孫龍彬

(陜西北元化工集團(tuán)有限公司，陜西 榆林 719319)

【材料與設(shè)備】

兩種型號氯化氫合成爐對比

孫龍彬

(陜西北元化工集團(tuán)有限公司，陜西 榆林 719319)

氯化氫合成爐；結(jié)構(gòu)；參數(shù)；對比

介紹了氯化氫合成工藝流程，從防爆膜固定方式、燈頭結(jié)構(gòu)、爐體結(jié)構(gòu)、閃蒸罐連接方式、冷凝酸排放位置、純水進(jìn)入位置等方面對兩種型號TQZ-140和SZL-1600的副產(chǎn)蒸汽氯化氫合成爐進(jìn)行了對比，認(rèn)為SZL-1600合成爐在實(shí)際生產(chǎn)中更具優(yōu)勢。

陜西北元化工集團(tuán)有限公司(以下簡稱“陜西北元”)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)，其中一期氯氫處理工段氯化氫合成裝置采用江蘇南通某公司生產(chǎn)的副產(chǎn)蒸汽二合一氯化氫石墨合成爐，其中一體式(型號TQZ-140)10臺，處理能力均為120 t/d，副產(chǎn)水蒸氣2 t/h(0.25 MPa)。后增加獨(dú)立閃蒸罐式(型號SZL-1600)2臺，處理能力均為140 t/d，副產(chǎn)水蒸氣4.1 t /h(0.6 MPa)。下面主要對這兩種合成爐進(jìn)行對比分析，一體式對比對象為1#合成爐，獨(dú)立閃蒸罐對比對象為6#合成爐。

1 工藝簡介及參數(shù)對比

1.1 工藝流程

由氯氣處理工序送來的尾氯經(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，進(jìn)入合成爐底部燈頭。氯氣和氫氣在石墨合成爐內(nèi)的石英燈頭中充分燃燒生成氯化氫，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、酸霧捕集器送往氯乙烯合成工序，另一部分通過一級降膜、二級降膜、尾氣吸收塔制成高純鹽酸送往電解和成品罐區(qū)銷售。工藝流程如圖 1 所示。

1.2 氯氫配比

為保證生產(chǎn)穩(wěn)定，本裝置嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)合成爐氯氫配比為 1∶(1.05 ～1.10)，同時要求氯化氫游離氯為0，氯化氫純度94%～97%(體積分?jǐn)?shù))。由于在實(shí)際運(yùn)行過程中氯、氫壓力和合成爐出口壓力不穩(wěn)定，為防止過氯或過氫，采用手動調(diào)節(jié)(陜西北元氯化氫純度控制指標(biāo)為93%～95%)。

1.3 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)生蒸汽進(jìn)入閃蒸罐進(jìn)行汽液分離， 蒸汽經(jīng)分配臺送至用戶。

1.4 合成爐工藝參數(shù)對比

兩種合成爐工藝參數(shù)對比見表1。

圖1 氯化氫合成工藝流程示意圖

表1 合成爐關(guān)鍵參數(shù)

2 兩種合成爐結(jié)構(gòu)及運(yùn)行情況對比

2.1 防爆膜固定方式

1#合成爐和6#合成爐防爆膜固定方式見2。

圖2 防爆膜固定方式示意圖

Fig.2 Diagram of fixing explosion-proof membrane

1#合成爐爐頂壓蓋法蘭和活套法蘭連接固定防爆膜，另一活套法蘭和爐體法蘭相連接密封爐體與石墨短節(jié)；6#合成爐防爆膜壓蓋法蘭直接與爐體法蘭相連接。1#合成爐連接方式中石墨短節(jié)屬于薄弱部位，當(dāng)爐內(nèi)發(fā)生爆炸時，石墨短節(jié)處極有可能遭到破壞，壓蓋法蘭和活套法蘭及防爆膜被一起炸飛，周圍人員及其他設(shè)備存在被砸傷的風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 燈頭結(jié)構(gòu)

