副產(chǎn)蒸汽氯化氫合成爐的選用及點(diǎn)火控制程序

王菊花，盛世奎，楊 展，蔡海彥

（中國平煤神馬集團(tuán)開封東大化工有限公司，河南 開封 475003）

中國平煤神馬集團(tuán)開封東大化工有限公司于2007年10月新建5臺普通氯化氫石墨合成爐，裝置生產(chǎn)能力為30 t氯化氫/d。為了有效利用合成反應(yīng)產(chǎn)生的熱量，提高氯化氫合成爐自動化控制水平，2010年，引進(jìn)二合一副產(chǎn)蒸汽氯化氫合成爐系統(tǒng)（120 t氯化氫/d）1套，替代原有的4號普通氯化氫合成爐，該裝置于2010年7月一次試車成功。

1 氯化氫合成爐副產(chǎn)蒸汽的基本原理及選用

氯氣與氫氣反應(yīng)生成氯化氫時(shí)釋放出大量反應(yīng)熱，合成1 kg氣態(tài)氯化氫放2 502 kJ熱量，這些熱量相當(dāng)可觀，完全可以用來副產(chǎn)蒸汽。

對于氯化氫合成中的熱能利用，國內(nèi)主要有2種方法：一種是鋼制水夾套氯化氫合成爐副產(chǎn)熱水，這種合成爐在爐頂部和底部容易受腐蝕，因此，使用壽命較短；另一種是石墨制氯化氫合成爐，由于石墨是非金屬脆性材料，受強(qiáng)度和使用溫度的限制，只能副產(chǎn)熱水或0.2～0.3 MPa壓力的蒸汽，在副產(chǎn)蒸汽時(shí)，石墨爐筒作為產(chǎn)汽的受壓部件，安全上存在一定隱患，熱能利用率只能達(dá)到30%～40%。采用以上2種方法副產(chǎn)的熱水或低壓蒸汽應(yīng)用范圍較小，工業(yè)價(jià)值不高。

該公司引進(jìn)的副產(chǎn)蒸汽氯化氫合成爐在熱能利用方面克服了以上缺點(diǎn)，在合成爐的高溫段，使用鋼制水冷壁爐筒，以提高強(qiáng)度；在合成段頂部和底部采用石墨材料制作，以提高其耐腐蝕性。該設(shè)備的熱能利用率可達(dá)70%，副產(chǎn)蒸汽壓力可在0.2～1.4 MPa間任意調(diào)節(jié)，工業(yè)價(jià)值較高。

2 副產(chǎn)蒸汽氯化氫合成爐系統(tǒng)工藝流程簡介

來自氯氣緩沖罐的氯氣或氯氣液化尾氣和來自氫氣緩沖罐的氫氣，分別經(jīng)流量調(diào)節(jié)閥控制一定比例的流量經(jīng)過阻火器進(jìn)入氯化氫合成爐底部燃燒器。在燃燒器中，氯氣和氫氣進(jìn)行混合燃燒生成氯化氫氣體，氣體向上流經(jīng)副產(chǎn)蒸汽氯化氫合成爐上部冷卻器冷卻后，輸送到分配臺，分別再送至5臺氯化氫吸收裝置。

軟水貯罐的軟水經(jīng)軟水泵加壓至1.2 MPa以上后，送至蒸汽發(fā)生汽包，出來的軟水下降進(jìn)入預(yù)熱器后，再進(jìn)入副產(chǎn)蒸汽氯化氫合成爐蒸汽發(fā)生段與氯化氫氣體熱交換，回收氯化氫氣體的燃燒反應(yīng)熱量，降低氯化氫氣體的溫度，產(chǎn)生蒸汽壓力為0.8 MPa以上蒸汽并入公司蒸汽管網(wǎng)中。

排污罐為運(yùn)行輔助設(shè)備。汽包內(nèi)的軟水經(jīng)過不斷蒸發(fā)后，水中夾帶的少量鹽分不斷濃縮，達(dá)到一定濃度時(shí)，會使水冷壁爐鋼管內(nèi)壁產(chǎn)生結(jié)垢影響設(shè)備運(yùn)行，需要通過排污罐排除部分含高濃度鹽的軟水，使汽包內(nèi)水中含鹽量維持在較低的水平。

