磷酸三鈉在氯化氫合成爐蒸汽系統(tǒng)中的應(yīng)用

宋繼申，陳祥輝，朱文凱

（山東魯泰化學(xué)有限公司，山東 濟(jì)寧273500）

山東魯泰化學(xué)有限公司采用離子膜電解法制堿工藝和濕式電石法生產(chǎn)聚氯乙烯樹脂，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力分別為36 萬t/a 燒堿和37 萬t/a PVC 樹脂。

1 副產(chǎn)蒸汽生產(chǎn)工藝

該公司氯化氫合成工段共有7臺生產(chǎn)能力為150 t/d 的組合式氯化氫石墨合成爐（副產(chǎn)蒸汽），年產(chǎn)蒸汽超過18 萬t。鹽酸工段二期合成爐整體結(jié)構(gòu)分三段：燃燒段、蒸發(fā)段和冷卻段，每臺合成爐配有一臺閃蒸罐。原料氯氣、氫氣從爐底進(jìn)入，在氯化氫合成段混合反應(yīng)燃燒，反應(yīng)后的高溫氯化氫氣體向上經(jīng)過兩段冷卻至45 ℃以下后輸出。

合成爐中副產(chǎn)蒸汽系統(tǒng)由閃蒸罐、 鍋爐水補(bǔ)充槽、鍋爐水補(bǔ)水泵和合成爐蒸發(fā)段構(gòu)成。氯氣與氫氣燃燒時放出的熱量，主要由合成爐蒸發(fā)段循環(huán)熱水吸收，產(chǎn)生的過熱水，由蒸汽閃發(fā)罐釋放蒸汽，經(jīng)調(diào)節(jié)閥穩(wěn)壓至0.45 MPa 的低壓蒸汽送往聚氯乙烯車間聚合干燥工序和電解工段。來自聚氯乙烯車間聚合干燥工段的蒸汽冷凝水進(jìn)入熱水箱，經(jīng)鍋爐給水泵加壓經(jīng)調(diào)節(jié)閥進(jìn)入合成爐蒸發(fā)段底部，經(jīng)爐體加熱進(jìn)入蒸汽閃發(fā)罐，加熱后的汽水混合物在蒸汽閃發(fā)罐內(nèi)進(jìn)行汽水分離，蒸汽經(jīng)壓力調(diào)節(jié)閥送往界外，蒸發(fā)后的溫度略低的熱水由于在流體密度差的作用下進(jìn)行自循環(huán)，以保持蒸汽閃發(fā)罐液位正常。

2 生產(chǎn)現(xiàn)狀

在副產(chǎn)蒸汽系統(tǒng)運(yùn)行中，由于閃蒸罐液位控制不穩(wěn)定，波動大，鍋爐水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)等諸多因素，導(dǎo)致過熱水混合物對副產(chǎn)蒸汽系統(tǒng)腐蝕明顯，對蒸汽生產(chǎn)及合成爐正常運(yùn)行造成嚴(yán)重影響，平均每兩年就要對合成爐蒸汽出口彎頭、 合成爐出口蒸汽管道等部位進(jìn)行一次更換。大幅降低了合成爐安全運(yùn)行周期，嚴(yán)重制約了企業(yè)效益。

3 項(xiàng)目內(nèi)容及實(shí)施步驟

3.1 合成爐蒸汽系統(tǒng)腐蝕、損壞原因分析

3.1.1 氣蝕

由于副產(chǎn)蒸汽氯化氫合成爐采用間歇性補(bǔ)水，造成閃蒸罐液位波動大，且影響合成爐內(nèi)溫度和蒸汽壓力，造成合成爐內(nèi)冷卻水溫度變化，在蒸汽系統(tǒng)內(nèi)有氣泡溢出。這些氣泡伴隨著熱水一起向閃蒸罐流動，其間隨著外界壓力的減小，氣泡會發(fā)生破裂，沖擊設(shè)備和管道，形成氣蝕，在水汽流動過程中沖刷管壁，導(dǎo)致管壁變薄而發(fā)生泄漏。閃蒸罐液位波動大，液位上限過高，高于過熱水回水管時，影響過熱水流動速度，造成合成爐蒸發(fā)段熱量積聚，降低合成爐運(yùn)行周期。

