唐繼平

(石河子天域新實(shí)化工有限公司，新疆 石河子 832000)

目前,新疆天業(yè)集團(tuán)具有140萬(wàn)t/a聚氯乙烯樹(shù)脂，100萬(wàn)t/a離子膜法燒堿生產(chǎn)規(guī)模。旗下子公司天域新實(shí)化工有限公司(以下簡(jiǎn)稱“天域新實(shí)化工”)始建于2004年，設(shè)計(jì)總規(guī)模為24萬(wàn)t/a聚氯乙烯樹(shù)脂,配套18萬(wàn)t/a離子膜燒堿，生產(chǎn)的食品衛(wèi)生級(jí)聚氯乙烯樹(shù)脂主要包括SG3、SG5和SG7 3種，廣泛應(yīng)用于PVC管材、型材、門窗、裝飾板、電線、電纜等領(lǐng)域；離子膜液堿、片堿產(chǎn)品廣泛應(yīng)用在石油化工、電力、建材、醫(yī)藥、食品等行業(yè)領(lǐng)域。隨著生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和天域新實(shí)化工對(duì)控制成本的要求，氯氣干燥在生產(chǎn)中顯得尤為重要。氯中水含量過(guò)高不但影響后續(xù)工段的使用，而且會(huì)對(duì)氯氣壓縮機(jī)及管道造成腐蝕，影響其使用壽命，對(duì)正常生產(chǎn)造成影響。氯含水低則酸耗高，達(dá)不到節(jié)能降耗要求。所以天域新實(shí)化工采取了一系列措施降低氯中水含量，達(dá)到了節(jié)能降本的目的。

1 氯氣處理工藝流程

本崗位采用“泡罩-填料三合一”工藝。濕氯氣須經(jīng)干燥除水后再進(jìn)入透平機(jī)，常見(jiàn)的填料塔流程有三塔串聯(lián)和四塔串聯(lián)。四塔串聯(lián)可使氯中水含量更低一些,但是投資比較大、占地面積較大、耗酸量也大。所以天域新實(shí)化工采用三塔串聯(lián)方式，洗滌冷卻后的濕氯氣進(jìn)入一段填料塔，經(jīng)稀硫酸脫水后進(jìn)入二段填料塔，脫水后進(jìn)入三段填料塔，經(jīng)濃硫酸脫水干燥處理。進(jìn)三段硫酸濃度逐段提高，多余的硫酸溢流進(jìn)入前一段塔,一段塔多余的酸進(jìn)入廢酸儲(chǔ)罐。濃硫酸來(lái)自于濃硫酸罐，用計(jì)量泵通過(guò)計(jì)量打入三段填料塔，工藝流程圖如圖1所示。干燥塔采用玻璃鋼加強(qiáng)PVC材質(zhì)，具有優(yōu)異的整體防腐性能,價(jià)格合理，但濃度、垂直度要求較高。選用玻璃鋼加強(qiáng)PVC材料，要求溫度低于70 ℃。

天域新實(shí)化工三塔串聯(lián)工藝流程如圖1所示。

圖1 三塔串聯(lián)工藝流程圖

通過(guò)對(duì)天域新實(shí)化工氯氣干燥系統(tǒng)中前幾年氯含水超標(biāo)情況的統(tǒng)計(jì)分析，其水含量略超過(guò)公司規(guī)定，大部分超標(biāo)時(shí)間都是在新疆炎熱的夏季時(shí)間段。

近年來(lái)，部門及班組經(jīng)過(guò)不斷的技術(shù)改進(jìn)和嚴(yán)格的工藝控制，最終將氯中水含量控制在0.02%以內(nèi)。

2019年5—6月的平均氯含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)依次為：0.022%、0.024%、0.025%、0.025%、0.022%。

2 影響氯中水含量的因素

當(dāng)前各氯堿廠都對(duì)氯氣干燥非常重視，干燥過(guò)的氯氣進(jìn)入壓縮機(jī)，經(jīng)壓縮后運(yùn)往用氯單位,但透平機(jī)對(duì)氯氣含水量也有一定的要求,氯氣中水含量過(guò)高嚴(yán)重影響透平機(jī)的正常使用，腐蝕葉輪。氯氣中水含量低則增加硫酸單耗。

2.1 進(jìn)一段干燥塔氯氣溫度

氯氣冷卻后溫度太高或太低都對(duì)氯氣后續(xù)處理帶來(lái)負(fù)面影響。進(jìn)一段干燥塔氯氣溫度越高，水含量越大，水蒸氣分壓越大。濃硫酸酸耗量越大,濃硫酸因吸水放熱,一段干燥塔多采用玻璃鋼加強(qiáng)PVC材質(zhì),若放出的熱不能及時(shí)轉(zhuǎn)移,在溫度達(dá)到70 ℃時(shí),塔身承受高溫而變形，使干燥無(wú)法正常運(yùn)行。其次,要轉(zhuǎn)移濃硫酸放出的熱，須使用冷凍鹽水。若進(jìn)干燥塔氯氣溫度過(guò)高，則會(huì)加劇冷凍負(fù)荷。再者進(jìn)干燥塔氯氣溫度過(guò)高含水量大。若未經(jīng)吸水而進(jìn)入透平機(jī)，因含水量過(guò)大而使葉輪腐蝕。所以要控制進(jìn)干燥塔氯氣溫度即控制鈦冷卻器出口溫度。

