TQZ-140型副產(chǎn)蒸汽氯化氫合成裝置運(yùn)行總結(jié)

孫龍彬

(陜西北元化工集團(tuán)股份有限公司，陜西 榆林 719319)

陜西北元化工集團(tuán)股份有限公司(以下簡稱“北元化工”)一期50萬t/a聚氯乙烯、40萬t/a燒堿裝置于2010年7月開車投運(yùn)。氯化氫合成裝置采用江蘇南通某公司生產(chǎn)的型號(hào)為TQZ-140副產(chǎn)蒸汽二合一氯化氫石墨合成爐，生產(chǎn)能力為120 t/d，副產(chǎn)水蒸氣2 t/h(0.25 MPa)。下面主要討論該合成爐在運(yùn)行中存在的問題及處理措施。

1 生產(chǎn)工藝

由氯氣處理工序送來的尾氣經(jīng)氯氣緩沖罐、流量調(diào)節(jié)閥進(jìn)入合成爐底部燈頭,由氫處理工序送來的氫氣經(jīng)氫氣后冷卻器、氫氣水霧捕集器、流量調(diào)節(jié)閥、阻火器后進(jìn)入合成爐底部燈頭。這2種氣體在燈頭中充分燃燒生成氯化氫[1]，產(chǎn)生的熱量一部分用于生產(chǎn)蒸汽，另一部分被循環(huán)冷卻水帶出。生成的氯化氫一部分通過緩沖罐、石墨冷卻器、酸霧捕集器送至氯乙烯合成工序，另一部分通過一級(jí)降膜、二級(jí)降膜和尾氣吸收塔制成高純鹽酸送至電解和罐區(qū)。

1.1 氯氫配比

為保證生產(chǎn)穩(wěn)定，該裝置設(shè)計(jì)要求氯氫體積比為1∶(1.05～1.30)，同時(shí)要求氯化氫中游離氯為0，氯化氫體積分?jǐn)?shù)為93%～95%。

1.2 蒸汽系統(tǒng)

來自純水罐的純水通過純水泵加壓至0.58～0.62 MPa，被送至合成爐底部，產(chǎn)生的蒸汽進(jìn)入閃蒸罐進(jìn)行汽液分離，蒸汽輸送至蒸汽分配臺(tái)，再輸送至外管供用戶使用。

2 生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題及處理措施

2.1 燈頭損壞

該合成爐采用直通式3層石英燈頭，最里層氫氣，中間層氯氣，最外層氫氣。該燈頭運(yùn)行較穩(wěn)定，氫氣和氯氣混合均勻，生產(chǎn)出的氯化氫氣體純度穩(wěn)定。但在實(shí)際操作中，每次點(diǎn)爐時(shí)，通氯氣過程中燈頭易產(chǎn)生爆鳴聲，甚至炸裂;每次停車時(shí),燈頭經(jīng)常碎裂。

(1)研究發(fā)現(xiàn)，在點(diǎn)爐過程中產(chǎn)生爆鳴聲炸裂燈頭的原因?yàn)闋t前氯氣管線沒有置換，造成氯氣純度不合格，和氫氣混合時(shí)產(chǎn)生爆鳴。因此在點(diǎn)爐時(shí)通過爐前氯氣管線上的去事故氯閥門，對(duì)爐前氯氣管線進(jìn)行置換。方法為：打開去事故氯閥門，聯(lián)系DCS打開氯氣調(diào)節(jié)閥5%，打開氯氣切斷閥，置換1 min，將氯氣總管到去事故氯閥門前的管線置換為合格的氯氣；然后聯(lián)系DCS關(guān)閉氯氣調(diào)節(jié)閥、切斷閥，現(xiàn)場手動(dòng)打開爐前氯氣手閥，置換進(jìn)爐管線1 min，將事故氯閥門到合成爐的管線置換為空氣。實(shí)際運(yùn)行中再未出現(xiàn)點(diǎn)爐燈頭炸裂情況。

(2)對(duì)于停爐時(shí)燈頭碎裂的情況進(jìn)行研究。合成爐設(shè)定聯(lián)鎖如下：停爐后10 s氮?dú)忾y門打開，給合成爐充氮?dú)庵脫Q。研究發(fā)現(xiàn)：因停爐后合成爐燈頭溫度較高，氮?dú)鉁囟容^低，兩者溫差較大，容易造成燈頭破裂。因此，將氮?dú)庾詣?dòng)閥前后手閥關(guān)閉，待停爐30 min燈頭自然冷卻后，再手動(dòng)充氮?dú)庵脫Q合成爐。這樣做以后，再未出現(xiàn)合成爐燈頭碎裂的情況。管線走向如圖1所示。