3.1.2 電化學(xué)腐蝕

經(jīng)過對副產(chǎn)蒸汽系統(tǒng)鍋爐水進(jìn)水pH 值長期跟蹤檢測發(fā)現(xiàn)，進(jìn)水pH 值略低，為6.3～6.7。由金屬腐蝕理論[1]可知，碳鋼的腐蝕速度隨過熱水的pH 值的增大而降低。反之，pH 值越低，碳鋼的腐蝕速率越快。蒸汽系統(tǒng)殼程的內(nèi)表面出現(xiàn)不同程度的腐蝕，外觀呈現(xiàn)大量的麻點(diǎn)坑，凹凸不平，管道上部比下部尤為明顯。碳鋼金屬表面不均勻，存在著大量以微小的電極形式存在的微電池。當(dāng)與過熱水汽混合物接觸時，由于水的導(dǎo)電性和水的溶解氧從而產(chǎn)生氧化還原反應(yīng)[2]。

3.2 提出解決方案

首先對過熱水水質(zhì)pH 值略微偏低進(jìn)行調(diào)整，在合成爐蒸汽系統(tǒng)中加入緩蝕劑，將水質(zhì)變成軟水，控制pH 值9.0～10.0，規(guī)避上述腐蝕現(xiàn)象。其次是改變液位計(jì)形式，避免由于沉積物帶來的液位計(jì)量不準(zhǔn)確的問題，避免合成爐因缺少過熱水出現(xiàn)的干燒致石墨爐體炸裂現(xiàn)象。

3.3 鍋爐水管道增加緩蝕劑加藥裝置

緩蝕劑是一種在低濃度下能阻止或減緩金屬在環(huán)境介質(zhì)中腐蝕的物質(zhì)。緩蝕劑又叫作阻蝕劑、阻化劑或腐蝕抑制劑等。緩蝕劑保護(hù)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展為一項(xiàng)重要的防腐蝕技術(shù)，廣泛用在石油、冶金、化工、機(jī)械制造、動力和運(yùn)輸?shù)炔块T[3]。

磷酸三鈉作為一種廉價的陽極型緩蝕劑，1%的水溶液pH 值為11.5～12.1，能與硬水中的鈣、鎂鹽反應(yīng)，成為不溶性的磷酸鈣和磷酸鎂鹽。此外，還具有滲透和乳化作用，能增加水的潤濕能力，多余的磷酸三鈉，能將已結(jié)的鍋垢部分變成松軟而脫落，是涂去硬的表面和金屬表面上污垢的極好洗滌劑[4]。

該公司鍋爐補(bǔ)水箱是由原循環(huán)水箱改造而成，本身不具備定時排污系統(tǒng)，為避免水箱底部沉積大量沉淀物，堵塞補(bǔ)水泵，導(dǎo)致補(bǔ)水異?；驌p壞補(bǔ)水裝置。經(jīng)過探討，決定在鍋爐補(bǔ)水泵進(jìn)口管道上安裝加藥補(bǔ)充管。

（1）在鍋爐水泵進(jìn)口管道處安裝磷酸三鈉加藥裝置。單元組合式加藥裝置，主要有計(jì)量溶液箱、計(jì)量泵、過濾器、安全閥、止回閥、等組成一體化安裝在一個底座上。將組合式加藥裝置安放在加藥間，將進(jìn)水口、出藥口接好并接通電源即可啟動投入運(yùn)行。

（2）每兩天一次在閃蒸罐液位計(jì)處取過熱水分析樣測量pH 值，當(dāng)pH 值低于9時，定量1 kg/次加磷酸三鈉調(diào)節(jié)pH 值，控制pH 指標(biāo)在9.0～10.0 范圍內(nèi)。石墨設(shè)備耐堿性稍弱，pH 值控制過高，對石墨塊材的酚醛樹脂運(yùn)行周期產(chǎn)生分解影響。

（3）在鍋爐水出口管道上增設(shè)遠(yuǎn)傳pH 計(jì)至DCS操作電腦，由中控人員即時監(jiān)測，并與現(xiàn)場實(shí)測數(shù)值進(jìn)行對比測量。

