自動(dòng)點(diǎn)火副產(chǎn)蒸汽二合一鹽酸系統(tǒng)技改總結(jié)

何冠平，王辛成

（山東鋁業(yè)公司氯堿廠，山東 淄博255000）

山東鋁業(yè)公司氯堿廠原有三合一鹽酸生產(chǎn)系統(tǒng)配套一期6 萬t/a 離子膜燒堿裝置建設(shè)，于2005年7 月投入使用。該系統(tǒng)由1 開1 備2 套組成，每套主要由三合一石墨合成爐、降膜吸收塔、尾氣吸收塔和酸水循環(huán)水力噴射抽空泵等組成。2008 年6 月，二期離子膜燒堿裝置建成投產(chǎn)，燒堿生產(chǎn)能力擴(kuò)大到15 萬t/a，二期鹽酸合成系統(tǒng)僅將一期鹽酸中的一套設(shè)備產(chǎn)能擴(kuò)大到90 t/d 31%HCl，另一套三合一爐作為備用，未進(jìn)行擴(kuò)能改造。2008 年開始的金融危機(jī)促使氯堿各企業(yè)加大節(jié)能減排技術(shù)改造工作力度，在此期間，山東鋁業(yè)公司氯堿廠進(jìn)行了膜法脫硝、引進(jìn)旭化成零極距電解槽、氫氣管道化外售和自動(dòng)點(diǎn)火副產(chǎn)蒸汽鹽酸合成等多項(xiàng)技術(shù)改造項(xiàng)目調(diào)研，并先后實(shí)施，取得了較好的安全、環(huán)保和經(jīng)濟(jì)效果。 自動(dòng)點(diǎn)火副產(chǎn)蒸汽鹽酸合成技術(shù)改造項(xiàng)目于2011 年8 月開始設(shè)計(jì)方案交流，2011 年11 月開始土建設(shè)計(jì)，2012 年6 月建成投產(chǎn)，二合一合成爐選用南通某石墨設(shè)備公司生產(chǎn)SZL-1100 型設(shè)備，配套上海某自控有限公司生產(chǎn)的自動(dòng)點(diǎn)火裝置，一次開車成功，本質(zhì)安全環(huán)保水平明顯提高，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

1 原三合一鹽酸裝置概況

1.1 原三合一鹽酸生產(chǎn)及廢氣回收流程

原三合一鹽酸生產(chǎn)及廢氣回收流程簡圖見圖1。

圖1 原三合一鹽酸生產(chǎn)及廢氣回收流程簡圖

1.2 原三合一鹽酸裝置的生產(chǎn)運(yùn)行情況

原三合一鹽酸生產(chǎn)裝置配套一期離子膜燒堿裝置建設(shè)，用于平衡氯氣液化產(chǎn)生的尾氣，合成爐型號為SHL50，配有一級降膜吸收器，一級尾氣吸收塔，吸收后的尾氣經(jīng)水力噴射泵抽入酸水循環(huán)罐。

配套該三合一鹽酸合成系統(tǒng)，建設(shè)了專用循環(huán)水冷卻系統(tǒng)，使用軟化水進(jìn)行循環(huán)冷卻，冷卻水設(shè)計(jì)流量300 m3/h。

二期離子膜燒堿裝置擴(kuò)建后， 燒堿產(chǎn)能達(dá)到15 萬t/a， 配套將1 套三合一鹽酸合成爐由SHL50型改為SHL90 型，同時(shí)，配套降膜吸收器和尾氣吸收塔擴(kuò)能，其他如循環(huán)水冷卻系統(tǒng)、酸水循環(huán)泵、噴射泵沒有進(jìn)行改變，仍能夠滿足SHL90 型合成爐生產(chǎn)要求。

