蒸發(fā)設(shè)備再利用技術(shù)改造

張艷惠

(河南神馬氯堿發(fā)展有限責(zé)任公司，河南 平頂山 467000)

河南神馬氯堿發(fā)展有限責(zé)任公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“神馬氯堿發(fā)展”)具有30萬(wàn)t/a離子膜法燒堿和30萬(wàn)t/a PVC裝置。為全面貫徹落實(shí)節(jié)能降耗工作精神，神馬氯堿發(fā)展多措并舉，力爭(zhēng)以最小的資源損耗和最低的環(huán)境破壞換取最大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，從而促進(jìn)氯堿行業(yè)持續(xù)、迅速、穩(wěn)定發(fā)展。

神馬氯堿下屬子公司新鄉(xiāng)正華面臨資產(chǎn)重組，5萬(wàn)t/a鉀堿蒸發(fā)設(shè)備技術(shù)先進(jìn)可靠，自動(dòng)化程度高，設(shè)備材質(zhì)為貴金屬。本著節(jié)約資源、深度挖潛的宗旨，將該生產(chǎn)設(shè)備應(yīng)用于神馬氯堿發(fā)展的現(xiàn)有燒堿裝置上。通過(guò)對(duì)設(shè)備進(jìn)行局部改造，提高生產(chǎn)效率和設(shè)備的再利用率，從而達(dá)到降低能源消耗的目的。

1 裝置利舊的可行性分析

蒸發(fā)和冷卻是堿液濃縮過(guò)程中最重要的化工單元[1]，蒸發(fā)裝置的性能對(duì)于整個(gè)裝置的產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)能力和消耗定額等都具有重大的影響。三效蒸發(fā)設(shè)備投資費(fèi)用較大,如果將新鄉(xiāng)正華閑置濃縮堿設(shè)備再利用，勢(shì)必能以最少的投資完成項(xiàng)目建設(shè)，實(shí)現(xiàn)資源再利用的同時(shí)，為公司創(chuàng)造效益。

神馬氯堿發(fā)展離子膜法燒堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為32%，通過(guò)三效降膜逆流蒸發(fā)濃縮，將32%燒堿溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)提升至50%，同樣1 t折100%燒堿，32%的燒堿溶液與50%的燒堿溶液質(zhì)量相差1 125 kg，堿液由32%濃縮到50%，直接降低了燒堿的運(yùn)輸成本。為了滿(mǎn)足市場(chǎng)需要,擴(kuò)大銷(xiāo)售半徑，降低運(yùn)輸費(fèi)用，提高燒堿儲(chǔ)存量，抵抗市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)，并有效利用閑置蒸發(fā)堿設(shè)備，增加50%離子膜燒堿品種是十分必要的。

利舊設(shè)備是采用原5萬(wàn)t/a氫氧化鉀(折100%)蒸發(fā)裝置。該鉀堿蒸發(fā)裝置于2011年投產(chǎn)，運(yùn)行4年后停產(chǎn)，整套裝置處于保護(hù)閑置狀態(tài)。裝置采用三效逆流蒸發(fā)工藝，鉀堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)由32%提升至50%，運(yùn)行時(shí)生產(chǎn)1 t 50%鉀堿(折100%)消耗0.7～0.9 MPa的蒸汽530～550 kg。該技術(shù)先進(jìn)可靠，自動(dòng)化程度高，設(shè)備材質(zhì)為貴金屬，用于蒸發(fā)燒堿技術(shù)可行。

在位置選擇上，神馬氯堿發(fā)展原膜法脫硝生產(chǎn)框架樓層間距、建筑面積及原料、產(chǎn)品的運(yùn)輸儲(chǔ)存等條件均符合裝置布置要求。

2 項(xiàng)目主要實(shí)施內(nèi)容

該項(xiàng)目分為兩期建設(shè)。一期項(xiàng)目整套蒸發(fā)裝置占地面積16 m×13 m，為4層框架，利用原新鄉(xiāng)正華閑置堿液蒸發(fā)裝置，放置在神馬氯堿發(fā)展原脫硝框架區(qū)域。將整套閑置堿液蒸發(fā)裝置全部拆除利舊再安裝，以節(jié)約管道成本。拆除酸罐區(qū)多余的稀硫酸及濃硫酸儲(chǔ)罐，在其位置新增2臺(tái)濃縮堿成品儲(chǔ)罐，并增設(shè)圍堰將其與其他酸罐隔開(kāi)。隨后根據(jù)濃縮堿市場(chǎng)情況計(jì)劃進(jìn)行二期擴(kuò)建項(xiàng)目。

