6萬t/a離子膜燒堿裝置竣工總結(jié)

劉 原，丁紫芹，邱滿意，李 斌

（江蘇揚(yáng)農(nóng)化工集團(tuán)有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225009）

江蘇揚(yáng)農(nóng)化工集團(tuán)公司下屬瑞祥公司6萬t/a離子膜燒堿項(xiàng)目2007年立項(xiàng)，離子膜工程土建部分由長沙設(shè)計(jì)院沈陽分院設(shè)計(jì)，工藝部分由藍(lán)星北化機(jī)設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)。受2008年世界金融危機(jī)的影響，2009年9月方進(jìn)入設(shè)計(jì)論證階段，2010年3月，項(xiàng)目進(jìn)入施工階段，2011年1月22日投入運(yùn)行，一次開車成功。2011年3月達(dá)到滿負(fù)荷生產(chǎn)，安全穩(wěn)定運(yùn)行289天，直至年度大修，才進(jìn)行了一次計(jì)劃停車，運(yùn)行產(chǎn)、質(zhì)、耗指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)值。

1 運(yùn)行情況小結(jié)

工程分為一次鹽水、二次鹽水、離子膜電解、氯氫處理、50%堿蒸發(fā)、膜法脫硝、液氯擴(kuò)建、高純酸制備、鹽堿輸送倉儲(chǔ)共計(jì)9個(gè)單元。尚有液氯擴(kuò)建、高純酸制備、鹽堿輸送倉儲(chǔ)公用工程部分。

1.1 一次鹽水

一次鹽水部分由該公司自行組織設(shè)計(jì)、組織施工。采用瑞士Drm膜過濾器工藝，并采用兩級(jí)Drm膜串聯(lián)，一級(jí)鹽水過濾后達(dá)到離子膜所需的質(zhì)量指標(biāo)，二級(jí)主要起把關(guān)作用。再配套大流量過濾器，在Drm過濾器發(fā)生故障時(shí)，也能保證了一次鹽水質(zhì)量的穩(wěn)定、合格。

一次鹽水原料采用金壇鹽業(yè)集團(tuán)精制鹵水，補(bǔ)充精制鹽平衡生產(chǎn)。利用精鹵水鈣鎂含量低、不易結(jié)垢的特性，采用蒸汽、熱水預(yù)熱，效果良好，充分回收廢熱資源，年節(jié)約加熱用生蒸汽近一萬噸。采用精制鹵水，鹽泥量大幅度減少，全年鹽泥量不超過50 t，達(dá)到了清潔生產(chǎn)的目標(biāo)。

1.2 二次鹽水

二次鹽水精制采用三塔工藝。3臺(tái)樹脂塔2臺(tái)串聯(lián)，1臺(tái)靜止等待。該工藝優(yōu)于兩塔工藝，為二次鹽水的質(zhì)量和系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行提供了保證。樹脂塔再生廢水分為酸性廢水、堿性廢水和鹽水3種，解決了廢水混合，一次鹽水系統(tǒng)pH值不穩(wěn)定的現(xiàn)象。

1.3 整流、電氣部分

離子膜工程整流部分采用1臺(tái)變壓器帶2臺(tái)整流器工藝，與該公司現(xiàn)有35 kV高壓供電和380 V低壓供電配套，采用進(jìn)口ABB雙電源控制裝置和不間斷電源裝置，保證離子膜供電的可靠。節(jié)能型整流變壓器移相與原隔膜整流變系統(tǒng)配合，使整流的相數(shù)達(dá)到48相，有效降低了諧波對(duì)電網(wǎng)的污染，提高了供電質(zhì)量。

電解槽增加了故障接地保護(hù)裝置，保證了電槽的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

整流控制系統(tǒng)將PLC和控制屏集中到每臺(tái)控制柜內(nèi)，減少了電纜的連接，使故障點(diǎn)大大減少，并將所有控制柜和配電柜全部集中在控制室內(nèi)，減少了外部有害氣體和高溫的影響，保證安全運(yùn)行。

整流采用先進(jìn)的橋式大刀開關(guān)，便于安裝，同時(shí)，當(dāng)發(fā)生觸頭發(fā)熱等故障時(shí)，可以在運(yùn)行中帶電拆下故障觸頭進(jìn)行處理。全數(shù)字觸發(fā)系統(tǒng)使可控硅整流器控制更加精準(zhǔn)，可確保功率因數(shù)在0.9以上、整流效率為0.98、電流波動(dòng)小于0.3%。

工藝設(shè)計(jì)對(duì)過濾鹽水泵、陽極液循環(huán)泵、陰極液循環(huán)泵、高純酸泵等重要的機(jī)泵采用了變頻控制，取代調(diào)節(jié)閥，效果良好，不僅節(jié)能，而且保證了泵的穩(wěn)定運(yùn)行。過濾鹽水泵配用45 kW電機(jī)，變頻正?？刂?7%，全年約節(jié)電8萬kW·h。

