氯化氫合成爐使用脫氧純水的運(yùn)行總結(jié)

高海陽(yáng)，馮強(qiáng)強(qiáng) ，曹磊磊 ，白虎雄，高鵬飛，劉文遠(yuǎn)

(陜西北元化工集團(tuán)股份有限公司，陜西 榆林 719000)

陜西北元化工集團(tuán)有限公司化工分公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“北元化工”)是一家擁有110萬(wàn)t/a聚氯乙烯、88萬(wàn)t/a燒堿的大型氯堿企業(yè)。

1 生產(chǎn)中存在的問(wèn)題

氯堿生產(chǎn)過(guò)程中涉及氯化氫合成裝置，北元化工合成裝置一、二期4條生產(chǎn)線(xiàn)共有TQZ-140、SZL-140、SZL-1600 3種型號(hào)的合成爐。氯氣、氫氣在合成爐內(nèi)混合燃燒生成氯化氫氣體，反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生大量反應(yīng)熱，通常采用循環(huán)水在合成爐夾套中作為冷卻介質(zhì)，將這部分熱量帶走。但長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，會(huì)出現(xiàn)合成爐底溫度高、合成爐石墨孔堵塞、燈座泄漏、爐膛漏水、蒸汽管線(xiàn)泄漏等異常情況，影響系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2 原因

分析認(rèn)為，合成爐異常主要有以下兩方面原因。

(1) 采用循環(huán)水對(duì)合成爐上下相對(duì)低溫區(qū)換熱時(shí),由于循環(huán)水雜質(zhì)較多，大量雜質(zhì)停留在合成爐內(nèi)，循環(huán)水中碳酸鈣、泥污等雜質(zhì)覆蓋在石墨塊表面及換熱孔內(nèi)，導(dǎo)致結(jié)垢嚴(yán)重，發(fā)生石墨塊干燒，進(jìn)而出現(xiàn)爐膛漏水、合成爐超溫等異?，F(xiàn)象。

(2) 蒸汽管線(xiàn)泄漏的另一個(gè)重要因素是氧腐蝕。合成爐高溫區(qū)流通的純水為未除氧純水，水中的溶解氧對(duì)設(shè)備管線(xiàn)造成氧腐蝕。氧腐蝕屬于電化學(xué)腐蝕，在沒(méi)有溶解氧存在時(shí)，鍋爐內(nèi)的水汽與鐵反應(yīng)生成Fe(OH)2，F(xiàn)e(OH)2可吸附在金屬壁上形成一層保護(hù)膜。但這層保護(hù)膜并不穩(wěn)定，在有氧存在時(shí)，它會(huì)進(jìn)一步氧化生成高價(jià)的Fe(OH)3，使設(shè)備不斷腐蝕[1]。

3 純水除氧工藝的引進(jìn)

根據(jù)以上分析情況，北元化工在合成裝置采用除氧純水作為冷卻介質(zhì)，解決了上述問(wèn)題。

3.1 工藝流程

純水經(jīng)過(guò)換熱器預(yù)熱后進(jìn)入除氧器，將低壓蒸汽管網(wǎng)0.3～0.4 MPa的蒸汽通入除氧器底部，純水與蒸汽逆流換熱接觸。在除氧器內(nèi)純水溫度升高至100～110 ℃，此過(guò)程中純水中的氧氣可降低至50 μg/L以下，不凝性氣體從除氧器頂部排空，熱水自流進(jìn)入除氧器給水箱。除氧純水由輸送泵直接供給合成爐夾套使用。循環(huán)純水泵將高溫純水輸送至純水預(yù)熱器，與低溫純水初步換熱，再經(jīng)過(guò)循環(huán)純水冷卻器降溫至60 ℃以下，進(jìn)入合成爐底部換熱，再回流至純水罐進(jìn)行循環(huán)。合成爐使用除氧純水流程如圖1所示。

圖1 合成爐使用除氧純水工藝流程示意圖

Fig.1 Process flow diagram of using deoxygenated pure water as cooling medium for hydrogen chloride synthesis furnace

3.2 除氧器原理及特點(diǎn)