上述一期和二期三合一鹽酸生產(chǎn)系統(tǒng)除能力不同外，其余完全相同。合成爐均采用上部手動(dòng)點(diǎn)火方式。手動(dòng)點(diǎn)火時(shí)，至少3 人配合操作，1 人在室內(nèi)做好觀察火焰和調(diào)節(jié)氯氫流量的準(zhǔn)備，另2 人在室外負(fù)責(zé)點(diǎn)火后將著火的氫氣軟管插在三合一合成爐氫氣引出管上并綁好，室內(nèi)操作人員發(fā)現(xiàn)火焰立即調(diào)節(jié)氯氣氫氣流量，確認(rèn)點(diǎn)火成功后，立即通知室外人員封爐門，防止氯氣或氯化氫氣體噴出。點(diǎn)火過程復(fù)雜且危險(xiǎn)。

在正常生產(chǎn)過程中，人工觀察火焰和“U”型水柱壓力計(jì)，氯氣液化尾氣、氫氣、吸收水和爐內(nèi)壓力均采用手動(dòng)方式調(diào)節(jié)。操作人員時(shí)刻在爐頂操作室觀察火焰，根據(jù)電解負(fù)荷的升降和液化尾氣的壓力等，隨時(shí)調(diào)整氯氣氫氣吸收水流量，負(fù)責(zé)巡檢的人員需根據(jù)要求及時(shí)調(diào)節(jié)酸水循環(huán)泵流量、水力噴射泵抽力，并及時(shí)測量鹽酸比重計(jì)算濃度等。

原三合一鹽酸裝置的土建是4 層框架結(jié)構(gòu)，爐頂操作室在三樓，并且該框架只安裝了1 套樓梯。若發(fā)生危險(xiǎn)，人員救援和自救非常困難。

原三合一鹽酸裝置的酸水循環(huán)水力噴射泵，對各鹽酸儲(chǔ)罐、鹽酸裝車等處的無組織排放鹽酸氣進(jìn)行抽空，隨著時(shí)間延長，酸水中鹽酸濃度逐步增加，由于沒有冷卻措施，濃度小于20%時(shí)，即從排空口向外排放白色酸霧污染環(huán)境。另一方面，由于該部分酸濃度偏低，鈣鎂含量高，顏色發(fā)黃而成為廢酸，需要單獨(dú)儲(chǔ)存銷售，價(jià)格低。

原三合一鹽酸裝置由于工藝、操作以及設(shè)備本身等方面的原因，鹽酸產(chǎn)品質(zhì)量受到影響，特別是游離氯指標(biāo)偏高，見表1。

表1 三合一鹽酸產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)與高純鹽酸標(biāo)準(zhǔn)（HG/T2778-2009）指標(biāo)對比

原三合一鹽酸生產(chǎn)系統(tǒng)上述人工操作勞動(dòng)量大、危險(xiǎn)性大、操作環(huán)境差以及存在環(huán)境污染、動(dòng)力電耗高、燃燒熱無法回收、產(chǎn)品品質(zhì)低等情況，迫切需要改造。

2 自動(dòng)點(diǎn)火副產(chǎn)蒸汽鹽酸合成項(xiàng)目技改方案及優(yōu)化

2.1 技改方案及優(yōu)化

近幾年，鹽酸合成爐自動(dòng)點(diǎn)火技術(shù)以及鹽酸生產(chǎn)自動(dòng)控制技術(shù)在中國氯堿行業(yè)得到大力推廣，同時(shí)隨著石墨科技水平的提高，耐壓、耐溫、防滲樹脂以及石墨材料加工技術(shù)逐步提高，石墨合成爐用于副產(chǎn)蒸汽逐漸成熟，副產(chǎn)蒸汽壓力越來越高，同時(shí)避免了鋼管水冷壁副產(chǎn)蒸汽鹽酸合成爐對氯化氫 （或鹽酸）質(zhì)量的影響。

本次技改方案要達(dá)到提高本質(zhì)安全水平、提高產(chǎn)品質(zhì)量和回收燃燒熱副產(chǎn)蒸汽、提高經(jīng)濟(jì)效益等目的，方案主要內(nèi)容如下。

