段志善，王 正

（1.西安建筑科技大學(xué)，陜西 西安 710055；2.山東鋁業(yè)公司氯堿廠，山東 淄博 255051）

氯堿廢氯氣抽空泵的改進(jìn)和運(yùn)行維保

段志善1，王 正2

（1.西安建筑科技大學(xué)，陜西 西安 710055；2.山東鋁業(yè)公司氯堿廠，山東 淄博 255051）

分析了氯堿工業(yè)生產(chǎn)中廢氯氣（尾氣）的產(chǎn)生原因和流量，介紹了山東鋁業(yè)公司氯堿廠新建二期項(xiàng)目擴(kuò)產(chǎn)后抽空泵的設(shè)計(jì)及改進(jìn)，提出了優(yōu)化抽空設(shè)備和管道運(yùn)行維保的措施。

廢氯氣；抽空泵；運(yùn)行維保

1 廢氯氣的產(chǎn)生

氯堿生產(chǎn)中氯氣與折百燒堿的理論質(zhì)量之比為0.887 5∶1.000 0，但在實(shí)際生產(chǎn)中，由于氯氣微溶于淡鹽水不能完全分離和低溫冷卻液化效率達(dá)不到100%等因素的影響，氯氣所形成的銷售成品—液氯與折百燒堿的實(shí)際質(zhì)量比僅為 0.885∶1.000，所損失的0.25%的氯氣全部成為尾氣（即廢氯氣）。按山東鋁業(yè)公司氯堿廠16萬(wàn)t/a的氯堿生產(chǎn)裝置來(lái)說(shuō)，將年產(chǎn)廢氣400 t，折合成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的廢氯氣，其體積約為126 120 m3。這些尾氣最終都需要作無(wú)害處理。

此外，在液氯產(chǎn)品包裝外售時(shí)，無(wú)論是采用鋼瓶包裝還是槽車充裝，充裝臺(tái)銅閥與包裝容器閥門之間的充裝管內(nèi)必然存滿液氯，即使是連續(xù)不斷地包裝外售，這部分液氯也不得不因更換包裝容器、拆卸管道而抽空氣化成氯氣并送往尾氣吸收處理裝置。

為保證廢氣處理及時(shí)有效，且不影響電解裝置氯氫壓差穩(wěn)定，需要在不與氯氣總管直接相連接的工藝管路中增加1臺(tái)尾氣抽空泵來(lái)單獨(dú)抽空廢氯氣，鑒于包裝廢氯氣的不連續(xù)性且易于直接抽入空氣，目前，該類設(shè)備最常用的選型是硫酸液環(huán)式尾氣抽空泵（即納氏泵）。

2 廢氯氣量的計(jì)算

2.1 生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢氣

生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢氯如果不能有效利用，則完全需要進(jìn)廢氣處理工序作無(wú)害處理后外排。對(duì)該部分氯氣，該廠是將其輸送至鹽酸合成爐燃燒，制備高純鹽酸，這是目前較為經(jīng)濟(jì)便捷的處理工藝。不僅充分有效利用氯氣資源，避免作無(wú)害處理時(shí)自耗堿，又極大降低了液化效率要求，尾氯含量可由35%提高至65%，相當(dāng)于提高了液化機(jī)組的設(shè)備能力。

2.2 包裝銷售產(chǎn)生的廢氣

液氯產(chǎn)品目前主要有液氯鋼瓶和液氯槽車銷售方式。包裝時(shí)，用易彎曲的銅管或能轉(zhuǎn)向的鋼管來(lái)連接充裝，但充裝完成后，該段充裝管內(nèi)的氯氣要做無(wú)害處理。2種充裝方式殘留于管內(nèi)的氯氣量的計(jì)算如下，按每小時(shí)處理量進(jìn)行核算。

（1）鋼瓶包裝

單個(gè)鋼瓶充裝時(shí)，使用內(nèi)徑?10 mm，長(zhǎng)約2.5 m的銅管，則其體積為：

有時(shí)，為提高充裝速度，采用雙管充裝，則需處理的氯氣量翻倍。

（2）槽車包裝

單個(gè)槽車充裝時(shí)，使用內(nèi)徑?50 mm，長(zhǎng)約3 m的銅管，則其體積為：

（3）同時(shí)包裝

該廠實(shí)際共有4處液氯槽車充裝臺(tái)和14個(gè)鋼瓶充裝稱，按其同時(shí)抽空，則估算出最大液氯處理量為：

液氯充裝液下泵壓力一般維持在0.8 MPa，充裝后殘留液氯壓力為0.82 MPa，但尾氣抽空泵只能輸送液氯氣化后的氯氣，因此，在設(shè)計(jì)選型抽空泵時(shí)，不僅需要將上述殘留液氯進(jìn)行常壓折算，還需要根據(jù)液氯在標(biāo)準(zhǔn)狀況下1∶484的氣化比，最終計(jì)算氯氣體積量，簡(jiǎn)化計(jì)算可得：