3 項(xiàng)目技術(shù)方案

5萬(wàn)t/a 50%鈉堿蒸發(fā)裝置采用三效逆流[2]、真空蒸發(fā)工藝，其優(yōu)勢(shì)在于蒸發(fā)效率高、蒸汽消耗低。

3.1 三效逆流工藝

逆流工藝即堿液的流向與加熱蒸汽的流向相反。堿液從Ⅲ效蒸發(fā)器進(jìn)入，經(jīng)Ⅲ效濃縮后進(jìn)入Ⅱ效，經(jīng)Ⅱ效濃縮后再進(jìn)入Ⅰ效，最后從Ⅰ效蒸發(fā)器出來(lái)；而加熱蒸汽從Ⅰ效進(jìn)入，Ⅰ效產(chǎn)生的二次蒸汽進(jìn)入Ⅱ效，Ⅱ效產(chǎn)生的二次蒸汽進(jìn)入Ⅲ效。逆流工藝的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)堿液濃度增大時(shí)堿液的溫度也升高，因此各效黏度相差不至于太大，物料流動(dòng)性好，各效傳熱系數(shù)都保持在一個(gè)較高的水平。

3.2 真空蒸發(fā)

Ⅲ效蒸發(fā)器內(nèi)真空度較高，真空蒸發(fā)的優(yōu)點(diǎn)：①降低蒸發(fā)堿液的沸點(diǎn)，使堿液能在較低的溫度下蒸發(fā);②大大提高整個(gè)蒸發(fā)系統(tǒng)的溫差，即提高整個(gè)蒸發(fā)系統(tǒng)的推動(dòng)力，蒸發(fā)系統(tǒng)溫差的提高對(duì)沸點(diǎn)升高較大的堿液蒸發(fā)非常有利。

3.3 5臺(tái)板式換熱器回收熱能

在蒸發(fā)系統(tǒng)設(shè)置了5臺(tái)板式換熱器，用于回收高溫堿液和蒸汽冷凝水的熱能，進(jìn)一步提高蒸發(fā)系統(tǒng)的熱能利用率，相應(yīng)也就降低了蒸汽的消耗和運(yùn)行成本。

3.4 高效能減溫器

蒸發(fā)系統(tǒng)設(shè)置了3臺(tái)減溫器，將蒸發(fā)罐出來(lái)的二次過(guò)熱蒸汽降到飽和溫度狀態(tài)后，送下一效加熱器加熱堿液，大大提高了傳熱效率和整個(gè)蒸發(fā)系統(tǒng)的蒸發(fā)效率。

3.5 分體管式降膜蒸發(fā)技術(shù)

蒸發(fā)器由加熱器和蒸發(fā)罐組成，且加熱器和蒸發(fā)罐為分體式結(jié)構(gòu)，堿泵送來(lái)的堿液先進(jìn)入加熱器，在加熱器頂部設(shè)置了堿液分配器和布膜器，其功能是將送入加熱器的堿液均勻分布到加熱器的整個(gè)截面，促使堿液沿著加熱器每根換熱管的內(nèi)表面呈均勻的膜狀向下流動(dòng)。堿液在流動(dòng)過(guò)程中和殼程的加熱蒸汽進(jìn)行強(qiáng)烈的熱交換而產(chǎn)生蒸發(fā)，這時(shí)換熱管中心充滿(mǎn)了二次蒸汽，它會(huì)帶動(dòng)管內(nèi)壁膜狀的堿液高速地向下流動(dòng)，一起由換熱器底部出來(lái)進(jìn)入蒸發(fā)罐內(nèi)。沸點(diǎn)狀態(tài)的堿液在蒸發(fā)罐里擴(kuò)容降溫而進(jìn)一步產(chǎn)生強(qiáng)烈蒸發(fā)，蒸發(fā)罐產(chǎn)生的二次蒸汽通過(guò)上部汽液分離裝置除去液沫后從頂部出去，進(jìn)下一效的加熱器殼程加熱堿液；閃蒸后的堿液從底部出來(lái)后進(jìn)前一效的加熱器的管程。這樣在一個(gè)單效的蒸發(fā)器中的蒸發(fā)過(guò)程就完成了。

4 運(yùn)行過(guò)程中的生產(chǎn)技術(shù)控制

原利舊生產(chǎn)裝置是用于蒸發(fā)鉀堿，鉀堿化學(xué)性質(zhì)和氫氧化鈉相似，具有強(qiáng)堿性及腐蝕性。兩者在水中的溶解度隨溫度升高而增大，在50 ℃左右時(shí)，兩者的溶解度較接近，約為145 g。當(dāng)溫度高于50 ℃時(shí)，氫氧化鈉溶解度明顯高于氫氧化鉀；而低于50 ℃時(shí)，氫氧化鈉結(jié)晶較易析出。