預(yù)熱器是一臺列管換熱器，設(shè)置在汽包回水與爐筒進(jìn)水管之間，開車時(shí)，用來預(yù)熱系統(tǒng)內(nèi)軟水，停車期間，用來保持鋼制爐筒溫度維持在90℃，防止產(chǎn)生冷凝酸腐蝕。

3 副產(chǎn)蒸汽氯化氫合成爐的效益

（1）熱能利用率高。120 t氯化氫/d的副產(chǎn)蒸汽氯化氫合成爐滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，每小時(shí)可產(chǎn)生約三噸蒸汽，每噸蒸汽價(jià)以190元，年生產(chǎn)時(shí)間按8 000 h，該合成爐每年生產(chǎn)蒸汽產(chǎn)生的效益為456萬元。

（2）節(jié)約用電。該合成爐滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，每小時(shí)產(chǎn)出的熱量為12.51×106kJ，這部分熱量的68%左右被副產(chǎn)蒸汽帶走，若以循環(huán)冷卻水的方式換熱，則需消耗340 t/h的循環(huán)水量 （循環(huán)冷卻水溫升按6℃計(jì)），則循環(huán)水裝置約需配置60 kW的動力電，電價(jià)按0.5元/kW·h計(jì)，每年可節(jié)約電費(fèi)約24萬元。

（3）實(shí)現(xiàn)了自動化控制，使氯化氫生產(chǎn)的安全性、可靠性大幅提高。副產(chǎn)蒸汽合成爐實(shí)現(xiàn)了可靠的遠(yuǎn)程自動點(diǎn)火、完善的過程自動控制及安全的連鎖保護(hù)系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)了從點(diǎn)火開車、過程控制到停車的全過程的DCS操作，大大提高了裝置的自動化控制水平及本質(zhì)安全。

4 副產(chǎn)蒸汽合成爐點(diǎn)火控制程序

（1）DCS系統(tǒng)給合成爐可以點(diǎn)火信號，此時(shí)，合成爐允許點(diǎn)火燈亮。

（2）手動按下點(diǎn)火控制柜點(diǎn)火啟動按鈕。

（3）合成爐充氮開關(guān)閥打開（充氮指示燈亮）合成爐進(jìn)行充氮。

（4）合成爐充氮2.5 min時(shí)，高壓點(diǎn)火裝置上的點(diǎn)火空氣開關(guān)閥打開（點(diǎn)火空氣指示燈亮）合成爐進(jìn)入空氣。

（5）充氮完成后，合成爐充氮開關(guān)閥關(guān)閉（充氮指示燈亮滅）。

（6）此時(shí)，進(jìn)行高壓點(diǎn)火（高壓電火指示燈亮）。

（7）高壓點(diǎn)火裝置上的點(diǎn)火氫氣開關(guān)閥打開（點(diǎn)火氫氣指示燈亮），合成爐進(jìn)入氫氣。

（8）高壓點(diǎn)火斷（高壓點(diǎn)火指示燈滅）。

（9）點(diǎn)火氫氣開關(guān)閥打開，點(diǎn)火氫氣指示燈亮；點(diǎn)火空氣開關(guān)閥打開，點(diǎn)火空氣指示燈亮；高壓點(diǎn)火，高壓電火指示燈亮，三燈同亮。

（10）高壓點(diǎn)火裝置上的點(diǎn)火氫氣開關(guān)閥打開（點(diǎn)火氫氣指示燈亮）后，高壓點(diǎn)火斷（高壓電火指示燈滅），進(jìn)爐主路氫氣（開關(guān)閥）打開+旁路（開關(guān)閥）打開（進(jìn)爐主路氫氣（開關(guān)閥）+旁路（開關(guān)閥）燈亮），約2 s后，進(jìn)爐氯氣開關(guān)閥打開+旁路開關(guān)閥打開（進(jìn)爐氯氣（開關(guān)閥）+旁路（開關(guān)閥）燈亮）。