3 尾氣抽空泵的造型和改進(jìn)

3.1 泵的選型

在16萬(wàn)t/a燒堿裝置中，需同時(shí)處理的最大氯氣量為101.8 m3，但為提高抽空效率，縮短抽空時(shí)間，往往需要在0.5 h以內(nèi)，甚至更短時(shí)間內(nèi)完成抽空工作，因此，尾氣抽空泵的輸送能力必須是最大氯氣處理量的2倍或者更多，應(yīng)達(dá)到200~300 m3/h。

液氯因低溫和高氣化比，對(duì)輸送管道強(qiáng)度和韌性要求較高，通常選用10#鋼等低碳鋼管材。但選擇碳鋼管道也有其不利的一面，鋼管極易被氯氣腐蝕，尤其是氯中含水量較大時(shí)，不僅快速腐蝕管材本身，而且腐蝕產(chǎn)生的氯化鐵等異物會(huì)附著在管壁并沿徑向逐漸堵塞管道，減少管道橫截面積，直至完全堵塞，必然降低尾氣抽空泵的輸送能力。因此，選型時(shí)必須綜合考慮諸多因素，適當(dāng)選擇較大輸送能力的設(shè)備，來(lái)應(yīng)對(duì)實(shí)際生產(chǎn)中可能出現(xiàn)的異常情況。

3.2 設(shè)計(jì)改進(jìn)情況

該廠2005年建設(shè)一期6萬(wàn)t/a燒堿裝置，在液化崗位設(shè)計(jì)安裝了2臺(tái)YL-200/0.25尾氣抽空泵（抽廢氯氣后送往除害塔），1開(kāi)1備，能滿足生產(chǎn)要求，但自從2008年新建二期10萬(wàn)t/a燒堿裝置后，一期尾氣抽空泵單開(kāi)1臺(tái)時(shí)，能力明顯不能滿足生產(chǎn)要求，為此，在綜合考慮液氯包裝最大尾氣量的基礎(chǔ)上，重新購(gòu)置1臺(tái)YL-300/0.3型尾氣泵，經(jīng)過(guò)實(shí)際使用，完全能滿足16萬(wàn)t/a燒堿裝置的包裝尾氣處理。一期和二期2種尾氣抽空泵的參數(shù)對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 2種尾氣抽空泵參數(shù)

將新泵布置安裝在距離包裝崗位 （鋼瓶包裝和槽車充裝）近的位置，越近越好，目的是盡可能縮短泵進(jìn)口管路的長(zhǎng)度，管道越短越容易操作維護(hù)，越便于堵塞后的疏通處理。同時(shí)，可有效減少管路阻力對(duì)尾氣泵造成的能量損失。

管路堵塞物主要是氯化鐵、酸泥等異物，極易溶于水，用水清洗后能完全恢復(fù)管壁。因此，采用接入飽和蒸汽的方式對(duì)尾氣管道進(jìn)行定期疏通清洗。采用蒸汽的好處是蒸汽溫度高，溶解酸泥速度快，清洗時(shí)間短，對(duì)碳鋼管道造成的腐蝕危害更??；但需要注意的是，疏通出來(lái)的污水帶有腐蝕性，需要避免傷害人員和污染廠房環(huán)境。

4 尾氣抽空泵的運(yùn)行使用

4.1 工作原理

尾氣抽空泵的橢圓殼體內(nèi)腔設(shè)計(jì)成雙偏心橢圓形，當(dāng)硫酸液環(huán)循環(huán)液由錐蓋板的中心孔進(jìn)入泵的工作室后，在葉輪旋轉(zhuǎn)的離心力作用下，將硫酸拋至橢圓殼體的內(nèi)壁上，使硫酸液形成一圈接近等厚度、并且具有一定強(qiáng)度的橢圓形液環(huán)，從而使葉輪的葉片間形成不同容積的工作室。被輸送氣體從分配蓋的前層通過(guò)錐蓋大孔進(jìn)入葉片間工作室，開(kāi)始時(shí)，容積逐漸增大，處于吸氣過(guò)程；當(dāng)該室轉(zhuǎn)過(guò)長(zhǎng)軸中心線后，容積逐漸縮小，此時(shí)氣體被壓縮，當(dāng)接近錐蓋板小孔時(shí)，排出被壓縮氣體。該泵的葉輪每旋轉(zhuǎn)1周將出現(xiàn)2次吸氣和排氣過(guò)程。

