液氯充裝系統(tǒng)技術(shù)改造

陳秀原

(廣西柳化氯堿有限公司，廣西 柳州 545600)

廣西柳化氯堿有限公司(以下簡稱“柳化氯堿”)2019年初形成20萬t/a燒堿生產(chǎn)規(guī)模，液氯產(chǎn)能達12.55萬t/a。氯氣液化崗位產(chǎn)能10～12 m3/h，折400 t/d。園區(qū)內(nèi)消耗200 t/d多液氯，但仍需充裝液氯100 t/d以上，園區(qū)內(nèi)耗氯企業(yè)生產(chǎn)不正常時充裝液氯達200 t/d以上，因此，液氯充裝系統(tǒng)的重要性不言而喻。

1 改造前液氯充裝工藝

液氯儲槽的液氯經(jīng)屏蔽泵抽出，加壓至1.3～1.4 MPa，分別用多臺帶過載報警儀和自動控制裝載量的電子秤充裝。用戶返回的鋼瓶須經(jīng)檢驗合格后方可充裝，包裝時切忌超重。每臺秤充裝完成后充裝管內(nèi)余氯由納氏泵抽至事故氯處理裝置處理。 改造前液氯充裝工藝流程如圖1所示。

原液氯充裝系統(tǒng)主要問題如下。

(1)液氯充裝泵的操作和維修存在安全隱患。柳化氯堿液氯充裝泵原來使用的是屏蔽泵，為保證屏蔽泵的氣蝕余量，泵的安裝深度要足夠深，泵的進、出口閥及現(xiàn)場壓力表均在地坑的下部。每次開、停泵操作都屬于進入受限空間作業(yè)，需要辦理進入受限空間作業(yè)證，每次操作至少要有2個人(其中1人為監(jiān)護人員)。當屏蔽泵因故障跳停后，為辦證而取樣分析需要很多時間，等辦好證后再開泵，充裝工作影響較大，對下游用氯企業(yè)生產(chǎn)影響也很大。常白班人員下班后辦證所花的時間更長，影響就更大。屏蔽泵跳停后需要盡快開回來，操作人員不辦證就直接下地坑開泵，既違反安全操作規(guī)程，又確實存在安全隱患。當泵或坑下管道有液氯泄漏，需要進行維修時，因為氯氣密度比空氣密度大，置換需要花很長時間才合格。地坑過深通風(fēng)不好，環(huán)境潮濕，容易對坑下設(shè)備、管道造成腐蝕。2020年4月屏蔽泵本體回流管被腐蝕斷裂，造成大量的液氯泄漏，雖然發(fā)現(xiàn)及時，處理方法正確，但造成的影響還是很大。

1—液氯儲槽； 2—屏蔽泵；3—充裝稱；4—納氏泵；5—一級吸收塔；6—一級堿液循環(huán)槽；7—一級堿液循泵；8—二級吸收塔； 9—二級堿液循環(huán)槽 ；10—二級堿液循環(huán)泵 ；11—鈦引風(fēng)機。圖1 改造前液氯充裝工藝流程