（11）四者同亮約2 s。當(dāng)火焰監(jiān)視系統(tǒng)監(jiān)視到火焰信號，進(jìn)合成爐氫氣調(diào)節(jié)閥+氯氣調(diào)節(jié)閥上的電磁閥打開（進(jìn)合成爐氫氣調(diào)節(jié)閥+氯氣調(diào)節(jié)閥燈亮）。

（12）完成以上步驟后，爐運(yùn)行成功，火焰監(jiān)視系統(tǒng)上可以看到小火焰。

（13）爐運(yùn)行成功后，方可進(jìn)行爐的運(yùn)行量的人工調(diào)整。

（14）如火焰監(jiān)視系統(tǒng)未監(jiān)視到火焰信號（合成爐的引火及高壓點(diǎn)火火焰），合成爐程序不再往下運(yùn)行，合成爐點(diǎn)火失敗（合成爐點(diǎn)火失敗燈亮），同時(shí)，合成爐充氮保護(hù)指示燈亮，合成爐充氮開關(guān)閥打開，對合成爐進(jìn)行充氮，保護(hù)合成爐的安全。

5 副產(chǎn)蒸汽合成爐點(diǎn)火柜點(diǎn)爐程序關(guān)鍵點(diǎn)

（1）高壓點(diǎn)火與進(jìn)爐氫氣重合時(shí)間在合成爐安全點(diǎn)火范圍內(nèi)盡量延長，高壓點(diǎn)火燈亮?xí)r，點(diǎn)火氫氣燈亮，點(diǎn)火氫氣燈、點(diǎn)火空氣燈、高壓點(diǎn)火燈三者同步應(yīng)維持 2.0～3.0 s。

（2）進(jìn)爐主路氫氣（開關(guān)閥）+旁路（開關(guān)閥）燈亮 1.0～2.0 s，進(jìn)爐氯氣（開關(guān)閥）+旁路（開關(guān)閥）燈亮。在進(jìn)爐主路氫氣（開關(guān)閥）+旁路（開關(guān)閥）燈亮?xí)r，高壓點(diǎn)火燈熄滅。

（3）進(jìn)爐主路氫氣（開關(guān)閥）+旁路（開關(guān)閥）燈亮、進(jìn)爐氯氣（開關(guān)閥）+旁路（開關(guān)閥）燈亮、點(diǎn)火空氣燈亮、點(diǎn)火氫氣燈亮，四者同亮應(yīng)維持1.0～2.0 s。

（4）完成上述程序后，進(jìn)爐氫氣調(diào)節(jié)閥、氯氣調(diào)節(jié)閥開。進(jìn)爐氫氣調(diào)節(jié)閥、氯氣調(diào)節(jié)閥燈亮，此時(shí)，合成爐才可進(jìn)行加量調(diào)整。

6 造成合成爐點(diǎn)火失敗的原因及解決措施

（1）點(diǎn)火柜點(diǎn)火程序死機(jī)PLC程序起來運(yùn)行。一般情況下，關(guān)閉點(diǎn)火柜控制電源10 min后，再送電即可恢復(fù)。

（2）未滿足以下工藝條件：

a.氮?dú)鈮毫Γ?.35 MPa；

b.壓縮空氣壓力＜0.55 MPa；

c.儀表氣壓力＜0.55 MPa；

d.壓縮空氣含氧量＜18.5%；

e.工藝要求的氫氣、氯氣、爐中氫、氯中氫等其他指標(biāo)不合格。

需檢查各控制點(diǎn)滿足規(guī)定的工藝要求。

（3）檢查并保持自控系統(tǒng)的閥門控制靈活性，主要為：a.點(diǎn)火空氣開關(guān)閥；b.點(diǎn)火氫氣開關(guān)閥；c.充氮開關(guān)閥；d.進(jìn)爐氫氣主路開關(guān)閥+旁路開關(guān)閥；e.進(jìn)爐氯氣主路開關(guān)閥+旁路開關(guān)閥。

要求開車前要手動檢查一遍。進(jìn)爐氯氣主路開關(guān)閥+旁路開關(guān)閥要活動多次，方可投入使用。

（4）進(jìn)爐氫氣調(diào)節(jié)閥+氯氣調(diào)節(jié)閥要手動檢查其開度及靈活性，可進(jìn)行零、50%、100%來回2個(gè)行程實(shí)驗(yàn)。