4.2 液環(huán)

硫酸液環(huán)不僅在壓縮氣體時(shí)起活塞和密封作用，還可進(jìn)一步干燥氯氣和帶走泵在壓縮過(guò)程中產(chǎn)生的熱量。此外，硫酸液環(huán)的循環(huán)量能直接影響泵的抽力。液環(huán)循環(huán)量過(guò)小，則可使泵頭發(fā)熱，熱量積聚，甚至燒毀泵蓋墊片。液環(huán)循環(huán)量過(guò)大，則減少吸入氯氣流道面積，降低抽力，若液位極高時(shí)，泵內(nèi)灌滿液體介質(zhì)，則會(huì)形成葉輪攪拌，出現(xiàn)完全不供氣的情況。所以通?？刂票妙^中的硫酸液位剛好達(dá)到泵軸中線，以確保設(shè)備經(jīng)濟(jì)有效運(yùn)行。

輸送不同性質(zhì)的氣體應(yīng)選擇相應(yīng)的液環(huán)介質(zhì)。輸送氯氣或氯化氫氣體時(shí)，液環(huán)宜選用98%硫酸；輸送乙炔或氫氣等易燃、易爆的有毒氣體時(shí)，液環(huán)宜選用純凈水。液環(huán)介質(zhì)可選擇的種類很多，但有一點(diǎn)是必須注意的，即所輸送的氣體必須不溶于所選用的液環(huán)介質(zhì)，且兩者之間應(yīng)極易分離，以確保輸送介質(zhì)的單一性。此外，該泵所消耗的功率與所用的液環(huán)介質(zhì)的成相對(duì)密度正比，相對(duì)密度大，功耗大，相應(yīng)的效率下降。

5 尾氣抽空系統(tǒng)

5.1 尾氣抽空工藝的設(shè)計(jì)流程（見(jiàn)圖1）

尾氣抽空工藝流程見(jiàn)圖1。

在葉輪不斷的旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，有一部分硫酸循環(huán)液成為酸霧，混雜于被輸送氣體之間，這便需要配套設(shè)計(jì)分離器來(lái)進(jìn)行氣液分離。分離出的氣體從分離器頂部被輸送到后續(xù)流程管路系統(tǒng)中，酸霧則沉降為酸液后積聚在分離器底部，隨循環(huán)液流入冷卻器中冷卻并返回抽空泵系統(tǒng)。硫酸液環(huán)與葉輪之間高速旋轉(zhuǎn)接觸，必然產(chǎn)生大量熱量，這就需要對(duì)硫酸液環(huán)循環(huán)液進(jìn)行冷卻降溫，因此，配套設(shè)計(jì)了哈氏合金材質(zhì)的板式換熱器，并使用7℃冷水進(jìn)行循環(huán)冷卻，控制酸溫為20~40℃。循環(huán)冷卻的低溫硫酸始終作為液環(huán)介質(zhì)來(lái)輸送氯氣。此外，為穩(wěn)定抽空泵的進(jìn)出口壓力，還可以在泵的進(jìn)口增加安裝1臺(tái)緩沖罐，來(lái)容納瞬間增多的廢氯氣量，避免泵進(jìn)口突然成正壓。

5.2 抽空泵系統(tǒng)布置設(shè)計(jì)

抽空泵系統(tǒng)的布置設(shè)計(jì)就是對(duì)流程的泵前廢氯氣緩沖罐、尾氣抽空泵、泵后氣液分離器及板式換熱器的設(shè)計(jì)布置。

尾氣抽空泵由于維護(hù)保養(yǎng)和維修較為頻繁，考慮到其拆卸、吊裝和搬運(yùn)的便捷性，布置時(shí)，應(yīng)靠近廠房門口或路邊。泵前廢氯氣緩沖罐應(yīng)布置于泵的進(jìn)氣管一側(cè)，而泵后氣液分離器屬于出口管線設(shè)備，應(yīng)布置于泵的排氣管一側(cè)。硫酸板式換熱器內(nèi)冷卻后的硫酸是依靠泵的自身抽力來(lái)吸入進(jìn)氣管道的，因此，換熱器也應(yīng)布置于抽空泵進(jìn)氣管一側(cè)。