2.2 硫酸溫度過(guò)高，脫水性差

硫酸吸水最佳溫度為12～18 ℃，進(jìn)塔硫酸溫度越高,硫酸液面上的水蒸氣分壓越大,不僅硫酸消耗越大而且脫水性差,不能充分吸收氯氣中夾帶的水蒸氣。

因此必須控制好酸溫度，使其能最大程度吸收氯氣中水蒸氣，降低氯中水含量。

夏季的氯中水含量要高于冬季，一個(gè)重要原因是進(jìn)泡罩塔的硫酸溫度過(guò)高，雖然在進(jìn)泡罩塔時(shí)加了換熱器,但由于管線過(guò)長(zhǎng),在實(shí)際生產(chǎn)中進(jìn)泡罩塔的溫度一直都在20 ℃，因此須進(jìn)一步控制硫酸溫度。

2.3 稀酸濃度太低

出干燥塔的酸濃度反映了干燥酸總體濃度,稀酸濃度太低,硫酸吸水效果不佳,使氯氣中夾帶的水蒸氣不能充分吸收而進(jìn)入透平機(jī),腐蝕透平機(jī)葉輪。所以控制稀酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)在70%以上，使其能最大程度吸收氯氣中水蒸氣[1]。

2.4 填料塔偏流

若填料塔傾斜或填料塔堵塞，會(huì)造成循環(huán)酸偏流不能與進(jìn)入填料塔的氯氣充分接觸，導(dǎo)致部分水蒸氣被帶出至透平機(jī)，腐蝕葉輪。生產(chǎn)中密切觀察填料塔酸視鏡有無(wú)偏流現(xiàn)象，若有則需要停車檢修。

2.5 泡罩塔傾斜或塔板斷裂

泡罩塔傾斜會(huì)使酸不能充分與氯氣接觸，塔板斷裂則塔板上的液體無(wú)法留在塔板上，全部由斷裂處泄漏下來(lái)，干燥效果極差，可通過(guò)酸霧捕集器觀察下酸量大小判斷[2]。

3 降低氯中水含量采取的措施

經(jīng)過(guò)分析,酸溫是影響氯中水含量指標(biāo)的重要因素之一，在其他因素?zé)o法改變的前提下，只有降低酸溫才能降低氯含水，為此天域新實(shí)化工通過(guò)以下方法解決酸溫問(wèn)題,從而降低了氯含水。

3.1 濃硫酸罐增加降溫管線

氯含水超標(biāo)多發(fā)生在夏季[3]。新疆夏季氣溫干燥炎熱，硫酸罐外壁氣溫達(dá)到40 ℃以上，因此在硫酸罐外壁纏繞一圈碳鋼管線，在管線里面通入7 ℃的水，這樣保證了外界傳給硫酸的溫度是較低的，進(jìn)而保證了硫酸的溫度，這樣進(jìn)泡罩塔的溫度最終控制在13 ℃左右。

3.2 增加酸板式換熱器的換熱面積

為降低氯氣溫度、循環(huán)酸溫度，經(jīng)計(jì)算增加了循環(huán)酸板式換熱器的換熱面積。增加面積的計(jì)算過(guò)程如下。

若干燥塔中無(wú)氯氣,則循環(huán)酸溫度等于冷凍水溫度[4]。按7 ℃計(jì)算，循環(huán)酸溫度的上升是由于氯氣中水分溶解到硫酸中放熱產(chǎn)生的。

產(chǎn)生的熱量為：

Q1硫酸=C硫酸M硫酸ΔT1，

式中，C硫酸為硫酸的比熱容；M硫酸為單位時(shí)間內(nèi)硫酸的流量；ΔT1為循環(huán)酸的溫度上升量，15 ℃。

循環(huán)酸溫度如表1所示。

表1 循環(huán)酸溫度

循環(huán)酸平均溫度為22 ℃，則ΔT2=7 ℃。

C硫酸·M硫酸·ΔT1·S現(xiàn)·A=

C硫酸·M硫酸·ΔT2·S需·A，

因?yàn)镾需=2.14S現(xiàn)，即將酸板式換熱器面積增加至原來(lái)的2.14倍。

即將一段、二段酸板式換熱器面積增加22.8 m2，共4臺(tái)；新酸板式換熱器換熱面積增加1.14 m2，共2臺(tái)板式換熱器(現(xiàn)有一段、二段板換換熱面積為20 m2，新酸板換換熱面積1 m2)。針對(duì)新疆夏季炎熱干燥的氣溫，酸板換設(shè)計(jì)偏小，經(jīng)過(guò)計(jì)算分析，對(duì)板式換熱器進(jìn)行了增大面積的處理，解決了酸溫高的問(wèn)題。

通過(guò)增大酸板式換熱器和降低硫酸罐內(nèi)硫酸溫度，徹底避免了夏季酸溫過(guò)高對(duì)氯中水含量的影響，從而將氯中水含量控制在指標(biāo)范圍內(nèi)。

4 結(jié)論

當(dāng)前5—9月氯含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)依次為：0.016%、0.018%、0.018%、0.018%和0.016%。

從天域新實(shí)化工實(shí)際操作來(lái)看，近年來(lái)氯中水含量超標(biāo)都是在夏季偏高0.006%左右，經(jīng)過(guò)一系列措施最終將氯含水控制在0.02%以下。氯中水含量高低是生產(chǎn)中相當(dāng)重要的一環(huán)，在生產(chǎn)中應(yīng)當(dāng)注意觀察，多分析查找原因，保證氯中水含量控制在指標(biāo)內(nèi)，為后續(xù)透平機(jī)的安全運(yùn)行奠定基礎(chǔ)，為化工生產(chǎn)的安全保駕護(hù)航。