1#合成爐和6#合成爐燈頭結(jié)構(gòu)如圖3所示。1#合成爐燈頭結(jié)構(gòu)為3層，分別為氫氣、氯氣、氫氣，要求3層燈頭同心安裝，但實(shí)際安裝后這3層燈頭不可能完全同心，燈頭之間空間分布不均勻，在合成爐開車過程中，氫氣與氯氣混合不均勻易造成燈頭處閃爆事故；6#合成爐燈頭為2層結(jié)構(gòu)，分別為氫氣、氯氣，氯氣層燈頭末端為圓弧形，且均勻分布著大小相等的圓孔，在實(shí)際運(yùn)行過程中沒有發(fā)生過點(diǎn)爐時燈頭閃爆事故。

圖3 燈頭結(jié)構(gòu)示意圖

2.3 爐體結(jié)構(gòu)

1#合成爐與6#合成爐結(jié)構(gòu)如圖4所示。1#合成爐在側(cè)面安裝有2塊防爆膜。6#合成爐則為鋼套結(jié)構(gòu)，沒有任何法蘭連接。減少防爆膜和法蘭連接，可以大幅提升副產(chǎn)蒸汽壓力(由表1可知：1#合成爐副產(chǎn)蒸汽壓力為0.25 MPa，6#合成爐副產(chǎn)蒸汽壓力為0.6 MPa。6#合成爐副產(chǎn)蒸汽壓力遠(yuǎn)高于1#合成爐)，且減少法蘭面泄漏風(fēng)險(xiǎn)。

圖4 爐體結(jié)構(gòu)圖

2.4 閃蒸罐連接、循環(huán)水上水和安全閥位置

(1)1#合成爐蒸汽放空安全閥安裝在蒸汽管線上(如圖5中①所示)，當(dāng)蒸汽通過蒸汽去分配臺閥門送至分配臺時，蒸汽在放空閥處會有冷凝液積聚，腐蝕閥門閥芯，須經(jīng)常排放。排放時，可能會燙傷操作人員，且排放過程中蒸汽總管壓力波動，又會浪費(fèi)一部分蒸汽，不利于節(jié)能降耗。6#合成爐蒸汽安全閥直接安裝在閃蒸罐上，不存在蒸汽冷凝液積聚問題。

(2)1#合成爐平衡管上部直接和閃蒸罐連接(如圖5中②所示)，下部連接至合成爐底部，中間有合成爐活套法蘭，所以在平衡管上也設(shè)計(jì)一個活套法蘭滿足工藝要求，但同時存在泄漏風(fēng)險(xiǎn)。6#合成爐平衡管與爐體連接沒有任何活套法蘭，不存在泄漏風(fēng)險(xiǎn)。

(3)1#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)水上水管線須通過合成爐夾套將循環(huán)水輸送至石墨塊內(nèi)(如圖5中③所示)。存在于夾套內(nèi)的這段循環(huán)水管線經(jīng)常泄漏造成循環(huán)水和純水互串。分析認(rèn)為有以下2種原因造成泄漏。①沖刷腐蝕。夾套內(nèi)純水流速較高，相對管線高速運(yùn)動，引起了金屬損壞，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，流體接觸的金屬表面上發(fā)生洞穴狀腐蝕。6#合成爐為獨(dú)立閃蒸罐設(shè)計(jì)，冷卻段循環(huán)水直接進(jìn)入冷卻室，不存在蒸汽腐蝕問題。

(4)1#合成爐為一體式閃蒸罐，內(nèi)部為合成爐冷卻段(如圖5中④所示)。冷卻段工作溫度<40 ℃，閃蒸罐工作溫度<165 ℃，正常運(yùn)行中冷卻段回水溫度為25 ℃左右，閃蒸罐為135 ℃。由于溫差較大，閃蒸罐內(nèi)壁所受的內(nèi)外應(yīng)力差較大，加快閃蒸罐內(nèi)壁破損泄漏。6#合成爐為獨(dú)立閃蒸罐，不存在這種問題。