2.1.1 項(xiàng)目產(chǎn)品方案及規(guī)模

本技改項(xiàng)目基于燒堿規(guī)模30 萬t/a（目前實(shí)際規(guī)模18 萬t/a）的液化尾氣全部平衡，副產(chǎn)蒸汽可并入原有管網(wǎng)系統(tǒng)，裝置既可以生產(chǎn)氯化氫氣體產(chǎn)品也可以全部用于生產(chǎn)食品級鹽酸。為此，選擇副產(chǎn)蒸汽二合一合成爐，要求合成爐出口氯化氫壓力5～10 kPa，為增加氣體氯化氫產(chǎn)品品種做準(zhǔn)備。 選用SZL-1100 型合成爐，每天可生產(chǎn)31%HCl 150 t。設(shè)備管道材質(zhì)規(guī)格選型也都符合產(chǎn)品質(zhì)量、蒸汽壓力等方面的要求。

2.1.2 總圖和設(shè)備布置優(yōu)化

為便于安全管理、環(huán)保管理和生產(chǎn)運(yùn)行等方面的集中管理，新二合一鹽酸裝置臨近原三合一鹽酸裝置布置，為此需拆除老裝置的氯氣、氫氣緩沖罐和酸水循環(huán)罐以及部分管架、電儀線纜橋架等。為同時(shí)解決老框架單樓梯問題，新框架增設(shè)樓梯，并要求新框架各層標(biāo)高在滿足設(shè)備安裝的基礎(chǔ)上與老框架各層標(biāo)高盡量接近，以便將來兩框架暢通巡檢通道。

本次技改同時(shí)考慮將來再上同類裝置時(shí)儀表氣緩沖罐、氮?dú)饩彌_罐、氯氣緩沖罐、氫氣緩沖罐以及副產(chǎn)蒸汽鍋爐給水罐、給水泵、吸收水管道等設(shè)備的共用，在設(shè)備能力、設(shè)備布置等方面一并進(jìn)行了優(yōu)化。

2.1.3 副產(chǎn)蒸汽壓力和產(chǎn)量

目前，山東鋁業(yè)公司氯堿廠所用蒸汽由自建的燃?xì)溴仩t提供，使用壓力0.3～0.6 MPa。從長遠(yuǎn)發(fā)展考慮，氯堿廠所處的鹽化工工業(yè)園的蒸汽主要來自5 km 外的熱電廠，用戶端管網(wǎng)壓力0.5～0.7 MPa。副產(chǎn)蒸汽二合一爐設(shè)計(jì)蒸汽壓力0.4～1.4 MPa，符合使用要求?？紤]到將來氯氣市場不景氣的情況下兩套設(shè)備同時(shí)高負(fù)荷生產(chǎn)鹽酸產(chǎn)品或氯化氫氣體產(chǎn)品，蒸汽產(chǎn)量較大，用水量較大，總管設(shè)計(jì)方面要留有足夠余量。

2.1.4 本質(zhì)安全

該技改項(xiàng)目提高本質(zhì)安全水平的主要措施是自動(dòng)點(diǎn)火、小火控制、生產(chǎn)自動(dòng)調(diào)節(jié)控制、報(bào)警連鎖保護(hù)等。

自動(dòng)點(diǎn)火采用上海某自控有限公司技術(shù)產(chǎn)品，主要由現(xiàn)場PLC 點(diǎn)火控制柜、點(diǎn)火槍、儀表空氣和氮?dú)?、氫氣自?dòng)閥及管路等組成。PLC 現(xiàn)場點(diǎn)火控制柜與DCS 系統(tǒng)連接，可實(shí)現(xiàn)在DCS 操作室遠(yuǎn)程點(diǎn)火。點(diǎn)火柜啟動(dòng)點(diǎn)火程序后，對氫氣、空氣點(diǎn)火管線自動(dòng)進(jìn)行氮?dú)獯祾?5 s，點(diǎn)火槍自動(dòng)放電打火，同時(shí)點(diǎn)火專用管道系統(tǒng)的空氣和氫氣自動(dòng)閥打開，遇火花著火。