(2)液氯充裝銅管及其抽負管連接不合理。開車后2年左右，陸續(xù)接到用戶投訴有些鋼瓶在使用過程中出現(xiàn)液氯出不來或出來速度慢的情況，檢查后發(fā)現(xiàn)是液氯鋼瓶瓶閥有堵塞，反復(fù)查找原因，發(fā)現(xiàn)鋼瓶內(nèi)部有較多黏性強的雜質(zhì)。最初懷疑是氯處理干燥塔有問題，造成氯氣水含量超標，因為當時干燥塔有一層泡罩塔液位偏低，認為該層泡罩塔干燥效果差或未起到干燥作用。但是在氯壓機后分配臺處多人次反復(fù)檢測氯氣含水，數(shù)值雖然偏高，但是均在工藝指標范圍內(nèi)。氯氣液化采用氟利昂螺桿壓縮機降溫液化，管、殼分離，不引進新的介質(zhì)。在充裝現(xiàn)場研究后發(fā)現(xiàn)液氯充裝后抽負壓時管道上有結(jié)霜現(xiàn)象。管道外壁結(jié)霜很大，內(nèi)壁負壓抽入空氣，考慮到管道內(nèi)壁由于抽入環(huán)境空氣，其中積水比表面更大。積水殘留在管道中，在進行第二瓶液氯充裝時雖然關(guān)閉了抽負壓閥門，但管道內(nèi)積水多，當時的管道結(jié)構(gòu)無法排出管道內(nèi)積水而留在管道中，在第二次充裝時流入液氯鋼瓶中，水與氯氣在液氯鋼瓶中會腐蝕鋼瓶內(nèi)壁，生成FeCl3。用戶使用液氯時，用氯量少則瓶閥開度小，碰到鋼瓶內(nèi)FeCl3比較多時瓶閥就容易堵塞。

(3)抽負裝置不穩(wěn)定也不經(jīng)濟。每充裝好1瓶液氯后，銅管內(nèi)有少量的液氯需要抽走，并用燒堿吸收。柳化氯堿設(shè)計時是用氯處理崗位的納氏泵抽吸送進事故氯裝置進行處理。開車后4年內(nèi)納氏泵的運行還比較穩(wěn)定，只檢修過3次；5年后運行就開始變得不正常，后期基本上運行三四個月就要檢修1次，主要是納氏泵的葉輪被腐蝕，抽力變小。到2017、2018年，經(jīng)常運行不到1個月，有時甚至半個月就要更換1次納氏泵的葉輪。購買葉輪要1萬元左右；崗位員工要進行工藝處理，分廠維修工更換葉輪也要花較長時間，人力成本也不低；對液氯充裝工作影響也比較大。納氏泵后的氣液分離器分離效果不好時還會將硫酸帶進一級吸收塔，增加了燒堿的消耗，副產(chǎn)品次氯酸鈉會含有硫酸根，對次氯酸鈉的品質(zhì)和產(chǎn)品銷售有影響。

2 改造后液氯充裝工藝

改造后液氯儲槽的液氯經(jīng)磁力泵抽出，加壓至1.3～1.4 MPa分別用多臺帶過載報警儀和自動控制裝載量的電子秤充裝。用戶返回的鋼瓶須經(jīng)檢驗合格后方可充裝，包裝時切忌超重。每臺秤充裝完成后充裝銅管內(nèi)余氯由水力噴射泵抽至事故氯處理裝置處理。 改造后液氯充裝工藝流程如圖2所示。

對原液氯充裝系統(tǒng)進行以下技術(shù)改造。

(1)有關(guān)液氯充裝泵(屏蔽泵)存在的安全問題。有人建議用蒸發(fā)包裝，即用熱水加熱，加壓后包裝，這種方法實際上比較落后，就算能解決安全問題，園區(qū)下游企業(yè)用氯也不能達到穩(wěn)定供給，顧此失彼。也有建議改用液下泵包裝，但液下泵缺點比較多：①須要增加中間槽，并且操作時須控制中間槽液位；②維修較復(fù)雜且須定期更換密封；③維護率高且費用大；④需要密封氣，故沒有采用。最終選定了用磁力泵代替屏蔽泵作液氯充裝泵方案，磁力泵所需的地坑深度只需要1.0 m，就能保證磁力泵的氣蝕余量，而且磁力泵是立式的，安裝時電動機已經(jīng)有部分露出地面，泵的所有進出口閥門均安裝在地面上，開、停泵均在地面上進行，屏蔽泵的安全問題都得到了有效解決，辦理進入受限空間作業(yè)證的程序就沒有了，一個人就可以完成操作。這個方案唯一的缺點是磁力泵價格比屏蔽泵高。