圖5 閃蒸罐連接方式示意圖

2.5 冷凝酸排放

1#合成爐在氯化氫出口管線排放冷凝酸，6#合成爐在氯化氫出口和冷卻段底部分別設(shè)置了冷凝酸排放管線。冷凝酸排放位置如圖6所示。

2.6 純水進(jìn)入合成爐位置

1#合成爐與6#合成爐進(jìn)水位置如圖7所示。1#合成爐從下部到上部直至閃蒸罐為連通結(jié)構(gòu)，純水從底部進(jìn)入合成爐直至閃蒸罐，燃燒熱量全部由夾套純水帶走。該種純水進(jìn)入方式由于在冷卻過程中無回水設(shè)計(jì)，純水在夾套中流動性差導(dǎo)致爐底容易沉積淤泥等雜物，因此合成爐底盤積泥嚴(yán)重時將堵塞石墨塊換熱通道，造成石墨塊燒損。6#合成爐為分層分段進(jìn)行冷卻，爐底冷卻為純水循環(huán)冷卻，純水進(jìn)入方式為低進(jìn)高出。此種冷卻方式既可以保證冷卻效果，又避免了因水流動性差而造成底盤積泥的情況。

圖6 合成爐內(nèi)冷凝酸排放位置示意圖

3 其他

合成爐正常工作時火焰溫度為800 ℃左右，利用給合成爐供水的純水罐，安裝2臺流量為20 m3/h的離心泵給燃燒段換熱。為防止合成爐燃燒段缺水而燒壞石墨塊，對新增合成爐采取了以下防范措施。①給2臺泵出口安裝止回閥，增加互鎖功能，一旦1臺泵出現(xiàn)故障，另外1臺泵立即啟動給合成爐補(bǔ)水。②在回水管線上增加遠(yuǎn)傳溫度顯示，DCS 24 h監(jiān)控。③設(shè)定燃燒段回水溫度范圍，通過對石墨塊制造數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，最高值設(shè)定為80 ℃，一旦運(yùn)行超溫立即熄爐。通過改造可有效延長合成爐連續(xù)運(yùn)行時間[1]。

圖7 純水進(jìn)入合成爐位置示意圖

4 結(jié)語

合成爐是合成氯化氫氣體最為重要的設(shè)備，合成爐的穩(wěn)定性直接影響氯堿生產(chǎn)的安全與穩(wěn)定。通過對比兩種合成爐不難發(fā)現(xiàn)，SZL-1600合成爐比TQZ-140合成爐存在諸多優(yōu)勢和技術(shù)改進(jìn)，必將給氯化氫合成工序的長周期滿負(fù)荷運(yùn)行提供強(qiáng)有力的保障。

[1] 張波,邊偉軍,張國奇.氯化氫合成爐工藝技術(shù)改造[J].氯堿工業(yè),2016,52(8):38-39.

[編輯：董紅果]

Comparison of two types of hydrogen chloride synthesis furnace

SUNLongbin,ZHANGGuoqi,HEXiaoming,LIUJianlou,HOUXuewen(Shaanxi Beiyuan Chemical Industry Group Co., Ltd., Yulin 719319, China)

hydrogen chloride synthetic furnace; structure; parameter; comparison

The synthetic process of hydrogen chloride was introduced. Two types of by-product steam hydrogen chloride synthesis furnace, TQZ-140 and SZL-1600, were compared from the aspects of fixed mode of explosion-proof film, structure of burner, structure of furnace body, connection mode of flash drum, discharge position of condensed acid, and inlet position of pure water, etc. The SZL-1600 synthesis furnace was found to be superior in actual production.

孫龍彬(1988—)，男，2011年畢業(yè)于陜西科技大學(xué)化學(xué)教育專業(yè)，現(xiàn)于陜西北元化工集團(tuán)有限公司氯氫處理工序從事技術(shù)管理工作。

2016-11-24，張國奇，賀小明，劉建樓，侯學(xué)文

TQ124.42

B

1008-133X(2017)04-0039-04