堿蒸發裝置蒸汽冷凝液回收利用

田 勇，王 尚，周靈芳

（青島海灣化學股份有限公司，山東 青島 266000）

蒸發工藝是石油、 化工和制藥等行業常見的單元，大多用來對物料進行蒸發、濃縮、結晶、干燥和滅菌等處理，其發展經歷了單效蒸發技術、多效蒸發技術、蒸汽噴射壓縮技術以及機械蒸汽再壓縮技術。對于32%離子膜堿的蒸發濃縮，行業內多采用多效蒸發技術。

多效蒸發生產技術是指將蒸發過程中產生的大量含有潛熱的二次蒸汽回收通入另一蒸發器的加熱室， 通過調節使后者操作壓強和溶液沸點低于原蒸發器的操作壓強和沸點， 使通入的二次蒸汽起到再次加熱作用的技術。 多效蒸發技術中的每一個蒸發器稱為一效，凡通入加熱蒸汽的蒸發器稱為第一效，用第一效的二次蒸汽作為加熱劑的蒸發器稱為第二效，以此類推，所以多效蒸發技術具有蒸汽消耗低的優點。 多效蒸發產生大量的生蒸汽冷凝液和工藝蒸汽冷凝液，直接排放不僅造成水資源浪費，也會造成大量的熱量損失。

結合青島海灣化學股份有限公司（以下簡稱“海灣化學”）目前在用的堿蒸發裝置，介紹堿蒸發裝置產生的生蒸汽冷凝液和工藝蒸汽冷凝液循環再利用的措施及經濟效益。

1 工藝流程簡述

（1）電解流程

海灣化學現有離子膜電解裝置1 套， 主要作用是將二次精制鹽水通電電解產生氯氣、氫氣、燒堿及淡鹽水。 其主要流程如下。

陽極系統： 來自精制鹽水儲罐的二次精制鹽水由精制鹽水泵送至二次精制鹽水高位槽， 在重力作用下精制鹽水進入離子膜電解槽由電槽陽極分配器分配到每個單元的陽極室進行電解， 產生低濃度的含氯淡鹽水， 經匯總后由泵送至脫氯裝置進行脫氯回收氯氣，淡鹽水送至一次鹽水配水罐。

陰極系統：由電解精鹽水產生的32%濃度的燒堿，經匯總后進入陰極液循環罐，其中一部分作為循環堿由循環堿泵輸送， 通過換熱器與高溫蒸汽換熱到合適的槽溫后進入循環堿高位槽， 高位槽的循環堿在重力作用下進入離子膜電解槽進行循環， 另一部分作為成品堿， 經成品堿換熱器降溫后送至燒堿罐區， 還有一部分不換熱直接送到蒸發淡堿罐進行提濃。 電解工藝流程圖見圖1。

圖1 電解工藝流程圖

（2）堿蒸發流程

海灣化學現有產能為25 萬t/a 和30 萬t/a 的堿蒸發裝置共2 套。 堿蒸發裝置的主要作用是將低濃度的32%燒堿通過蒸汽加熱的方式變成濃度更高的50%燒堿，其主要流程為來自離子膜電解的32%堿液由32%燒堿輸送泵送到一級降膜蒸發器，在一級降膜蒸發器中堿液被濃縮至36%。 36%堿液經泵輸送，通過換熱器分別與50%NaOH 和蒸汽冷凝水換熱后進入二級降膜蒸發器中被濃縮至42%，后由泵輸送并經過換熱器加熱后送至三級降膜蒸發器被濃縮至50%。50%堿液由泵輸送并與一效堿、二效堿換熱后經50%堿冷卻器與冷卻水換熱后送入50%燒堿罐。

三級降膜蒸發器中的50%堿由蒸汽進行加熱，產生的二次蒸汽作為二級降膜蒸發器的熱源，二級降膜蒸發器產生的二次蒸汽給一級降膜蒸發器加熱。蒸汽在三級降膜蒸發器加熱42%燒堿后形成生蒸汽凝液送至脫鹽水站再次精制成脫鹽水。 二級降膜蒸發器、一級降膜蒸發器以及表面冷凝器的堿性冷凝水匯入凝液收集槽中，由工藝蒸汽冷凝液泵送出，其中少量冷凝液經換熱后作為效體泵機封水，其余高溫的冷凝液送至一次鹽水配水罐用作化鹽。堿蒸發裝置滿負荷狀態下一期、 二期堿蒸發產生45 m3/h生蒸汽冷凝液，產生80 m3/h工藝蒸汽冷凝液，蒸發單元流程見圖2。