（5）利用合成爐抽負(fù)壓情況、往合成爐內(nèi)充氮?dú)狻⒖諌簹獾刃问?，檢查其工藝管線的通透情況，保證管路暢通。

（6）限流孔板裝置堵塞。在開車前拆下以下裝置并檢查，清理干凈后裝上備用。a.點(diǎn)火空氣限流孔板裝置；b.點(diǎn)火氫氣限流孔板裝置；c.進(jìn)爐氫氣旁路限流孔板裝置；d.進(jìn)爐氯氣旁路限流孔板裝置；e.進(jìn)爐氮?dú)庀蘖骺装逖b置。

（7）檢查進(jìn)爐氫氣阻火器，點(diǎn)火氫氣阻火器是否阻塞。

（8）火焰監(jiān)視裝置是否靈敏、監(jiān)視棒是否污染。

a.檢查監(jiān)視棒是否有銹蝕性的物質(zhì)，清理掉。

b.用外部火焰（如打火機(jī)火焰）檢查火焰?zhèn)鞲衅鞯撵`敏度。

（9）高壓點(diǎn)火裝置

a.高壓點(diǎn)火裝置內(nèi)是否有酸性物（液體或固體）；

b.高壓點(diǎn)火裝置上高壓點(diǎn)火電極處絕緣中阻是大于10 MΩ；

c.高壓點(diǎn)火裝置上高壓點(diǎn)火變壓器是否損壞，有點(diǎn)火信號時(shí)，高壓點(diǎn)火處是否有電弧發(fā)生、在接線處用電筆測試電筆氖泡發(fā)光；

d.高壓點(diǎn)火裝置上高壓點(diǎn)火處（電子撤弧處）是否在電極頂部，不可在根部處打火；

e.高壓點(diǎn)火裝置上打火電極頂部石墨頭電極是否損壞；

f.高壓點(diǎn)火裝置上的石英玻璃管是否損壞。

（10）石墨合成爐下的燈頭是否開裂。燈頭開裂導(dǎo)致氫氣、氯氣上不去，可使點(diǎn)不著火。

（11）點(diǎn)火時(shí)，爐內(nèi)正壓偏大可致電火不成功。點(diǎn)火時(shí)，一般為微負(fù)壓或微正壓。

（12）二合一點(diǎn)火柜內(nèi)各狀態(tài)繼電器（指示燈）無輸出（繼電器塤壞）。

（13）點(diǎn)火柜內(nèi)PLC程序、火焰?zhèn)鞲蟹糯笃鳎ò腰c(diǎn)火信號及火焰監(jiān)視器放大轉(zhuǎn)換成電信號4～20 mA一路輸出給點(diǎn)火柜內(nèi)的PLC系統(tǒng)，另一路給主控室DCS系統(tǒng)）、24V穩(wěn)壓電源損壞可致合成爐點(diǎn)火失敗。

（14）DCS系統(tǒng)上工藝指標(biāo)連鎖未解除，特別是，火焰檢測連鎖不可提前投入，否則DCS系統(tǒng)點(diǎn)火信號送不出，點(diǎn)火柜無法啟動點(diǎn)火按鈕。

（15）點(diǎn)火空氣（工藝壓縮空氣）和儀表氣路管路因腐蝕而造成管路不暢。

7 針對合成爐維護(hù)的幾點(diǎn)建議

（1）工藝管線及設(shè)備上的排污閥，定期進(jìn)行排污，特別是汽包和循環(huán)水的排污。

（2）凈化儀表氣源、工藝氣源。

（3）定期對各監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)，包括儀表設(shè)備工藝管線上的調(diào)節(jié)閥門。

（4）不在點(diǎn)火柜近處使用對講機(jī)，避免對PLC、高壓點(diǎn)火放大器造成電磁干擾或至PLC死機(jī)。

（5）在DCS柜內(nèi)增加1個(gè)正壓氣源，保證DCS柜內(nèi)模塊不被腐蝕。