鐘永鐸

（四平昊華化工有限公司，吉林 四平 136001）

四平昊華化工有限公司的燒堿項(xiàng)目一期工程5萬t/a離子膜燒堿和配套5萬t/a PVC于2005年一次開車成功，并順利達(dá)產(chǎn)。燒堿生產(chǎn)采用離子膜電解工藝技術(shù)，采用藍(lán)星北化機(jī)的高電密自然循環(huán)電解槽4臺(tái)，每臺(tái)電解槽共92對(duì)單元槽片，并配套真空脫氯裝置，蒸發(fā)裝置全部采用瑞士博特公司的6萬t/a雙效逆流降膜蒸發(fā)器。燒堿項(xiàng)目二期工程20萬t/a離子膜燒堿和配套20萬t/a PVC于2008年10月一次開車成功，并順利達(dá)產(chǎn)。燒堿生產(chǎn)采用藍(lán)星北化機(jī)制造生產(chǎn)高電密自然循環(huán)電解槽8臺(tái)，每臺(tái)電解槽共158對(duì)單元槽片，并配套的真空脫氯和氯酸鹽分解槽裝置，氯氣壓縮機(jī)采用德國3K集團(tuán)的透平壓縮機(jī)；蒸發(fā)裝置采用藍(lán)星北化機(jī)自主設(shè)計(jì)并制造的10萬t/a三效逆流降膜蒸發(fā)器裝置。

1 降膜蒸發(fā)器的工作原理

蒸發(fā)器利用膜式蒸發(fā)原理，降膜蒸發(fā)器設(shè)計(jì)與管束式降膜換熱器相似，所不同的是在降膜換熱管上部增加了1個(gè)“造膜器”，見圖1。造膜器是1根短圓管，上面開了數(shù)個(gè)條形窄槽，此短管點(diǎn)焊在加熱管頭上，由蒸發(fā)器頂部進(jìn)來的堿液從窄槽沿加熱管壁在重力和真空誘導(dǎo)及氣流作用下呈膜狀向下流動(dòng)并與載熱體蒸氣進(jìn)行對(duì)流傳熱，料液中水分蒸發(fā)產(chǎn)生的二次蒸汽與濃縮的堿液一起向下流動(dòng)，堿在底部由出料泵抽出，汽在分離室上部經(jīng)捕沫器捕沫后排出。降膜管采用的是薄壁長管，堿液在內(nèi)呈薄膜狀向下流動(dòng)，傳熱系數(shù)一般為 4.0～12.5 MJ/（m2·h·℃）。 降膜蒸發(fā)器是蒸發(fā)器中的一種高效蒸發(fā)器。

絲網(wǎng)除沫器在降膜蒸發(fā)器分離室的上部，二次蒸汽出口處，由于二次蒸汽中夾帶大量堿液，雖然在分離室中進(jìn)行了分離，但為了防止損失有用的堿液及冷凝液中含堿過高，為了減少夾帶的堿液沫過多，每臺(tái)蒸發(fā)器分離室二次汽出口安有除沫器。表面冷凝器是換熱面積為380 m2的列管式換熱器，冷卻水走管內(nèi)，二次蒸汽走管間，管間設(shè)計(jì)了導(dǎo)流板和折流板，使二次蒸汽能與換熱管充分接觸，冷凝效果非常好。

