氯乙烯合成混合氣脫水石墨冷凝器的泄漏治理

夏汝焱 王 凌

（浙江巨化股份有限公司電化廠，浙江 衢州 324004）

經(jīng)驗(yàn)交流

氯乙烯合成混合氣脫水石墨冷凝器的泄漏治理

夏汝焱 王 凌

（浙江巨化股份有限公司電化廠，浙江 衢州 324004）

分析了電石法聚氯乙烯生產(chǎn)中，乙炔和氯化氫混合氣體脫水用浮頭列管式石墨冷凝器頻繁泄漏的原因，一是頻繁停車破壞了石墨列管中的冰層厚度與氣相物料之間的動(dòng)態(tài)平衡，導(dǎo)致列管凍裂；二是氣相出口短節(jié)過(guò)短導(dǎo)致部分石墨列管在伸縮時(shí)受力較大而破裂。提出了預(yù)防和改進(jìn)措施，盡量避免無(wú)計(jì)劃停車，新增DCS監(jiān)測(cè)和視頻監(jiān)控、安裝鹽水放凈管道、氣相出口短節(jié)更換為軟連接、改人工為自動(dòng)控制放凝酸。實(shí)施后，取得較好效果。

氯乙烯；石墨冷凝器；泄漏；預(yù)防；改進(jìn)

某公司電石法聚氯乙烯（PVC）生產(chǎn)車間中，脫去水分后相對(duì)干燥的乙炔和氯化氫混合氣體進(jìn)入轉(zhuǎn)化器里進(jìn)行合成反應(yīng)得到氯乙烯（VC）。混合氣體脫水工序的浮頭列管式石墨冷凝器使用情況一直較好，但自2008年9月以來(lái)，冷凝器列管泄漏事故頻發(fā)，2006年1月至2008年8月2年多冷凝器共泄漏11次；而自2008年9月至2009年3月的7個(gè)月里泄漏20次，影響了生產(chǎn)的安全和穩(wěn)定。因此必須找出事故原因，提出相應(yīng)的預(yù)防及改進(jìn)措施，降低冷凝器泄漏率。

1 混合脫水工藝簡(jiǎn)介

混合脫水工藝流程簡(jiǎn)圖見圖1。

由乙炔裝置送來(lái)的精制乙炔氣，經(jīng)乙炔砂封除塵后進(jìn)入乙炔預(yù)冷器，在乙炔預(yù)冷器中用0℃鹽水冷卻除去部分水分后，再進(jìn)入氣水分離器進(jìn)一步脫去部分水分，排出的水分去污水井，而乙炔氣與氯化氫裝置送來(lái)的干燥氯化氫通過(guò)流量計(jì)調(diào)節(jié)分子配比，使 n(HCl):n(C2H2)=1.04～1.10:1，進(jìn)入混合器中混合，充分混合后的混合氣體再進(jìn)入并列的3組6臺(tái)冷凝器中，2臺(tái)串聯(lián)成1組。

冷凝器的型號(hào)為 GH110-210，公稱直徑是1 100 mm，換熱面積210 m2，設(shè)計(jì)溫度是-20～130℃，管程和殼程設(shè)計(jì)壓力分別為0.2和0.3 MPa，是典型的石墨換熱容器。其夾套中通入-35℃鹽水對(duì)混合氣體進(jìn)一步冷卻，通過(guò)冷卻使混合氣體中的大部分水分變成凝酸析出，最后帶有細(xì)小酸霧的混合氣體進(jìn)入2臺(tái)串聯(lián)的酸霧過(guò)濾器中，其夾套也通以-35℃鹽水來(lái)保持溫度，經(jīng)酸霧過(guò)濾器中的含氟硅油浸漬玻璃棉對(duì)酸霧進(jìn)行捕集，得到相對(duì)干燥的乙炔和氯化氫混合氣體（水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在0.06%以下）。最后將干燥的混合氣體再送至轉(zhuǎn)化器進(jìn)行合成得到VC。

2 泄漏原因分析

對(duì)2008年9月以后頻發(fā)的冷凝器列管泄漏事故進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)泄漏基本上都是在冷凝器開停車后發(fā)生的。受國(guó)際金融風(fēng)暴的影響，PVC行業(yè)不景氣，為減少損失經(jīng)常降低生產(chǎn)流量或停車，在生產(chǎn)上極不穩(wěn)定，也就直接導(dǎo)致了冷凝器開停頻繁，而正是在冷凝器開停頻繁的狀況下引起了石墨列管頻繁泄漏，其具體原因有以下2點(diǎn)：

1)冷凝器的頻繁停車導(dǎo)致石墨列管因凍裂而泄漏。冷凝器殼程所用鹽水均是從底部進(jìn)入，由上部流出；氣相從頂部進(jìn)入，經(jīng)列管由底部排出；氣相中所含的水分被冷凝后變成凝酸，由列管壁流下，至下封頭聚集，最后通過(guò)底部有放酸視鏡的排酸管定期排放到放酸缸中。

冷凝器殼程底部進(jìn)入的是-28～-36℃的鹽水，石墨導(dǎo)熱系數(shù)是139 W/(m℃)，而碳鋼和不銹鋼在0℃時(shí)導(dǎo)熱系數(shù)是分別為52.3和16.3 W/(m℃)，石墨比常見金屬材料如碳鋼、不銹鋼的傳熱速度快，所以列管內(nèi)壁的溫度是遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于-18℃，而當(dāng)其溫度低于-18℃時(shí)，附著于列管內(nèi)壁的凝酸就會(huì)析出HCl·2H2O的結(jié)晶，即出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象，而且冰層沿列管向下越來(lái)越厚，自上而下呈錐形分布。