自動(dòng)點(diǎn)火完成，DCS 切換到小火控制，氯氣、氫氣主管線的旁路小口徑（DN25）開關(guān)閥自動(dòng)打開，經(jīng)各自的調(diào)節(jié)閥，氯氣氫氣進(jìn)入爐內(nèi)遇點(diǎn)火槍火焰著火，小火運(yùn)行。

小火運(yùn)行確認(rèn)，現(xiàn)場封爐門后，DCS 切換到提量生產(chǎn)自動(dòng)控制系統(tǒng)，氯氣氫氣主管線開關(guān)閥打開，經(jīng)各自調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)氯氫合適比例，控制火焰正常并逐步提高氯氣氫氣流量和吸收水流量達(dá)到規(guī)定指標(biāo)，確認(rèn)運(yùn)行正常，投入聯(lián)鎖。

報(bào)警連鎖系統(tǒng)包括：氯氣壓力低低、氫氣壓力低低、吸收水流量低低、循環(huán)冷卻水流量低低、儀表氣壓力低低、氮?dú)鈮毫Φ偷?、爐壓高高、爐頂溫度高高、閃蒸罐液位低低、火焰監(jiān)測無信號等，一旦發(fā)生連鎖，氯氣開關(guān)閥和氫氣開關(guān)閥立即關(guān)閉，而且氯氣或氫氣任何一個(gè)開關(guān)閥關(guān)閉，另一開關(guān)閥立即連鎖關(guān)閉。上述連鎖信號均設(shè)置報(bào)警，另外還設(shè)置蒸汽壓力高報(bào)警等，以便及時(shí)提示，進(jìn)行人為調(diào)節(jié)干預(yù)，避免不必要的連鎖停車，提高設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率。

2.1.5 產(chǎn)品質(zhì)量

提高產(chǎn)品質(zhì)量的措施是要求合成爐、各級吸收器、尾氣塔等設(shè)備的石墨、樹脂材質(zhì)達(dá)到生產(chǎn)食品級鹽酸的要求，與氯化氫（或鹽酸）介質(zhì)接觸的管道材質(zhì)，較高溫度部分采用鋼襯聚四氟乙烯材質(zhì)，低溫部分采用飲用水級增強(qiáng)聚丙烯材質(zhì)，吸收水采用純水。

2.1.6 環(huán)境保護(hù)

原三合一鹽酸生產(chǎn)裝置尾氣塔廢氣以及產(chǎn)品儲(chǔ)罐、產(chǎn)品裝車、產(chǎn)品取樣等位置的廢氣，采用單獨(dú)的酸水循環(huán)水力噴射泵抽空方式減少環(huán)境污染。由于酸水循環(huán)采用批次排出然后補(bǔ)水的方式，運(yùn)行一段時(shí)間后酸水濃度溫度升高，一方面造成噴射泵抽力明顯下降，使排放點(diǎn)的廢氣無法抽走；另一方面，酸水循環(huán)罐的酸霧揮發(fā)從高處排空口開始排出，不符合環(huán)保要求。為解決這一問題，優(yōu)化方案，設(shè)計(jì)連續(xù)運(yùn)行得的尾氣吸收系統(tǒng)，配套獨(dú)立微型風(fēng)機(jī)，吸收水連續(xù)加入，酸水連續(xù)用作產(chǎn)品酸吸收，可杜絕尾氣超標(biāo)。