圖1 進(jìn)合成爐氫氣、氯氣及充氮?dú)夤芫€簡圖

2.2 防爆膜爆破后碎片的處理

每臺(tái)合成爐設(shè)計(jì)有3塊防爆膜，頂部1塊，中間2塊。合成爐頂部防爆膜為露天狀態(tài)，容易受到外部因素影響而爆破(外部物體打擊，北方夏季多冰雹等)。開車初期，頂部防爆膜爆破次數(shù)最多，且炸飛的防爆膜碎片到處亂飛，極易砸傷操作人員。

處理措施：給頂部防爆膜增設(shè)防護(hù)板，選用厚度為6 cm的硬質(zhì)泡沫板，置于連接防爆膜法蘭之上，不與防爆膜接觸，在防護(hù)板上增加防護(hù)網(wǎng)，當(dāng)防爆膜爆破時(shí)，收攏防爆膜碎片。在實(shí)際運(yùn)行中，效果良好。防爆膜防護(hù)蓋板示意圖如圖2所示。

圖2 防爆膜防護(hù)蓋板示意圖

2.3 合成爐底部雜質(zhì)積聚

氯化氫合成爐長期運(yùn)行后，夾套層純水pH值逐漸降低，水質(zhì)渾濁發(fā)紅，且底部有大量“紅泥”，影響石墨塊與純水換熱。若長時(shí)間得不到清理，極易造成合成爐石墨塊堵塞，底盤換熱不均勻，最終導(dǎo)致石墨塊被燒裂。

原因分析：因?yàn)閵A套水長期蒸發(fā)，使水的濃縮比逐漸提高，進(jìn)一步使水的氫離子含量提高，導(dǎo)致pH值降低[2]。而水質(zhì)發(fā)紅主要是因?yàn)閵A套層為鐵制殼體，水中含F(xiàn)e3+，長期運(yùn)行導(dǎo)致雜質(zhì)沉積在底部產(chǎn)生“紅泥”。

采取的措施:①每3天檢測一次夾套水pH值，偏低時(shí)進(jìn)行排凈置換；②在合成爐底部鋼套兩側(cè)增加兩個(gè)長 30 cm、寬14 cm的法蘭清洗口，方便打開清洗，根據(jù)底部爐體溫度定期清理合成爐底部雜質(zhì)。

2.4 循環(huán)水突然中斷，產(chǎn)生負(fù)壓抽吸導(dǎo)致爐頂防爆膜短接破損

合成爐上部冷卻段采用循環(huán)水換熱，循環(huán)水為帶壓上回水，在兩次循環(huán)水突然中斷全廠停車的事故中，均有合成爐頂部防爆膜短接被抽斷。而防爆膜短接一旦損壞就需要更換整塊石墨塊，耽誤生產(chǎn)，且需要大量人力物力。

處理措施：研究發(fā)現(xiàn)，5臺(tái)合成爐采用并聯(lián)通循環(huán)水，當(dāng)循環(huán)水突然失壓時(shí)，大量循環(huán)水回流，產(chǎn)生很大的吸力，崗位操作人員來不及關(guān)閉循環(huán)水回水閥和打開合成爐頂部循環(huán)水排氣閥，造成循環(huán)水抽吸，將合成爐最薄弱的防爆膜短接抽壞。因此在循環(huán)水DN80回水排氣處添加止回閥，正常運(yùn)行時(shí)閥門關(guān)閉，一旦循環(huán)水失壓中斷，自動(dòng)打開吸氣對(duì)空，保證合成爐頂部防爆膜短接安全。如圖3所示。

圖3 合成爐循壞水回水增加止回閥示意圖

2.5 合成爐視鏡結(jié)垢

由于進(jìn)合成爐的氯氣中夾帶有微量的酸泥和酸霧，氫氣中夾帶有微量的氫氧化鈉，氯氣和氫氣在合成爐內(nèi)燃燒反應(yīng)時(shí)，酸泥和鈉鹽就會(huì)附著在觀火視鏡上形成垢層，影響對(duì)火焰的觀察，對(duì)安全生產(chǎn)造成一定的影響；嚴(yán)重時(shí)使DCS和現(xiàn)場操作人員無法進(jìn)行觀火操作，給安全生產(chǎn)埋下重大安全隱患。而氯化氫合成工序合成爐全部運(yùn)行，對(duì)視鏡進(jìn)行清洗操作勢必影響系統(tǒng)運(yùn)行，給系統(tǒng)帶來不穩(wěn)定因素[3]。

處理措施：在合成爐視鏡內(nèi)側(cè)緊靠視鏡增設(shè)一個(gè)視鏡清洗裝置，裝置上開有3個(gè)3 mm的小孔以45°方向?qū)?zhǔn)視鏡。清洗時(shí)，用專用注射器連接清洗管線，打開閥門，將清洗用純水緩慢推進(jìn)合成爐內(nèi)，同時(shí)聯(lián)系DCS密切注意合成爐壓力變化。