5.3 抽空泵的運(yùn)行維護(hù)

正常生產(chǎn)時(shí)，運(yùn)行新抽空泵，而一期2臺(tái)小抽空泵一般不運(yùn)行，當(dāng)新泵出現(xiàn)故障時(shí)，應(yīng)急啟用小泵，緊急搶修新泵。為此，為新泵配置了全套備品備件，確保在最短時(shí)間內(nèi)排除故障，恢復(fù)新泵使用。

在特殊情況下，也單獨(dú)開(kāi)啟小泵。如外來(lái)客戶槽車壓力較高時(shí)（超過(guò)0.2 MPa），以0.8 MPa的液氯充裝壓力，難以確保較快的充裝速度。此時(shí)便開(kāi)啟小抽空泵為槽車單獨(dú)排壓，把車內(nèi)壓力降低為常壓或負(fù)壓，以提高包裝速度。

液環(huán)式抽空泵除了正常的調(diào)整、緊固、潤(rùn)滑、密封、清潔外，還需著重注意以下幾點(diǎn)維保要求。

（1）需確保氯氣抽空量的穩(wěn)定。當(dāng)氯氣抽入量過(guò)大時(shí)，會(huì)造成泵進(jìn)口負(fù)壓降低，從而冷卻硫酸循環(huán)量吸入不足，泵體發(fā)熱，嚴(yán)重時(shí)，會(huì)燒毀泵殼墊片，發(fā)生設(shè)備故障，出現(xiàn)硫酸和氯氣泄漏。尤其是必須避免突然抽入大量液氯 （如包裝鋼瓶銅閥關(guān)閉錯(cuò)誤等操作失誤時(shí)），否則，必然發(fā)生設(shè)備事故。

（2）液環(huán)介質(zhì)硫酸濃度的穩(wěn)定控制。作為液環(huán)介質(zhì)的濃硫酸，必須始終保持H2SO4質(zhì)量分?jǐn)?shù)為90%以上，以防止由于硫酸濃度變稀而加重對(duì)泵體的腐蝕，保障液環(huán)硫酸對(duì)氯氣的二次干燥，遏制泵出口碳鋼管道的硫酸鹽、氯化物造成的結(jié)晶堵塞。

（3）設(shè)備不可長(zhǎng)時(shí)間停用。設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間停用時(shí)，硫酸不僅易于低溫結(jié)晶，還會(huì)對(duì)設(shè)備產(chǎn)生腐蝕影響，尤其是在局部邊緣地帶腐蝕更嚴(yán)重，并伴有大量酸泥產(chǎn)生，特別表現(xiàn)在機(jī)封容易泄漏等。出現(xiàn)這種情況，必須定期地短時(shí)間啟動(dòng)抽空泵，循環(huán)并置換硫酸，確保硫酸始終為高濃度。

（4）泵進(jìn)口管線必須定期清理維護(hù)。抽空時(shí)，泵的進(jìn)口管線必然會(huì)抽入不少空氣，空氣中所含的少量水分與氯氣相互作用，將在進(jìn)口管壁上生成并附著大量酸泥和鹽類，時(shí)間一久，會(huì)堵塞管道。為此，執(zhí)行定期蒸汽清洗疏通制度，通常每月實(shí)施1次。因?yàn)楸玫某隹诠艿垒斔偷氖墙?jīng)尾氣抽空泵硫酸液環(huán)干燥后的氯氣，不易產(chǎn)生腐蝕堵塞，無(wú)需疏通清洗。

Improvement and operation maintenance of waste chlorine gas evacuation pump

DUAN Zhi-shan1,WANG Zheng2
(1.Xi'an University of Architecture and Technology,Xi'an 710055,China;2.Shandong Aluminum Company chlor-alkali plant,Zibo 255051,China)

The produce cause and flow capacity of disused chlorine in chlor-alkali industry production were analysed.The improvement of pump after building second new expansion item were introduced.The optimization measure of function maintenance with vacuum equipment and pipeline were advanced.

disused chlorine;vacuum pump;improvement function maintenance

TQ124.2

B

1009－1785(2011)12-0035-03

2011-08-16