在正常開車狀態(tài)下，冰層厚度與氣相物料達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，不至于堵塞整個(gè)列管。但是冷凝器一旦停車，列管內(nèi)壁的冰層厚度與氣相物料之間的動(dòng)態(tài)平衡就被破壞，列管上部冰層在停車期間就會(huì)不斷溶化向下流動(dòng)，在流動(dòng)過(guò)程中又由于殼程內(nèi)是-28～-36℃的鹽水，所以在鹽水的冷卻作用下向下流動(dòng)的酸水在列管下部又被凍結(jié)堵塞，填滿冰層錐體，進(jìn)而凍裂列管造成泄漏。

2）冷凝器開停頻繁使石墨列管在溫度變化較大時(shí)有一定量的伸縮，但氣相出口短節(jié)過(guò)短導(dǎo)致部分石墨列管在伸縮時(shí)受力較大而破裂。

冷凝器是由不透性石墨換熱管與上、下管板用粘接劑粘接組成管束，置于鋼制圓筒殼體內(nèi)，其中上管板是固定的，下管板與圓筒殼體間是用盤根密封的，可以浮動(dòng)。上封頭是石墨材質(zhì)，與筒體用螺栓聯(lián)接緊固；下封頭是鋼襯塑，與卡在筒體最下端的石墨錐形段上的卡環(huán)通過(guò)螺栓直接聯(lián)接緊固的。因此在冷凝器頻繁開停時(shí)，列管由于溫差較大就有一定量的伸長(zhǎng)或收縮，于是下管板也就會(huì)上下浮動(dòng)，但下封頭是與卡在筒體最下端的石墨錐形段上的卡環(huán)通過(guò)螺栓直接聯(lián)接緊固的，所以下封頭也會(huì)有一定的上升或下降。同理，與下封頭通過(guò)緊固螺絲相聯(lián)接的氣相出口短節(jié)也就隨之有一定的上升或下降。

如圖2，如果出口短節(jié)（長(zhǎng)度為L(zhǎng)）較長(zhǎng)時(shí)，上升或下降的高度h相對(duì)L就基本可忽略不計(jì)；但如果短節(jié)較短，h相對(duì)L就較大，此時(shí)列管伸縮時(shí)受力也就很大。而在冷凝器配管安裝時(shí)，由于廠房的局限使其氣相去酸霧過(guò)濾器的出口短節(jié)過(guò)短，致使在冷凝器頻繁開停時(shí)部分列管就由于伸縮時(shí)受力較大而破裂，造成泄漏。

3 預(yù)防和改進(jìn)措施

1)在生產(chǎn)管理方面，生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)統(tǒng)籌安排生產(chǎn)，避免無(wú)計(jì)劃的停車，提高PVC生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，通過(guò)減少系統(tǒng)的開停車次數(shù)來(lái)降低冷凝器的開停頻次；

2)對(duì)冷凝器新增DCS監(jiān)測(cè)和視頻監(jiān)控，即對(duì)氣相進(jìn)出口溫度、壓力和底部放酸視鏡進(jìn)行全程監(jiān)控。一旦冷凝器列管結(jié)冰堵塞，那么DCS監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)就會(huì)立即給出提示，即冷凝器出口溫度迅速上升、氣相進(jìn)出口壓差立即增大，視頻將發(fā)現(xiàn)底部放酸視鏡無(wú)凝酸析出。一旦發(fā)現(xiàn)列管堵塞，冷凝器立即停止進(jìn)鹽水和進(jìn)混合氣來(lái)化冰，從而避免列管被凍裂；

3)給冷凝器安裝鹽水放凈管道。若停車時(shí)間較長(zhǎng)，一般3 h就應(yīng)放凈設(shè)備內(nèi)的鹽水，防止列管上部酸水溶化后又在下部重新冰凍堵塞住列管，進(jìn)而凍裂列管；

4)將冷凝器人工放凝酸的操作改為自動(dòng)控制放酸，加大放酸密度，減少冷凝器內(nèi)大量凝酸聚集，避免列管下部被凍結(jié)堵塞；

5)將冷凝器底部封頭上去酸霧過(guò)濾器的氣相出口短節(jié)更換為軟連接，使列管在溫差較大時(shí)伸縮變形不受過(guò)短的氣相出口短節(jié)限制而受力破裂。

4 結(jié)束語(yǔ)

采取上述針對(duì)性的措施后，冷凝器列管的泄漏情況明顯好轉(zhuǎn)，從2009年5月到12月的8個(gè)月里冷凝器列管僅泄漏了4次，既延長(zhǎng)了冷凝器的運(yùn)行時(shí)間，增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性；同時(shí)，冷凝器列管泄漏次數(shù)較少后，其酸霧和鹽水的排放量就大大減少，較好地改善了生產(chǎn)和檢修環(huán)境。

Leakage Control for Graphite Condenser of Dehydrated Vinyl Chloride Gas Mixture

Xia Ruyan,Wang Ling

(Zhejiang Juhua Co.,Ltd.Electric Factory,Quzhou,Zhejiang 324004)

The usage condition of shell and tube floating head graphite condenser used for vinyl chloride gas mixture dehydrating during the production of calcium carbide method-PVC is introduced.Mixed dehydration process is briefly summarized.The basic parameters of the used condenser is described.The cause of frequently leaks on graphite tube on the condition of frequently condenser start-stop is analyzed and corresponding prevention and improvement measures for controlling leakage is put forward.Good results after its implementation are achieved.

chloroethylene;graphite condenser;leakage;prevention;improvement

TQ222.4+23

BDOI10.3969/j.issn.1006-6829.2010.02.017

2010-01-25；

2010-02-25