1.4 電解部分

電解槽采用北化機(jī)NBZ-2.7膜極距自然循環(huán)電解槽，交流電耗下降明顯，運(yùn)行3個(gè)月來，交流電耗為2 135 kW·h/t左右，遠(yuǎn)低于普通高電密電解槽，該公司一期6萬t/a采用的伍迪電解槽運(yùn)行3個(gè)月，同等電流密度下，交流電耗為2 320 kW·h/t左右。

電解槽2臺(tái)采用杜邦NX-2030離子膜、2臺(tái)采用旭化成F-6801膜。由于嚴(yán)格把關(guān)一次鹽水質(zhì)量，運(yùn)行前3個(gè)月，4臺(tái)電槽的槽電壓基本沒有增長。

1.5 氯氫部分

氯氣干燥采用2臺(tái)填料塔、1臺(tái)填料和泡罩組合塔三塔串聯(lián)工藝，氯氣含水達(dá)到設(shè)計(jì)要求。氯氣輸送采用佶締納士氯氣壓縮機(jī)，單臺(tái)滿足10萬t/a燒堿裝置的氯氣輸送，不僅起到了節(jié)能效果，而且單臺(tái)運(yùn)行投資小、運(yùn)行穩(wěn)定、維護(hù)保養(yǎng)方便。

離子膜氫氣系統(tǒng)與隔膜電解裝置共用1個(gè)氫氣柜，要求氫氣輸出壓力與隔膜系統(tǒng)一致。為實(shí)現(xiàn)這一目的，增加了自動(dòng)排空裝置，與出口壓力連鎖。當(dāng)壓力高于氫氣柜壓力時(shí)，由自動(dòng)排空調(diào)節(jié)；壓力低時(shí)，則充氮保壓。裝置運(yùn)行至今，離子膜、隔膜負(fù)荷調(diào)節(jié)均能保證系統(tǒng)壓力安全、平穩(wěn)。

事故氯處理裝置多采用兩塔串聯(lián)吸收工藝。該公司因場(chǎng)地限制，采用一塔吸收工藝。為杜絕氯氣外溢，堿循環(huán)泵、事故氯風(fēng)機(jī)均處于熱備用狀態(tài)，并增加了堿高位槽，采用連鎖控制，2臺(tái)堿液循環(huán)泵同時(shí)停車，堿高位槽出口兩位閥打開，堿液進(jìn)入吸收塔，堿量保證可以吸收滿負(fù)荷生產(chǎn)10 min產(chǎn)生的氯氣量，隨時(shí)應(yīng)付突發(fā)事件。單塔設(shè)計(jì)保證氯氣塔內(nèi)停留時(shí)間大于12 s，保證氯氣完全吸收。

1.6 脫氯鹽水

脫氯系統(tǒng)采用了費(fèi)爾泰克的液環(huán)真空泵，填料采用PVDF短階梯環(huán)，取得了良好的脫氯效果。脫氯鹽水經(jīng)過冷卻、調(diào)節(jié)pH值，滿足了一次鹽水膜法除硝的工藝要求。

氯水進(jìn)脫氯系統(tǒng)的量不恒定，脫氯鹽水所含游離氯有波動(dòng)，對(duì)膜法除硝的穩(wěn)定運(yùn)行有一定影響。氯氫系統(tǒng)增加了氯水貯槽，氯水回脫氯系統(tǒng)通過貯槽液位連鎖控制。調(diào)整氯水進(jìn)脫氯系統(tǒng)恒流量，氯水增加一路管道分流，解決了脫氯鹽水游離氯波動(dòng)的情況。

1.7 膜法脫硝

膜法除硝是目前處理硫酸根成本最低、且沒有三廢的先進(jìn)工藝。新建離子膜工程一般均配套膜法除硝。該公司采用天津威德泰科公司的處理硫酸根專用過濾膜。

膜法除硝對(duì)脫氯鹽水質(zhì)量要求高。要求游離氯含量為零，溫度為40～50℃，pH值為4～7。堿性脫氯鹽水通過加酸調(diào)節(jié)pH值。控制溫度保證循環(huán)水的量就能夠?qū)崿F(xiàn)。游離氯超標(biāo)，過濾膜會(huì)造成永久性損傷或失去過濾性能。增加1臺(tái)亞硫酸鈉中間槽，配制好的亞硫酸鈉定期補(bǔ)充至中間槽，保證亞硫酸鈉的濃度穩(wěn)定。

膜法除硝調(diào)節(jié)pH值直接影響脫硝效果以及膜的性能。為保證游離氯的脫除效果，脫氯鹽水必須先調(diào)節(jié)至堿性，控制pH值為9.5～10.5，脫氯鹽水加堿工藝調(diào)整通過堿高位槽加堿，控制穩(wěn)定的堿加入量，保證了pH值的穩(wěn)定。然后，需要減小加酸量對(duì)pH值的影響，為此，增加了酸高位槽，酸濃度控制為5%左右，保證了酸加入量的恒定，pH值得到穩(wěn)定控制。