2.2 自動(dòng)點(diǎn)火副產(chǎn)蒸汽二合一鹽酸合成及廢氣回收

自動(dòng)點(diǎn)火副產(chǎn)蒸汽二合一鹽酸及廢氣回收工藝流程簡圖見圖2。

3 統(tǒng)籌技改與生產(chǎn)，兼顧安全與效益

圖2 自動(dòng)點(diǎn)火副產(chǎn)蒸汽二合一鹽酸及廢氣回收工藝流程簡圖

山東鋁業(yè)公司氯堿廠目前沒有氯氣氫氣下游產(chǎn)品，鹽酸合成工序?qū)β葔A系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性至關(guān)重要。如果發(fā)生鹽酸裝置停產(chǎn)，氯氣液化尾氣只能臨時(shí)排往次氯酸鈉尾氣處理系統(tǒng)，但該系統(tǒng)作為環(huán)保設(shè)施，不具備長期大量處理液化尾氣的生產(chǎn)能力，起不到平衡生產(chǎn)的作用，氯氣系統(tǒng)壓力會(huì)很快升高，迫使電解系統(tǒng)盡快降低負(fù)荷，甚至全廠停產(chǎn)。不但嚴(yán)重影響氯堿裝置運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，而且易發(fā)生安全環(huán)保事故。所以，自動(dòng)點(diǎn)火副產(chǎn)蒸汽鹽酸系統(tǒng)技術(shù)改造項(xiàng)目的施工，必須與生產(chǎn)運(yùn)行統(tǒng)籌謀劃，做到技改施工不影響生產(chǎn)運(yùn)行，生產(chǎn)運(yùn)行不耽誤技改施工。

原鹽酸系統(tǒng)的氫氣緩沖罐、氯氣緩沖罐、酸水循環(huán)罐、管架等占據(jù)技改項(xiàng)目空間，必須拆除或搬遷，而拆除或搬遷之前必須制作安裝好可替代的適合新系統(tǒng)的同類設(shè)備，這些設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造、土建基礎(chǔ)等都要超前謀劃實(shí)施并安裝完畢，吹掃試壓等測試合格處于備用狀態(tài)后，利用鹽酸合成爐停產(chǎn)的機(jī)會(huì)，一次完成附屬設(shè)備管路舊的拆除和新的安裝，使新的附屬設(shè)備管路與原三合一爐組成過渡系統(tǒng)，暫時(shí)保持生產(chǎn)，待新裝置土建框架完工，新合成爐系統(tǒng)安裝投產(chǎn)后，再拆除原三合一系統(tǒng)。

統(tǒng)籌技改施工和生產(chǎn)運(yùn)行兩不耽誤的關(guān)鍵是充分利用現(xiàn)有生產(chǎn)系統(tǒng)的計(jì)劃檢修機(jī)會(huì)，提前充分準(zhǔn)備，及時(shí)實(shí)施在原系統(tǒng)開口、與新系統(tǒng)的合茬等工作。技改過程中，氯氣、氫氣、氮?dú)狻x表空氣以及吸收水、循環(huán)水、蒸汽等工藝管道和公用系統(tǒng)管道均利用小檢修機(jī)會(huì)完成了合茬；電氣系統(tǒng)則利用彈性生產(chǎn)低負(fù)荷階段，切換動(dòng)力設(shè)備，完成技改項(xiàng)目專用總開關(guān)安裝；DCS 系統(tǒng)，提前完成新鹽酸控制程序的組態(tài)，利用電解系統(tǒng)停車機(jī)會(huì)進(jìn)行調(diào)試。各專業(yè)的施工管理，最大限度地降低了隊(duì)員系統(tǒng)生產(chǎn)的影響。

施工安全管理方面。由于施工與生產(chǎn)交叉，現(xiàn)場狹小，且在易燃易爆場所環(huán)境內(nèi)，危險(xiǎn)性特別大。針對每天施工內(nèi)容的不同，生產(chǎn)管理人員與施工管理人員共同辨識各類危險(xiǎn)因素，向施工人員認(rèn)真交底，針對性地實(shí)施安全措施，屬地單位現(xiàn)場監(jiān)護(hù)，及時(shí)協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)了全過程安全。

對技改與生產(chǎn)系統(tǒng)的統(tǒng)籌策劃，科學(xué)組織，嚴(yán)細(xì)管理，實(shí)現(xiàn)了技術(shù)改造項(xiàng)目的順利成功實(shí)施和生產(chǎn)系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