1—液氯儲槽； 2—磁力泵；3—充裝稱；4—緩沖罐；5—緩沖罐；6—水力噴射泵；7—一級吸收塔；8—一級堿液循環(huán)槽；9—一級堿液循環(huán)泵；10—二級吸收塔；11—二級堿液循環(huán)槽；12—二級堿液循環(huán)泵；13—鈦引風(fēng)機。圖2 改造后液氯充裝工藝流程

(2)液氯抽負接頭改裝在充裝閥后接入，只抽DN14的銅管內(nèi)的少量液氯，減少每次氯氣抽負總量；將液氯抽負管PCD-6019A～H-50由豎直向上走改為水平管道，使用DN80管道，同時使其有一定的位差，使冷凝液體進入管道后順利排走；在管道后安裝一緩沖罐，收集的凝液由崗位人員定時排出。改造后抽負時間減少，以往將液氯充裝管內(nèi)殘余液氯抽出需要10～20 min，改造后需要抽出的殘余液氯總體積減小，用于抽空管道的時間只需要5 min，充裝效率提高；新增排污罐內(nèi)截獲較多污垢，這些污垢在改造前大多會隨著液氯充裝進入液氯鋼瓶，堵塞管道、腐蝕瓶壁，改造后液氯品質(zhì)明顯改善。清洗后的液氯鋼瓶用該系統(tǒng)充裝，出廠的產(chǎn)品再沒有受到用戶的投訴。該改造減少積水進入液氯鋼瓶，可以降低液氯鋼瓶腐蝕速度，提高液氯鋼瓶使用運輸?shù)陌踩禂?shù)。

(3)為了在納氏泵故障時繼續(xù)充裝液氯，在操作方便的地方將抽負管接入泄壓管，并加裝閥門，利用事故氯裝置的鈦引風(fēng)機抽走銅管內(nèi)的少量液氯。這種方法負壓偏小，充裝速度慢。而且鈦引風(fēng)機24 h不停運轉(zhuǎn)是為異常情況下保安，只能作為應(yīng)急用。為了降低納氏泵葉輪被腐蝕的速度，縮短了更換納氏泵所用硫酸的時間，更換了液氯包裝到納氏泵的抽負管。納氏泵的運行情況有所好轉(zhuǎn)。但隨著納氏泵所用硫酸更換頻率的增加，所用濃硫酸增加，產(chǎn)生的廢硫酸增多，增加了產(chǎn)品成本和處理廢硫酸的成本。最終有技術(shù)人員提出：在事故氯裝置的一級吸收塔外部裝一個水力噴射泵，噴射泵出口連接一級吸收塔下部，利用一級堿液循環(huán)泵抽出的堿液分流一部分作為噴射水，就可以將液氯充裝完成后銅管內(nèi)的液氯抽走，液氯在管道內(nèi)已經(jīng)被汽化成氯氣，氯氣和堿液一起進入一級吸收塔時大部分就被堿吸收了，剩下的在一級吸收塔內(nèi)再反應(yīng)，如反應(yīng)不完全，再在二級吸收塔進反應(yīng)。這樣節(jié)省了大量的人力和財力，液氯充裝工作也變得很順利，困擾柳化氯堿多年的抽負壓難題輕松解決。在緩沖罐(圖2中5)出口管上加裝1個閥門和一截帶閥門短接，當噴射泵出口結(jié)鹽堵塞時，關(guān)上閥門，從短接處接入工業(yè)水沖洗就能解決問題，操作簡單，快速有效。

3 改造效果

(1)從根本上解決了屏蔽泵的安全隱患又提高了生產(chǎn)效率，運行更穩(wěn)定，2021年2月投用至今未出現(xiàn)故障跳停過。

(2)減少銅管腐蝕、減少抽負管腐蝕、減少銅閥的消耗、少抽液氯、減少堿消耗，2013年液氯充裝銅管及其抽負管改造后，出廠的產(chǎn)品再沒有因銅管堵塞而受到用戶的投訴。

(3)節(jié)省了納氏泵運行時產(chǎn)生的費用且液氯充裝抽負壓更加穩(wěn)定，節(jié)省了大量的人力、財力。