除氧器應(yīng)用了射流和旋轉(zhuǎn)技術(shù)，并采用了比表面積很大的填料-液汽網(wǎng)盒。除氧器總體設(shè)計(jì)成兩級(jí)除氧結(jié)構(gòu)。第一級(jí)除氧裝置由起膜裝置和淋水箅子組成?；瘜W(xué)補(bǔ)充水以及其他低于飽和溫度下的各種疏水都進(jìn)入起膜裝置的水室中混合，混合后的水經(jīng)過(guò)固定在上、下管板上的起膜噴管的噴孔以射流方式在起膜噴管的內(nèi)壁上形成高速向下旋轉(zhuǎn)的水膜。向下流動(dòng)的水膜與上升的加熱蒸汽接觸后產(chǎn)生強(qiáng)烈的熱交換過(guò)程，當(dāng)旋轉(zhuǎn)的水膜流出起膜管時(shí)，水溫基本上接近了飽和溫度，水中的溶解氧將被除掉90%～95%。水膜流出起膜管后形成椎形裙體，并在重力和蒸汽流的作用下被沖破而形成水滴，降落在淋水箅子上。淋水箅子由5層30 mm×30 mm等邊角鋼構(gòu)成，除氧水經(jīng)過(guò)各層箅子與蒸汽進(jìn)一步進(jìn)行熱交換，同時(shí)也為除氧水進(jìn)入液汽網(wǎng)填料盒進(jìn)行均勻分配。液汽網(wǎng)填料盒是除氧器第二級(jí)除氧裝置。液汽網(wǎng)填料盒根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)成單層或雙層。液汽網(wǎng)是一種新型高效填料，它是由不銹鋼扁絲(0.1 mm×0.4 mm)以Ω形編織成的網(wǎng)套，把液汽網(wǎng)按其自然狀態(tài)盤(pán)成圓盤(pán)，圓盤(pán)直徑相當(dāng)于液汽網(wǎng)填料盒框體的內(nèi)徑，在圓盤(pán)的上下用扁鋼和Φ14鋼筋將其固裝在液汽網(wǎng)填料盒的框體內(nèi)，除氧水經(jīng)過(guò)液汽網(wǎng)填料盒，汽水充分接觸，將水中溶解氧最大限度地解吸出來(lái)。這一除氧過(guò)程保證了除氧器在變工況運(yùn)行時(shí)的適應(yīng)性能和穩(wěn)定性能。

4 引進(jìn)工藝前后對(duì)比

4.1 爐底循環(huán)水變更為除氧純水對(duì)比

采用循環(huán)水換熱時(shí)由于循環(huán)水雜質(zhì)較多，進(jìn)合成爐管線(xiàn)又從循環(huán)水總管底部引出，導(dǎo)致大量雜質(zhì)停留在合成爐內(nèi)。循環(huán)水改為除氧純水后，合成爐底溫度大大降低，減少了燈座泄漏、爐膛漏水等異常情況的發(fā)生。除氧純水使用前后，合成爐爐底、燈座的溫度對(duì)比見(jiàn)表1、表2。

表1 循環(huán)水降溫時(shí)合成爐溫度

表2 脫氧純水降溫時(shí)合成爐溫度

4.2 高溫區(qū)普通純水變?yōu)槌跫兯畬?duì)比

新裝置運(yùn)行1年以來(lái)，合成爐運(yùn)行平穩(wěn)，未出現(xiàn)蒸汽管線(xiàn)沖刷泄漏等情況。蒸汽管壁厚由平均每年損失2.5 mm降至0.5 mm。圖2是1#爐技改前后蒸汽管線(xiàn)壁厚數(shù)據(jù)對(duì)比效果，圖3是5#爐技改前后蒸汽管線(xiàn)壁厚數(shù)據(jù)對(duì)比效果。

圖2 1#合成爐蒸汽管線(xiàn)壁厚技改前后對(duì)比

圖3 5#合成爐蒸汽管線(xiàn)壁厚技改前后對(duì)比

4.3 運(yùn)行穩(wěn)定性對(duì)比

2019年11月解體一期TQZ-140型合成爐B3爐，整體干凈，未發(fā)現(xiàn)紅色污垢；閃蒸罐原來(lái)約2個(gè)月檢修1次，改造后，運(yùn)行共16個(gè)月未檢修，且防爆膜接口蒸汽漏點(diǎn)頻率降低。至目前，SZL-1600型合成爐最長(zhǎng)運(yùn)行時(shí)間為21個(gè)月(2018年5月至2020年2月)，未因腐蝕而造成泄漏。

2020年3月，二期合成爐全部改用除氧純水，目前運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)的合成爐為14個(gè)月，其中SZL-140型合成爐底盤(pán)溫度全部低于50 ℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于改造前(最高140 ℃)的溫度，且蒸汽管線(xiàn)未出現(xiàn)漏點(diǎn)；SZL-1600型合成爐底盤(pán)溫度正常，蒸汽管線(xiàn)運(yùn)行正常。

5 結(jié)語(yǔ)

除氧純水的引進(jìn)，減少了合成爐底溫度高、氧腐蝕等異常情況，降低了設(shè)備維護(hù)檢修頻次，有利于裝置的長(zhǎng)周期安全平穩(wěn)運(yùn)行，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益，值得同行業(yè)借鑒推廣。但由于循環(huán)水本身易結(jié)垢屬性未得到徹底解決，所以改造后出現(xiàn)了純水冷卻器的結(jié)垢問(wèn)題，目前通過(guò)開(kāi)一備一的方式運(yùn)行，定期對(duì)純水冷卻器進(jìn)行清理，循環(huán)水的易結(jié)垢問(wèn)題將是公司下一步的研究方向。