2 國產(chǎn)蒸發(fā)器與進(jìn)口蒸發(fā)器工藝流程比較

2.1 國產(chǎn)三效逆流降膜蒸發(fā)器工藝流程

從離子膜電解工序來的32%堿液先進(jìn)入電解液儲(chǔ)槽D-1040，用Ⅲ效加料泵P-1044抽出，經(jīng)過流量計(jì)計(jì)量后，由EV-1030頂部加入Ⅲ效蒸發(fā)器管內(nèi)，堿液經(jīng)“造膜器”沿管壁呈膜狀向下流動(dòng)并與管間Ⅱ效蒸發(fā)器來的二次蒸汽進(jìn)行對(duì)流傳熱，堿液中水分蒸發(fā)產(chǎn)生的二次蒸汽與濃縮的堿液一起向下流動(dòng)，在蒸發(fā)器底部的分離室內(nèi)分離，堿液由Ⅲ效出料泵P-1034抽出，其中的一部分送至HE-1026用生蒸汽冷凝水預(yù)熱，另一部分送至HE-1025，用50%NaOH溶液預(yù)熱；預(yù)熱后的36%堿液經(jīng)測定流量后，由Ⅱ效蒸發(fā)器EV-1020頂部進(jìn)入蒸發(fā)器，與在Ⅲ效蒸發(fā)器內(nèi)同樣的過程蒸發(fā)，堿液濃度由36%濃縮至41.6%。再由Ⅱ效出料泵P-1024抽出，以不同的流量分別送到HE-1016和HE-1015中，預(yù)熱后的堿經(jīng)流量計(jì)進(jìn)入EV-1010中，蒸發(fā)濃縮后，50%堿液被Ⅰ效出料泵P-1014A/B送出，經(jīng)HE-1015和HE-1025預(yù)熱后的41.6%和36%堿液，再經(jīng)HE-1050成品堿冷卻器用循環(huán)水冷卻至45℃，進(jìn)入成品堿貯罐D(zhuǎn)-902。

EV-1010的熱源是由廠內(nèi)鍋爐送來的飽和生蒸汽，壓力為0.7 MPa（G），在管間加熱堿液之后，冷凝水至阻汽排水罐D(zhuǎn)-1011，在經(jīng)過HE-1016和HE-1026 2次回收熱量后，溫度約為79℃送回冷凝水貯罐D(zhuǎn)-1070中。

EV-1020的熱源是由Ⅰ效來的壓力為0.1 MPa（A）、溫度為162℃的二次蒸汽。在EV-1020管間作熱源加熱管束堿液后，冷凝液經(jīng)阻氣排水罐D(zhuǎn)-1021后，進(jìn)入冷凝水貯罐D(zhuǎn)-1070。

EV-1030的熱源是從Ⅱ效EV-1020來的壓力為0.62 MPa（A）的二次蒸汽，它在EV-1030管間加熱堿液后冷凝，凝液經(jīng)阻汽排水罐D(zhuǎn)-1031后進(jìn)入冷凝水貯槽D-1070。

EV-1030產(chǎn)生的二次蒸汽由表面冷凝器HE-1060冷凝，系統(tǒng)內(nèi)的不凝氣由水環(huán)真空泵C-1064抽出，保證了EV-1030需要的真空，HE-1060冷下的冷凝水借位差進(jìn)入D-1070。

國產(chǎn)三效逆流降膜蒸發(fā)工藝流程示意圖見圖2。

2.2 進(jìn)口雙效逆流降膜蒸發(fā)器工藝流程

進(jìn)口雙效逆流降膜蒸發(fā)器工藝流程示意圖見圖3。

由電解工序送來的32%燒堿先進(jìn)入電解液儲(chǔ)罐D(zhuǎn)-1101，然后，由Ⅰ效堿液加料泵P-1103A/B抽出，經(jīng)流量計(jì)后，由EV-1101頂部加入Ⅰ效蒸發(fā)器管內(nèi)，堿液經(jīng)液體分布器沿管壁成膜狀向下流動(dòng)并與管間Ⅱ效蒸發(fā)器來的二次蒸汽進(jìn)行對(duì)流傳熱，堿液中水分蒸發(fā)產(chǎn)生的二次蒸汽與濃縮的堿液一起向下流動(dòng)，在蒸發(fā)器底部蒸發(fā)室進(jìn)行汽液分離。堿液經(jīng)過Ⅰ效蒸發(fā)器后，濃度由32%濃縮至38.3%，該堿液由Ⅰ效出料泵抽出，其中的一部分送至HE-1102用生蒸汽冷凝液預(yù)熱；另一部分送至HE-1103用50%堿液預(yù)熱，預(yù)熱后的38.3%堿液經(jīng)測定流量后，從EV-1201頂部加入Ⅱ效蒸發(fā)器，在Ⅱ效蒸發(fā)器內(nèi)與Ⅰ效蒸發(fā)器進(jìn)行同樣的蒸發(fā)過程，堿液濃度由38.3%濃縮至50%，再由Ⅱ效出料泵抽出，50%堿液送至HE-1102預(yù)熱器給堿液升溫后，再經(jīng)HE-1104成品堿冷卻器用循環(huán)水從88.5℃冷卻到45℃以下，進(jìn)入成品堿貯罐D(zhuǎn)-1102。