增設(shè)清洗裝置后，運(yùn)行效果良好。合成爐視鏡清洗裝置如圖4所示。

圖4 合成爐視鏡清洗裝置示意圖

2.6 進(jìn)合成爐氫氣彎管腐蝕泄漏

氫氣經(jīng)過阻火器后進(jìn)入爐底的氫氣彎管，氫氣彎管由碳鋼材質(zhì)制作，其上部與燈頭連接，在合成爐內(nèi)存有氯化氫氣體、水分和不凝性氣體，氯化氫氣體和水分結(jié)合會(huì)形成酸霧，酸霧在合成爐燈頭處積聚倒流，慢慢腐蝕氫氣彎管焊縫和彎頭。一旦氫氣彎管被酸霧腐蝕出現(xiàn)泄漏，就不得不停爐進(jìn)行更換或補(bǔ)焊，需要大量的人力和物力，且泄漏氫氣又存在很大的著火爆炸隱患。

處理措施：將爐底氫氣彎管更換成襯氟橡膠管線，并通過法蘭、彎頭分段裝配。

改造后連續(xù)運(yùn)行至今，沒有出現(xiàn)過因氫氣彎管腐蝕造成的合成爐非計(jì)劃停車的情況。圖5中①②③點(diǎn)為改造前易泄漏點(diǎn)。

圖5 合成爐氫氣彎管易腐蝕部位改造示意圖

3 未徹底解決的問題

閃蒸罐循環(huán)水純水互串問題。一體式副產(chǎn)蒸汽型合成爐通過上液管將汽水混合液輸送至閃蒸罐內(nèi)，進(jìn)行汽液分離。而合成爐冷卻段循環(huán)水上水管線需通過合成爐夾套將循環(huán)水輸送至石墨塊內(nèi)。存在于夾套內(nèi)的這段循環(huán)水管線經(jīng)常性泄漏造成循環(huán)水和純水互串。分析認(rèn)為是沖刷腐蝕和氣蝕造成的。①?zèng)_刷腐蝕。夾套內(nèi)純水流速較快，與管線存在高速的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，引起金屬損壞，這是機(jī)械性沖刷和電化學(xué)腐蝕交互作用的結(jié)果。②氣蝕。在壓力變化的情況下，金屬表面接觸流體而發(fā)生洞穴狀腐蝕。循環(huán)水管線在這兩種因素的作用下，經(jīng)常性泄漏。

處理措施：對(duì)于循環(huán)水和純水互串目前只能采取停爐補(bǔ)焊進(jìn)行處理，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且作業(yè)過程中涉及設(shè)備檢修作業(yè)、動(dòng)火作業(yè)、受限空間作業(yè)，存在較大安全隱患。但目前并沒有更好的處理方案。易腐蝕泄漏循環(huán)水管線示意圖如圖6所示。

圖6 易腐蝕泄漏循環(huán)水管線示意圖

4 生產(chǎn)過程注意事項(xiàng)

因工藝原因，氯化氫合成裝置自動(dòng)化程度相對(duì)較低，大量操作為手動(dòng)控制，且北元化工合成爐點(diǎn)火方式為人工點(diǎn)火，對(duì)操作人員的操作能力有較高的要求。因此，生產(chǎn)作業(yè)過程中應(yīng)采取對(duì)應(yīng)措施，防止事故發(fā)生。

(1)制定出詳細(xì)的標(biāo)準(zhǔn)化操作，對(duì)生產(chǎn)中的每個(gè)作業(yè)進(jìn)行梳理，梳理為一個(gè)操作單元。在操作單元中的每一步操作盡量做到量化控制，每個(gè)作業(yè)必須嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行操作，杜絕生產(chǎn)事故的發(fā)生。

(2)開停車采用作業(yè)票證制度。在開停車過程中，因操作量大、操作點(diǎn)多，每次開停車為生產(chǎn)事故的高發(fā)期。針對(duì)該種情況，開停車操作過程根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化操作制定出停車置換票、開車系統(tǒng)置換票、打壓試漏記錄、點(diǎn)爐操作票等，要求操作人員每一步操作必須嚴(yán)格按照操作票進(jìn)行操作，并對(duì)每一步作業(yè)必須進(jìn)行確認(rèn)，對(duì)部分關(guān)鍵性的操作采用雙人進(jìn)行確認(rèn)。從而杜絕開停車過程生產(chǎn)事故的發(fā)生[4]。

5 結(jié)語

氯化氫合成工序直接影響氯堿生產(chǎn)的安全、平穩(wěn)、長周期運(yùn)行。因此，氯化氫合成工序的安全問題必須引起足夠的重視。在實(shí)際生產(chǎn)中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，并在最短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行改進(jìn)，保證氯化氫合成裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行。