圖2 堿蒸發工藝流程圖

（3）氫氣鍋爐

海灣化學有25 t/h和50 t/h氫氣鍋爐各一套，其主要作用是利用氫氣處理單元來的多余放空氫氣燃燒產生熱量， 給鹽水加熱產生高溫高壓蒸汽并送到公司蒸汽管網，供各裝置使用。其主要流程為來自氫氣處理工序的氫氣通過管道輸送至氫氣鍋爐界區，經手閥、孔板流量計、過濾器、減壓閥和氣動切斷閥后進入氫氣鍋爐燃燒器的燃燒室； 空氣經助燃風機加壓后， 經自動調節閥后也進入氫氣鍋爐燃燒器的燃燒室?？諝馀c氫氣按一定比例混合燃燒，在爐膛內放出大量熱量并生成高溫煙氣， 加熱鍋爐內除氧水產生飽和蒸汽。 高溫煙氣經鍋爐及節能器換熱后直接從煙囪放空。

來自脫鹽水站的脫鹽水首先進入脫鹽水箱，后經除氧水泵送至除氧器進行加熱除氧， 除氧后的脫鹽水由鍋爐給水泵經節能器送至鍋爐上鍋筒進行加熱產生飽和蒸汽。 生成的飽和蒸汽經氣水分離后送至低壓蒸汽管網，供各裝置使用。氫氣鍋爐工藝流程圖見圖3。

圖3 氫氣鍋爐工藝流程圖

（4）脫鹽水制備工藝流程

海灣化學公用工程的脫鹽水站主要采用超濾+反滲透的膜分離技術來制取脫鹽水。

超濾原理是一種膜分離過程原理， 超濾是利用一種壓力活性膜，在外界推動力（壓力）作用下截留水中膠體、顆粒和分子量相對較高的物質，而水和小的溶質顆粒透過膜的分離過程， 通過膜表面的微孔篩選可截留分子量為3×104～1×104的物質。 當被處理水借助于外界壓力的作用以一定的流速通過膜表面時， 水分子和分子量小于300～500 的溶質透過膜，而大于膜孔的微粒、大分子等由于篩分作用被截留，從而使水得到凈化。 當水通過超濾膜后，可將水中含有的大部分膠體硅除去， 同時可去除大量的有機物等。超濾對原水的適應性好，濁度在200 以下的地表水均可有效處理， 對于膠體硅的去除率大大高于傳統法的多介質和活性炭過濾， 超濾的采用大大提升了預處理的效果， 可保證其出水SDI 值穩定在3 以下，增強了對反滲透系統的產水率，膜的使用壽命更可從傳統法保證的3 年延長到5 年。

反滲透原理是用足夠的壓力使溶液中的溶劑（一般是水）通過反滲透膜而分離出來，這個過程和自然滲透的方向相反， 稱為反滲透。 經過反滲透處理，使水中雜質的含量降低，提高水中的純度，其脫鹽率達到99%以上， 并能將水中大部分的細菌、膠體及大分子量的有機物去除。 反滲透法能適應各類含鹽量的原水，尤其是在高含鹽量的水處理工程中，這種脫鹽水處理工藝能獲得很好的技術經濟效益[1]。

2 工藝現狀

燒堿蒸發裝置使用的蒸汽主要由熱電廠鍋爐加熱脫鹽水產生的蒸汽提供， 三效蒸發器加熱后產生的生蒸汽冷凝液主要成分是脫鹽水。 這些生蒸汽冷凝液被送回脫鹽水站的原水箱補水循環使用， 但是生蒸汽冷凝的溫度高于70 ℃，不滿足脫鹽水反滲透膜的使用要求， 在進入膜過濾之前需要用循環水進行降溫， 目前的蒸汽冷凝液使用工藝既增加了循環水使用成本又造成了熱資源浪費。

