脂對(duì)分子態(tài)的Mg（OH）2膠狀沉淀是沒(méi)有螯合交換能力的，影響螯合樹(shù)脂的使用壽命，造成樹(shù)脂塔出口鹽水不合格進(jìn)而影響電解槽的運(yùn)行，存在安全風(fēng)險(xiǎn)。

3 改造方案

通過(guò)研究論證，將一、二期裝置一次鹽水工序3臺(tái)預(yù)處理器、HVM裝置串連，新增2個(gè)精鹽水儲(chǔ)罐，新增1套超純鹽水系統(tǒng)，將目前的工藝由“一次精鹽水儲(chǔ)罐+過(guò)濾鹽水儲(chǔ)罐+過(guò)濾鹽水泵+樹(shù)脂塔+高位槽”改為“一次精鹽水儲(chǔ)罐+過(guò)濾鹽水儲(chǔ)罐+過(guò)濾鹽水泵+樹(shù)脂塔+超純鹽水儲(chǔ)罐+超純鹽水輸送泵+高位槽”的精制工藝，改造后的工藝流程圖見(jiàn)圖2。

圖2 改造后的工藝流程圖

4 改造內(nèi)容

（1）新設(shè)一個(gè)原鹽混合場(chǎng)地

用現(xiàn)有的原鹽堆放場(chǎng)地將拉來(lái)的原鹽進(jìn)行指標(biāo)分析，依照分析的指標(biāo)按比例混合后運(yùn)至化鹽池進(jìn)行化鹽，根據(jù)原鹽分析指標(biāo)精準(zhǔn)控制精制劑的加入量，精確控制一次鹽水的指標(biāo)，提高一次鹽水的合格率。

（2）將一二期3臺(tái)預(yù)處理器連通

目前一期的一臺(tái)預(yù)處理器與二期的一臺(tái)預(yù)處理器已經(jīng)連通，把剩余的一臺(tái)也繼續(xù)連通，連通后3臺(tái)預(yù)處理器串通使用，可以有效保證3臺(tái)預(yù)處理器的制水量。

（3）新增2個(gè)精鹽水儲(chǔ)罐

新增2個(gè)精鹽水儲(chǔ)罐，在指標(biāo)及設(shè)備設(shè)施正常時(shí)多儲(chǔ)存精制鹽水，保證設(shè)備設(shè)施出現(xiàn)異常時(shí)有更多的緩沖時(shí)間來(lái)調(diào)整鹽水指標(biāo)，也能保證一二期系統(tǒng)全部生產(chǎn)時(shí)精鹽水的連續(xù)穩(wěn)定供應(yīng)。

（4）新設(shè)1個(gè)超純鹽水儲(chǔ)罐

將現(xiàn)有的過(guò)濾精鹽水儲(chǔ)罐改為超純鹽水儲(chǔ)罐，用來(lái)儲(chǔ)存樹(shù)脂塔過(guò)濾后的超純鹽水，超純鹽水儲(chǔ)罐的配置可以有效降低因樹(shù)脂塔出現(xiàn)故障而導(dǎo)致系統(tǒng)停產(chǎn)后無(wú)法置換電解槽鹽水而造成的電解槽內(nèi)爆炸性混合氣體的形成，減輕對(duì)離子膜、電解槽的損傷。

（5）新增2臺(tái)過(guò)濾鹽水輸送泵

新增的2個(gè)一次精鹽水儲(chǔ)罐串通配置2臺(tái)過(guò)濾鹽水輸送泵（Q=300 m3/h，H=45 m），用來(lái)輸送過(guò)濾精鹽水至樹(shù)脂塔，新增過(guò)濾精鹽水直接經(jīng)過(guò)樹(shù)脂塔不用上高位槽，有效降低樹(shù)脂塔的運(yùn)行壓力，降低泵的運(yùn)行電流，減少螯合樹(shù)脂的破碎率，降低樹(shù)脂塔底網(wǎng)的破裂幾率進(jìn)而降低電解槽的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

（6）新設(shè)2臺(tái)超純鹽水輸送泵

將現(xiàn)有的過(guò)濾鹽水輸送泵改為超純鹽水輸送泵，新設(shè)超純鹽水輸送泵直接將超純鹽水輸送至鹽水高位槽，可以有效降低超純鹽水輸送泵的壓力，降低異常跳泵的頻次，精確控制鹽水高位槽的液位，降低泵的運(yùn)行電流，保證系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行，降低生產(chǎn)成本。

（7）超純鹽水輸送泵增加遠(yuǎn)程報(bào)警裝置

在電解崗位操作室增加遠(yuǎn)程報(bào)警裝置監(jiān)測(cè)超純鹽水輸送泵的運(yùn)行狀況，泵停止運(yùn)行后操作室馬上報(bào)警，使崗位操作員能第一時(shí)間得到提醒，報(bào)警后立即去現(xiàn)場(chǎng)啟動(dòng)備用泵，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

5 實(shí)施效果

（1）樹(shù)脂塔的運(yùn)行壓力由改造前的0.45 MPa降低至目前運(yùn)行的0.2 MPa，樹(shù)脂塔降低的運(yùn)行壓力有效減少螯合樹(shù)脂的破碎率、螯合樹(shù)脂的板結(jié)，延長(zhǎng)螯合樹(shù)脂的使用壽命，減少了樹(shù)脂塔因大流量反洗浪費(fèi)的純水。

（2）有效降低了機(jī)泵的運(yùn)行電流，降低了電耗。

（3）可以使鹽水系統(tǒng)的廢水全部回收利用，替代了一次水使用，降低了水耗。

（4）可以使系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)，降低系統(tǒng)異常停車的頻次，提高鹽水精制系統(tǒng)的合格率和風(fēng)險(xiǎn)處置能力，為離子膜電解槽的安全運(yùn)行保駕護(hù)航。

6 經(jīng)濟(jì)效益分析

樹(shù)脂塔每次反洗節(jié)約的純水量為60 m3，每年330天運(yùn)行，年節(jié)約純水量19 800 m3。

純水以15元計(jì)算，19 800×15=29.7（萬(wàn)元）；年節(jié)約電費(fèi)約2萬(wàn)元；年節(jié)省樹(shù)脂約合10萬(wàn)元；年節(jié)約費(fèi)用合計(jì)41.7萬(wàn)元。