在裝置改造完成投用之后，由于現(xiàn)有生產(chǎn)系統(tǒng)蒸汽不足及鈉堿性能與鉀堿性能不同，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中遇到過(guò)一系列的問(wèn)題，神馬氯堿發(fā)展技術(shù)人員通過(guò)分析，調(diào)整技術(shù)方案進(jìn)行了及時(shí)解決。

4.1 蒸汽不足，成品堿濃度偏低

原工藝設(shè)計(jì)蒸汽壓力為0.7～0.9 MPa，實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，蒸汽壓力只能達(dá)到0.5～0.6 MPa。

裝置在1月份投產(chǎn)，外界溫度偏低，把堿液流量降至9 m3/h后，成品堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅達(dá)到46%～48%。

通過(guò)不斷優(yōu)化指標(biāo)，在夏季，堿液流量控制至11 m3/h，成品堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)可保持在47.5%～49%，產(chǎn)品質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

降低流量后，每天生產(chǎn)50%燒堿溶液135 t(折100%)，年產(chǎn)量可達(dá)4.5萬(wàn)t左右。

4.2 管道結(jié)晶

堿液蒸發(fā)過(guò)程中極易出現(xiàn)管道結(jié)晶。針對(duì)濃縮堿裝置出現(xiàn)的Ⅰ效二段冷凝器后管道易結(jié)晶的情況進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)出Ⅰ效蒸發(fā)器后堿液濃度過(guò)高，接近50%，天氣寒冷時(shí)，通過(guò)向管道通熱水保溫可減少結(jié)晶。另外,控制各效蒸發(fā)器內(nèi)壓力差保持合理壓降，保證堿液管道暢通，避免串氣造成堿液不循環(huán)而引起堿液結(jié)晶。定期對(duì)濃縮堿系統(tǒng)停車(chē)置換也可減少管道結(jié)晶。

4.3 Ⅲ效蒸發(fā)器真空度低

在設(shè)備試運(yùn)行期間，多次出現(xiàn)Ⅲ效蒸發(fā)器內(nèi)真空度不足，造成Ⅲ效蒸發(fā)罐液位偏低，極易發(fā)生“干蒸”情況，影響設(shè)備的使用壽命；此外，真空度不足也會(huì)造成堿液濃度分布不均，使部分濃度高的堿液析出，造成管道結(jié)晶。

該項(xiàng)目中，Ⅲ效蒸發(fā)罐由蒸汽冷凝器內(nèi)的蒸汽冷凝產(chǎn)生不凝氣，通過(guò)水環(huán)式真空泵將不凝氣從系統(tǒng)內(nèi)抽走來(lái)維持真空。而Ⅱ效冷凝水罐與Ⅲ效加熱器之間通過(guò)一個(gè)大的U形彎來(lái)保證壓力降。當(dāng)Ⅱ效冷凝水罐液位調(diào)節(jié)自控閥TV-07靈敏度不夠時(shí)，極易造成Ⅱ效冷凝水罐液位抽空，導(dǎo)致Ⅲ效加熱器與Ⅱ效加熱器串氣，造成Ⅲ效加熱器真空度降低。

為控制Ⅲ效加熱器內(nèi)真空度，通過(guò)調(diào)節(jié)自控閥定位器，避免TV-07自控閥不靈敏情況的發(fā)生，及時(shí)解決了此問(wèn)題，Ⅲ效真空度達(dá)到0.095 MPa。

5 結(jié)語(yǔ)

5萬(wàn)t/a氫氧化鈉(折100%)蒸發(fā)項(xiàng)目通過(guò)利用閑置鉀堿蒸發(fā)裝置，項(xiàng)目投入資金少，工期短，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行控制，成功生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品。項(xiàng)目建成后，每天約生產(chǎn)50%氫氧化鈉270 t，質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到47.5%～49%，產(chǎn)品質(zhì)量合格，蒸汽消耗低，為客戶(hù)節(jié)約了運(yùn)費(fèi)成本，符合項(xiàng)目實(shí)施初衷。從長(zhǎng)遠(yuǎn)利益來(lái)看，有效利用了閑置蒸發(fā)堿裝置，盤(pán)活了閑置資金，同時(shí)提高燒堿存儲(chǔ)量，增強(qiáng)了公司應(yīng)對(duì)市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)的能力。