堿蒸發裝置工藝蒸汽冷凝液主要是低濃度燒堿蒸發產生的蒸汽冷凝液形成的， 其主要成分為偏堿性脫鹽水， 這些工藝蒸汽冷凝液未經降溫被送至配水罐作為化鹽水使用。 脫鹽水的生產制備成本遠高于工業水，用于化鹽水導致高品質水的浪費，使生產成本升高。 目前用于化鹽的配水來源主要有脫氯淡鹽水、氫氣冷凝液、鹽泥壓濾水、脫硝滲透液、回收蒸汽冷凝液和補充的工業水等。 回收的蒸汽冷凝液和脫氯淡鹽水溫度高和水量大， 在夏季需要通過循環水板換換熱降溫后才能達到化鹽要求的使用溫度，造成了熱量損失。因此，工藝蒸汽冷凝液需要尋找更好的使用途徑，既降低生產成本，又減少熱量損失。

3 改進分析

氯堿廠根據生產工藝調查了裝置內使用脫鹽水的工藝節點， 主要用水點有氯堿裝置內各機泵機封水、純水儲罐、氫壓機、冷凍水系統和鹽酸合成爐。對每個脫鹽水使用點從用水量、 施工難易度以及施工成本進行了統計，具體見表1。

表1 脫鹽水使用點情況統計

由表1 可見，從施工難易程度及施工成本方面，電解純水儲罐、氫壓機、冷凍水系統以及氫氣鍋爐改造可行性較高， 但是作為氫壓機機封水使用的脫鹽水用量僅12 m3/h，一期、二期的生蒸汽冷凝液因未經換熱冷卻，溫度較高，無法作為機封水使用，且工藝蒸汽冷凝液弱堿性，對氫壓機的機封、工作液換熱器和氣液分離罐等碳鋼設備有腐蝕作用。

另外， 堿蒸發裝置易因自身及外界因素影響而不能正常運行， 如蒸汽管網異常停汽后受壓力聯鎖停車或因儀表、機泵等異常造成聯鎖跳停，導致無法向氫壓機持續穩定的提供工藝蒸汽冷凝液， 極易致使氫壓機因機封水流量不足造成不可逆的損壞，因此堿性的工藝蒸汽冷凝液不適合作為氫壓機的機封水使用。

氯堿裝置冷凍水系統是用離心式冷水機組將脫鹽水冷卻至5 ℃供生產使用， 系統中的脫鹽水屬于閉環循環，由起點分別為氯堿裝置、VCM 裝置供5 ℃冷凍水，經換熱器換熱后返回冷凍水箱，在無管道、設備泄漏的情況下， 冷凍系統內脫鹽水消耗幾乎可以忽略不計， 也不能作為解決生蒸汽凝液再利用的方案。

電解工段純水儲罐主要作用是向電解工段所有離心泵提供冷卻機封水及供電解A/B 廠房循環堿加水和樹脂塔再生使用。 由于電解純水儲罐中的脫鹽水一部分作為機封水和樹脂塔再生使用， 高溫且堿性的蒸汽冷凝液不適宜直接補充到電解純水儲罐。 弱堿性的工藝蒸汽冷凝液可以作為給循環堿加脫鹽水使用， 因此電解廠房循環堿補水可以使用堿蒸發的工藝蒸汽冷凝液。

氫氣鍋爐需要使用溫度較高的脫鹽水產生蒸汽， 原本供脫鹽水站補水使用的生蒸汽冷凝液具有較高的溫度， 這部分生蒸汽冷凝液供到氫氣鍋爐的脫鹽水箱可以提高進除氧器的脫鹽水溫度， 節省給除氧器加熱的蒸汽量。 氫氣鍋爐滿負荷時用脫鹽水量為75 m3/h，可以將堿蒸發送來的生蒸汽冷凝液全部消耗掉，施工簡單、且成本低，即使堿蒸發裝置因外界因素聯鎖停車無法向氫氣鍋爐持續供給生蒸汽冷凝液時， 仍可以通過補充總管脫鹽水維持水箱液位穩定，確保不會對氫氣鍋爐產生影響，所以給氫氣鍋爐補充脫鹽水可以作為生蒸汽冷凝液循環再利用的合理方案。