EV-1201的熱源是由廠內(nèi)鍋爐送來的飽和生蒸汽，壓力為0.8 MPa（G），在管間加熱堿液之后，冷凝水至阻汽排水罐D(zhuǎn)-1102，在經(jīng)過HE-1103回收熱量后，溫度約為79℃，送回冷凝水儲(chǔ)罐T-7101中。

EV-1101的熱源是由Ⅱ效來的壓力為0.1 MPa（A）溫度為162℃的二次蒸汽，在EV-1101管間作熱源加熱管束堿液后，冷凝液經(jīng)阻氣排水罐D(zhuǎn)-1101進(jìn)入冷凝水貯罐T-7101。

EV-1101產(chǎn)生的二次蒸汽由表面冷凝器C-7101冷凝，系統(tǒng)內(nèi)的不凝氣由水環(huán)真空泵P-7102抽出，保證了EV-1101需要的真空，C-7101的冷凝水借位差進(jìn)入T-7101。

3 國產(chǎn)蒸發(fā)器與進(jìn)口蒸發(fā)器相同點(diǎn)

（1）采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制生產(chǎn)操作，生產(chǎn)中的進(jìn)、出料都由計(jì)算機(jī)自動(dòng)操作，控制精確，故障率極低。蒸發(fā)生產(chǎn)過程中的壓力、溫度、流量及蒸發(fā)器內(nèi)液位均在顯示器上顯示。

圖2 國產(chǎn)三效逆流降膜蒸發(fā)工藝流程圖

圖3 進(jìn)口雙效逆流降膜蒸發(fā)器工藝流程示意圖

（2）為了保護(hù)設(shè)備，采取了一些保護(hù)措施。a.每臺(tái)蒸發(fā)器的出料泵出口都設(shè)有回流管 （回到蒸發(fā)器的入口），既保護(hù)了蒸發(fā)器在小負(fù)荷生產(chǎn)時(shí)，蒸發(fā)器內(nèi)有一定的流量，成膜效果好，又不致于干燒蒸發(fā)器列管，同時(shí)，保證了泵的出口壓力在一定范圍內(nèi)；b.每臺(tái)蒸發(fā)器液位控制通過加料管線上的自控閥與泵連鎖，當(dāng)蒸發(fā)器內(nèi)的液位高高時(shí)，蒸發(fā)器的入料泵自動(dòng)停止運(yùn)行，而蒸發(fā)器內(nèi)的液位低低時(shí)，蒸發(fā)器的出料泵自動(dòng)停止，這樣，保護(hù)了泵永遠(yuǎn)在有物料的狀態(tài)下運(yùn)行。

（3）裝置流量的分配通過溫度調(diào)解，如Ⅰ效蒸發(fā)器向Ⅱ效送料時(shí)，要通過2臺(tái)板式預(yù)熱器，而流量分配就是通過2臺(tái)板式預(yù)熱器堿液出口溫度的顯示來調(diào)解閥的開度，如果出口溫度相等，就說明流量分配得很合理。

（4）都采用真空操作。為使燒堿溶液在較低溫度下沸騰，減少能耗，國產(chǎn)蒸發(fā)器使Ⅲ效蒸發(fā)器和Ⅱ效蒸發(fā)器在真空下操作，Ⅲ效蒸發(fā)器真空度為-90 kPa（G），主要是依靠由Ⅲ效蒸發(fā)器的蒸發(fā)室出來的二次蒸汽在表面冷凝器HE-1060（雙程列管式）進(jìn)行冷凝形成真空，自流到冷凝水貯罐D(zhuǎn)-1070，并由冷凝水泵P-1074抽取送出界區(qū)外，供一次鹽水化鹽使用。沒有冷凝的不凝氣由水環(huán)真空泵抽出.進(jìn)口雙效蒸發(fā)器使Ⅰ效蒸發(fā)器在真空下操作，真空度為12.7 kPa，主要是依靠由Ⅰ效蒸發(fā)器的蒸發(fā)室出來的二次蒸汽在表面冷凝器C-7101（雙程列管式）進(jìn)行冷凝形成真空，自流到冷凝水貯罐T-7101，并由冷凝水泵P-7101抽取送出界區(qū)外，供一次鹽水化鹽使用，沒有冷凝的不凝氣由水環(huán)真空泵抽出。