1.8 儀表部分

離子膜DCS系統(tǒng)采用浙大中控WebField ECS-700，DCS系統(tǒng)承擔(dān)了從一次鹽水、二次鹽水精制、電解、脫氯、氯處理、氫處理，到燒堿蒸發(fā)的所有工序全線自動(dòng)控制。DCS系統(tǒng)完整地承擔(dān)了樹脂塔的程序控制而不需采用專用PLC，實(shí)現(xiàn)了包括電槽連鎖、整流器升降負(fù)荷控制、樹脂塔自動(dòng)控制、復(fù)雜回路控制在內(nèi)的全部控制要求，控制完全滿足了工藝要求，使電解工序的所有生產(chǎn)過程得到優(yōu)化控制，電解槽單元電壓的監(jiān)測(cè)裝置實(shí)現(xiàn)了與PLC通訊，成功實(shí)現(xiàn)了各種離子膜工藝情況下的安全連鎖保護(hù)。

1.9 50%燒堿

50%燒堿蒸發(fā)裝置引用瑞士博特的工藝和主要設(shè)備，42%、50%堿的Ⅱ、Ⅲ效蒸發(fā)器引進(jìn)博特設(shè)備，32%堿效由藍(lán)星北化機(jī)加工，42%，50%堿泵均引進(jìn)費(fèi)爾泰克專用堿泵。設(shè)計(jì)產(chǎn)能為8萬t/a，裝置運(yùn)行穩(wěn)定，整套裝置實(shí)現(xiàn)無人操作，DCS監(jiān)控，達(dá)到了設(shè)計(jì)產(chǎn)能。

50%堿蒸發(fā)，采用博特的三效逆流工藝，電解槽出來的32%、80℃熱堿直接進(jìn)入Ⅰ效蒸發(fā)器，出系統(tǒng)50%堿的溫度為55℃，系統(tǒng)帶入熱焓簡(jiǎn)單衡算，節(jié)約蒸汽近0.1 t/t100%堿。50%裝置滿負(fù)荷生產(chǎn)，中壓蒸汽消耗為0.42 t/t100%堿，低于設(shè)計(jì)考核指標(biāo)0.52 t/t100%堿，運(yùn)行穩(wěn)定，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

博特裝置最大的特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)無人操作，因而對(duì)蒸汽系統(tǒng)的要求高。該公司采用中壓蒸汽減溫增濕，穩(wěn)定蒸汽的壓力、溫度，保證系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，出效堿濃度保持為49.6%～50.4%。博特工藝的另一個(gè)特點(diǎn)是真空系統(tǒng)采用表面冷凝器，水系統(tǒng)pH值穩(wěn)定在7.0～8.0，可以回收利用，節(jié)約了用水，減少排放，達(dá)到清潔生產(chǎn)的目標(biāo)。

2 技經(jīng)指標(biāo)完成情況

瑞祥離子膜共有4臺(tái)離子膜電解槽，每臺(tái)電解槽146個(gè)單元，采用北化機(jī)膜極距NBZ-2.7自然循環(huán)電解槽，設(shè)計(jì)產(chǎn)能為6萬t/a。膜極距電槽具有低能耗、高電密的特點(diǎn)，是目前世界上最先進(jìn)的離子膜電解槽，因而其產(chǎn)能高于設(shè)計(jì)值，最大產(chǎn)能可達(dá)到8萬t/a。運(yùn)行近8個(gè)月，主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)情況見表1。

表1 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)實(shí)現(xiàn)情況表

2011年3月，鹽耗：1.52 t/t100%堿，電流效率：96.67%，交流電耗：2 133.2 kW·h/噸堿；

2011年4月，鹽耗：1.52 t/t100%堿，電流效率：96.88%，交流電耗：2 127 kW·h/噸堿；

2011年10月，鹽耗：1.52 t/t100%堿，電流效率：96.44%，交流電耗：2 151.7 kW·h/噸堿。

3 優(yōu)化措施

（1）設(shè)計(jì)氯壓機(jī)平衡8萬t/a的生產(chǎn)能力，采用膜極距電槽，運(yùn)行負(fù)荷略高，在負(fù)荷測(cè)試階段，氯壓機(jī)電機(jī)電流略高于額定電流。與廠家交流認(rèn)為，氯壓機(jī)進(jìn)口負(fù)壓偏大，工藝提供的條件是壓力為零，因氯氣總管增加了彈簧式止回閥，實(shí)際運(yùn)行為-500 Pa。氯氣總管壓力工藝參數(shù)設(shè)計(jì)需要嚴(yán)格把關(guān)。

（2）該公司一期伍迪離子膜采用戈?duì)柲み^濾器，一次鹽水的鈣鎂總量為1 000×10-9，采用Drm過濾器，一次鹽水中的鈣鎂總量為1 600～2 000×10-9之間。此次采用3臺(tái)樹脂塔過濾工藝，正常兩塔串聯(lián)，樹脂量、樹脂吸附容量需要綜合考慮，保證二次鹽水質(zhì)量。

（3）單槽加酸開車初期采用手動(dòng)控制，為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加酸，增加了單槽pH值測(cè)量。單槽加酸與單槽pH值連鎖，杜絕了加酸過量損壞離子膜情況的發(fā)生。

（4）裝置保留了氯酸鹽分解工藝，加酸正常后，脫氯鹽水氯酸鹽含量低于0.5 g/L，不需要運(yùn)行氯酸鹽分解系統(tǒng)。