（4）按時對合成爐副產(chǎn)蒸汽系統(tǒng)易漏部位每月用便攜式測厚儀進(jìn)行一次壁厚測量，在每臺合成爐取一個部位，同時測量四個點(diǎn)，每月測量一次，對壁厚數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比對，得出易漏部位受腐蝕程度和磷酸三鈉緩蝕效果。6臺合成爐同一部位加入磷酸三鈉半年測量值見表1。

表1 6臺合成爐同一部位加入磷酸三鈉半年測量值

（5）根據(jù)磷酸三鈉對水質(zhì)的影響及副產(chǎn)物，科學(xué)的制定排污措施。該公司采用定期排污又叫間斷排污的方式： 即每天對閃蒸罐和蒸發(fā)段底部排污閥沉積物易積聚部位各排污一次，排污水通過固定的排污收集管道進(jìn)入回收水箱。

（6）根據(jù)排污水特性（含磷），結(jié)合該公司環(huán)保要求，制定排污水收集回收裝置，安裝排污水收集水箱，水箱附帶安裝外送泵，設(shè)置液位計(jì)及自啟停裝置，將排污水通過管道回送至鹽水化鹽池調(diào)節(jié)使用，形成閉路循環(huán)，既杜絕了環(huán)境污染，降低環(huán)保運(yùn)行設(shè)施壓力，又減少了鹽水化鹽水用量，實(shí)現(xiàn)了廢水的二次利用。

3.4 控制閃蒸罐液位

與合成爐廠家溝通，全面分析閃蒸罐液位對HCl 合成爐及蒸汽系統(tǒng)的影響，合理控制閃蒸罐液位。閃蒸罐液位過低，容易造成石墨塊材“干燒”；液位過高，造成過熱水回水不暢，蒸發(fā)段熱量積聚及過熱水管道蒸汽釋放加劇，損壞蒸發(fā)段石墨設(shè)備和加快對蒸汽系統(tǒng)的腐蝕力度[5]。

該公司對閃蒸罐液位日常生產(chǎn)控制30%～60%；并設(shè)置DCS 停車聯(lián)鎖值為20%～80%。日常補(bǔ)水為自動控制，液位設(shè)定50%，補(bǔ)水由合成爐蒸發(fā)段底部進(jìn)入，吸收熱量后進(jìn)入閃蒸罐釋放蒸汽，釋放蒸汽后，溫度略低的過熱水，通過熱動力自循環(huán)回到蒸發(fā)段中部循環(huán)使用。

（1）安裝云母液位計(jì)?，F(xiàn)場閃蒸罐除遠(yuǎn)傳液位變送器和磁翻板現(xiàn)場液位計(jì)外，新增加安裝云母液位計(jì)，附帶現(xiàn)場磁翻板和遠(yuǎn)傳液位計(jì)，與聯(lián)鎖液位計(jì)變送器作對比，同時對閃蒸罐液位進(jìn)行監(jiān)控，防止液位計(jì)數(shù)據(jù)因堵塞或其他原因出現(xiàn)大偏差造成設(shè)備損壞或生產(chǎn)波動。

（2）對閃蒸罐液位計(jì)閥門進(jìn)行保溫，并每天一次進(jìn)行排污，對比各液位計(jì)之間的誤差數(shù)值。防止沉淀物堵塞液位計(jì)，出現(xiàn)數(shù)據(jù)偏差過大或假數(shù)據(jù)。將合成爐液位計(jì)排污進(jìn)行收集，一并回收至回收水箱，減少對環(huán)境的污染。

4 結(jié)語

（1）自2019年6月檢修將合成爐蒸汽系統(tǒng)全部更換以后，定時加入磷酸三鈉。根據(jù)每月壁厚測量值，彎頭處腐蝕力度減輕，根據(jù)表1 數(shù)據(jù)計(jì)算，平均每年腐蝕速度為1.2～1.5 mm，壁厚腐蝕速度較之改造前降低約5 倍，有效延長了合成爐蒸發(fā)系統(tǒng)的使用周期，大幅提升裝置安全運(yùn)行穩(wěn)定性。

（2）鍋爐水水質(zhì)明顯改善，排污取樣處，水質(zhì)清澈，鐵離子含量降低，色譜分析鍋爐水鐵離子含量為4.036×10-6。