4 國產(chǎn)蒸發(fā)器與進(jìn)口蒸發(fā)器的不同點(diǎn)

（1）國產(chǎn)蒸發(fā)器是三效蒸發(fā)器，二次回收熱量，而進(jìn)口雙效蒸發(fā)器只回收一次熱量，三效蒸發(fā)器比雙效蒸發(fā)器汽耗低，堿損失少。

（2）國產(chǎn)蒸發(fā)器加熱管選用進(jìn)口鎳管（Ni201），以保證不被高溫、高濃度燒堿腐蝕；進(jìn)口蒸發(fā)器加熱管選用鎳管（Ni200），也耐高溫、高濃度燒堿的腐蝕。

（3）國產(chǎn)蒸發(fā)工藝系統(tǒng)內(nèi)的輸送設(shè)備選用西安泵閥總廠提供的堿液輸送泵，其中，Ⅰ效、Ⅱ效出料泵選用鎳泵，真空泵選用納西姆公司的真空泵。進(jìn)口蒸發(fā)工藝系統(tǒng)內(nèi)的輸送設(shè)備全部由瑞士博特公司提供先進(jìn)口鎳泵。

（4）國產(chǎn)蒸發(fā)器裝置內(nèi)的閥門儀表均選用日本本山、德國科隆公司等國外公司提供的進(jìn)口閥門儀表。進(jìn)口蒸發(fā)器裝置內(nèi)閥門和儀表全部由瑞士博特公司提供儀表閥門。

（5）板式換熱器不同。國產(chǎn)三效蒸發(fā)器裝置在開、停車過程中，4臺(tái)板式換熱器墊非常容易泄漏，分析認(rèn)為有2個(gè)原因：a.墊的質(zhì)量問題，b.在開、停車過程中，板換內(nèi)物料的溫差短時(shí)間內(nèi)變化太大。針對(duì)上述問題，首先，與板式換熱器廠家聯(lián)系，采購1套耐腐蝕、耐高溫的墊，另外，每次開、停車時(shí)都要慢慢地升、降溫度，杜絕了墊的泄漏現(xiàn)象。進(jìn)口雙效蒸發(fā)器裝置投運(yùn)至今，所有的設(shè)備運(yùn)行良好，板式換熱器墊從來沒有泄漏，但設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，需由國外專家進(jìn)行維修。

5 國產(chǎn)三效蒸發(fā)器和進(jìn)口雙效蒸發(fā)器節(jié)能比較

三效逆流降膜堿蒸發(fā)工藝比一效、雙效蒸發(fā)工藝具有能耗低，設(shè)備能力大和環(huán)保、堿損少等特點(diǎn)。

表1為2套裝置考核期間的運(yùn)行數(shù)據(jù)及考核結(jié)果。

表1 2套裝置考核期間的運(yùn)行數(shù)據(jù)及考核結(jié)果

理論上，蒸發(fā)器的效數(shù)愈多，蒸汽被利用的次數(shù)愈多，汽耗愈低。但一次性投資卻是越來越高，操作也越來越復(fù)雜，綜合考慮，三效較為合理。目前，國內(nèi)氯堿行業(yè)50%燒堿蒸發(fā)平均汽耗為，單效：1.10～1.20 t/t；雙效：0.70～0.80 t/t；三效：0.53 t/t，進(jìn)口雙效蒸發(fā)器裝置為0.76 t/t。

6 結(jié)語

從運(yùn)行效果看，2套裝置均運(yùn)行平穩(wěn)，但進(jìn)口設(shè)備制造周期長，售后服務(wù)不方便，最主要的是進(jìn)口設(shè)備價(jià)格高很多，國產(chǎn)蒸發(fā)器整套裝置的價(jià)格是進(jìn)口蒸發(fā)器整套裝置的三分之一。這2套裝置正確操作非常重要，要加強(qiáng)職工培訓(xùn)，通過集中講解，結(jié)合現(xiàn)場指導(dǎo)的方法，使上崗員工都能熟練掌握工藝流程、崗位操作法，了解每一個(gè)閥門的作用、蒸發(fā)器的最佳運(yùn)行狀態(tài)及出現(xiàn)故障時(shí)的處理措施。