4 方案實施

電解槽循環堿加水主要作用是通過調節進槽堿液濃度控制出槽堿液濃度在指標范圍內， 使槽電壓保持穩定。一方面，循環堿加水水質差會使雜質離子混入電解槽，堵塞離子膜通道導致槽電壓上漲，嚴重時損壞離子膜；另一方面，循環堿加水流量不穩定會造成電解槽陰極液濃度波動導致槽電壓波動，所以，給電解循環堿加水無論是對水質還是對水壓和流量的穩定性都有很高的要求。綜合以上情況，在方案實施過程中將工藝蒸汽冷凝液管道采用不銹鋼材質且增加自控閥， 既能防止堿蒸發裝置因儀表故障或機泵故障等導致聯鎖停車，造成A/B 廠房循環堿總管加水瞬時減少導致循環堿濃度升高， 影響電槽正常運行， 又能防止堿蒸發停車后工藝蒸汽冷凝液管道壓力下降，A/B 廠房循環堿管道中的堿液從新增管道反串至堿蒸發， 對堿蒸發裝置以及電解裝置設備造成損壞。

若堿蒸發效體設備出現腐蝕內漏會導致蒸發生蒸汽冷凝液由中性變為堿性， 堿性的生蒸汽冷凝液被送至氫氣鍋爐，對鍋爐水箱及其他設備產生腐蝕，嚴重影響裝置的正常運行。為防止上述情況發生，在生蒸汽冷凝液管道增加pH 計，當生蒸汽冷凝液pH異常升高時， 立即關閉生蒸汽冷凝液管道自控閥同時打開氫氣鍋爐水箱補水閥，以確保鍋爐正常運行。生蒸汽冷凝液中混入雜質同樣會對氫氣鍋爐本體造成損壞， 為了保證生蒸汽冷凝液水質符合鍋爐使用要求，生蒸汽冷凝液管道采用304 不銹鋼材質，并在管道上增加高精度過濾器，定期檢查清理，以確保生蒸汽冷凝液中的雜質能被過濾掉。

在確定改進方案后， 利用公司年度檢修之際完成一期、二期堿蒸發蒸汽冷凝液管道、工藝蒸汽冷凝液管道甩頭、配管工作。將堿蒸發生蒸汽冷凝液及工藝蒸汽冷凝液由送一次鹽水配水罐和脫鹽水站管道分別改至送氫氣鍋爐、 電解A/B 廠房循環堿加水，為防止堿蒸發工藝蒸汽冷凝液對電解槽循環堿指標產生影響，對循環堿取樣分析氯化鈉含量、氯酸鹽含量， 及方案實施前后的循環堿加脫鹽水的電導率分析，統計見表2。

從表2 可以看出， 電槽循環堿加水改為工藝蒸汽冷凝液與脫鹽水混合水后，循環堿含鹽指標、氯酸鹽含量以及混合后脫鹽水指標均未有異常變化，并且經過一段時間的試運行后， 氫氣鍋爐以及電槽循環堿加水運行情況正常， 蒸汽冷凝液水質在線監測儀未有異常變化，結合分析指標，表明堿蒸發蒸汽冷凝液循環再利用的方案是切實可行的。

表2 改造前后水質分析表

5 經濟效益

方案實施后，堿蒸發向氫氣鍋爐供水量為18.8 t/h，向電解A/B 廠房供水量分別為20 t/h、18 t/h，根據脫鹽水及工業水生產成本，改進后可節約用水費用約363.2 萬元/a。 工藝蒸汽冷凝液由脫鹽水站改為向電解A/B 廠房輸送， 不僅使脫鹽水循環水用量減少1.2 t/h，并且因工藝蒸汽冷凝液溫度較高，對循環堿起到升溫作用， 所以電解A/B 廠房用于循環堿升溫的蒸汽消耗下降2.9 t/h，根據當前循環水以及蒸汽價格，可節約循環水費用0.19 萬元/a，蒸汽費用464 萬元/a。 綜上， 此改進方案節約生產成本827.39 萬元/a。

6 結語

海灣化學堿蒸發產生的蒸汽冷凝液及工藝蒸汽冷凝液由以前的全部送一次鹽水配水罐和脫鹽水站，又增加了向氫氣鍋爐和電槽循環堿加水兩路，使蒸汽冷凝液的回收利用更加合理， 最大程度節約了生產成本，降低了生產消耗，目前運行效果良好，各項指標穩定。