4 改造項(xiàng)目效果評價(jià)

自動(dòng)點(diǎn)火副產(chǎn)蒸汽鹽酸合成技術(shù)改造項(xiàng)目2011 年12 月開始土建施工，2012 年4 月主體設(shè)備二合一石墨合成爐吊裝就位，隨后進(jìn)行管道、電器儀表安裝和調(diào)試等工作，2012 年6 月投料試車，一次開車成功。

4.1 改造后的效果

技改項(xiàng)目實(shí)施后，實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)火柜程控自動(dòng)點(diǎn)火，小火運(yùn)行、提量運(yùn)行平穩(wěn)后，氯氣、氫氣、吸收水設(shè)置自動(dòng)調(diào)節(jié)，火焰監(jiān)測器自動(dòng)監(jiān)火，同時(shí)采用火焰視頻監(jiān)控，技改方案確定的各項(xiàng)報(bào)警連鎖投入使用，提高了本質(zhì)安全水平，減輕了員工勞動(dòng)強(qiáng)度。

實(shí)現(xiàn)了鹽酸產(chǎn)品罐廢氣、裝車廢氣、取樣廢氣的連續(xù)回收，杜絕了酸水循環(huán)罐廢氣，減少了環(huán)境污染和設(shè)備腐蝕，顯著改善了員工操作環(huán)境。

增加了氣體氯化氫、食品添加劑鹽酸等2 種產(chǎn)品規(guī)格，提高了鹽酸產(chǎn)品質(zhì)量，解決了原三合一鹽酸產(chǎn)品游離氯偏高等問題，游離氯由30×10-6～60×10-6下降到10×10-6～20×10-6。二合一鹽酸質(zhì)量與食品添加劑鹽酸國標(biāo)對比，見表2。技改消除了酸水循環(huán)造成的廢酸的產(chǎn)生，年減少廢酸產(chǎn)量三百余噸，減少了企業(yè)經(jīng)濟(jì)損失。二合一技改鹽酸質(zhì)量與食品添加劑國標(biāo)對比情況見表2。

表2 二合一技改鹽酸質(zhì)量與食品添加劑鹽酸國標(biāo)（GB1897-2008）對比 質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%

（1）提高了鹽酸生產(chǎn)能力，日產(chǎn)鹽酸可達(dá)150 t，同時(shí)可生產(chǎn)氯化氫產(chǎn)品，對于氯氣市場不景氣時(shí)調(diào)節(jié)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)發(fā)揮了作用；

（2）實(shí)現(xiàn)了副產(chǎn)蒸汽，蒸汽壓力滿足管網(wǎng)要求，可達(dá)到0.4 MPa 以上，年產(chǎn)蒸汽1.7 萬t，無稅利潤二百三十余萬元（按每噸蒸汽含稅160 元計(jì)）。

4.2 需要進(jìn)一步改進(jìn)的方面

（1）自動(dòng)點(diǎn)火副產(chǎn)蒸汽二合一鹽酸合成技術(shù)改造方案確定的氯氣與氫氣自動(dòng)比例調(diào)節(jié)，由于山東鋁業(yè)公司氯堿廠使用液化尾氣，尾氣中氯氣和氧氣的成份不太穩(wěn)定，為防止發(fā)生意外，沒有實(shí)施，仍采用根據(jù)火焰情況、爐壓變化等，調(diào)節(jié)自動(dòng)閥開關(guān)度來調(diào)節(jié)流量，待掌握充足的數(shù)據(jù)后再實(shí)施串級比例調(diào)節(jié)。

（2）由于測定鹽酸比重用于自動(dòng)調(diào)節(jié)吸收水流量的調(diào)節(jié)方式還不夠成熟，所以產(chǎn)品鹽酸濃度沒有實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，隨著控制技術(shù)的發(fā)展，相信不久也將能夠?qū)崿F(xiàn)。