潘存鵬，王鑫，張建英，張宇琪

（金川集團化工新材料有限責任公司，甘肅 金昌 737100）

甘肅金川集團金川化工新材料有限責任公司（以下簡稱“公司”）40萬t/a離子膜法燒堿項目一期工程于2009年7月正式投產(chǎn)。裝置生產(chǎn)能力為20萬t/a離子膜法燒堿，20萬t/a質(zhì)量分數(shù)為50%的液堿，20萬t/a質(zhì)量分數(shù)為99%的片堿，電解工序選用國產(chǎn)藍星（北京）化工機械有限公司（以下簡稱“北化機”）高電流密度自然循環(huán)復極式離子膜電解槽。二期工程于2012年7月正式啟動建設，裝置生產(chǎn)能力為20萬t/a離子膜法燒堿，10萬t/a質(zhì)量分數(shù)為50%的液堿，5萬t/a質(zhì)量分數(shù)為99%的片堿，電解工序選用國產(chǎn)北化機自然循環(huán)高電流密度復極式膜極距電解槽，于2015年5月完工，2018年6月開始試生產(chǎn)，系統(tǒng)二次鹽水精制采用樹脂塔螯合樹脂進行精制[1]。系統(tǒng)一二期項目一次鹽水工序共配置2套化鹽池裝置，3套鹽水預處理裝置（一期系統(tǒng)配置1套鹽水預處理裝置，二期系統(tǒng)配置2套鹽水預處理裝置），燒堿系統(tǒng)配置4個精鹽水儲罐用來儲存一次精鹽水（一期系統(tǒng)配置2個精鹽水儲罐V=1 328 m3，二期系統(tǒng)配置2個精鹽水儲罐V=1 328 m3）。

1 工藝簡述

一期裝置二次鹽水精制系統(tǒng)將一次精鹽水儲罐的鹽水用過濾精鹽水泵輸送至電解工序過濾鹽水儲罐，過濾鹽水由過濾鹽水泵輸送至樹脂塔，經(jīng)樹脂塔過濾后的鹽水被直接輸送至鹽水高位槽，高位槽的液位由自動閥聯(lián)鎖控制。3臺樹脂塔循環(huán)運轉(zhuǎn)，其中2臺在線運轉(zhuǎn)，1臺離線再生，每隔24 h進行一次自動切換。二次鹽水精制單元的正常鹽水處理能力為260 m3/h，滿足每天生產(chǎn)600 t燒堿（按100%NaOH計）的需要。裝置應能在110%的設計負荷（即最大生產(chǎn)能力286 m3/h）下正常、穩(wěn)定操作。塔中的樹脂是一種陽離子交換樹脂，在離子交換中特定的雜質(zhì)和二價陽離子被脫除。同時一小部分離子交換樹脂在操作中被擠碎和變形成為小顆粒，這些小顆粒樹脂造成過濾鹽水通過離子交換樹脂的壓力降增大。為了在塔再生前排除這些小顆粒，樹脂塔必須周期性地用純水反洗。反洗是自動進行的，純水的流量由自動調(diào)節(jié)控制。反洗水從樹脂塔頂部流到離子交換樹脂捕集器，相對較大的樹脂顆粒被回收，改造前的工藝流程圖見圖1。

圖1 改造前的工藝流程圖

2 存在的問題及安全風險

2.1 存在的問題

公司一期燒堿系統(tǒng)于2009年建成投用，裝置運行存在以下問題。

（1）公司地處西北，系統(tǒng)運行至今，事業(yè)部周邊原鹽多以再生鹽為主，再生鹽品質(zhì)較差、雜質(zhì)較多且再生鹽種類不同所含的雜質(zhì)也各有不同。原鹽來源種類多且指標參差不齊，對雜質(zhì)含量不同的原鹽不能在指標分析后按比例精確混合使用；

（2）再生鹽雜質(zhì)較多且品質(zhì)不一，造成預處理器處理量加大，經(jīng)常出現(xiàn)預處理器返渾，影響鹽水精制，造成系統(tǒng)鹽水量不夠，影響系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定運行；

（3）原鹽質(zhì)量參差不齊，造成預處理器不定期返渾，返渾后不能保證一次精鹽水連續(xù)穩(wěn)定供應；

（4）預處理器返渾后一次精鹽水不能連續(xù)供應，目前事業(yè)部設置4個精鹽水儲罐，后期一二期系統(tǒng)同時運行時精鹽水儲罐較少，預處理器運行異常時精鹽水儲罐的精鹽水不能滿足鹽水系統(tǒng)的調(diào)節(jié)需求，緩沖時間比較短。

2.2 存在的安全風險

一期系統(tǒng)的工藝設計將一次精鹽水儲罐的鹽水用過濾精鹽水泵輸送至電解工序過濾鹽水儲罐，過濾鹽水由過濾鹽水泵輸送至樹脂塔，經(jīng)樹脂塔過濾后的鹽水被直接輸送至鹽水高位槽，高位槽的液位由自動閥聯(lián)鎖控制。3臺樹脂塔循環(huán)運轉(zhuǎn)，其中2臺在線運轉(zhuǎn)，1臺離線再生，每隔24 h進行一次自動切換；工藝設計及設備存在以下缺陷。

（1）在一次鹽水輸送過程中，由于過濾鹽水泵輸送的鹽水經(jīng)過樹脂塔要克服樹脂塔的壓降后再輸送至20 m以上的鹽水高位槽，輸送高度較高加上樹脂塔的阻力，造成過濾鹽水泵運行壓力較大，加快了樹脂塔內(nèi)樹脂的破碎及板結(jié)，嚴重影響樹脂的使用壽命；

（2）運行壓力過大時造成樹脂塔底網(wǎng)破裂，導致樹脂泄漏，泄漏的樹脂隨著鹽水進入電解槽后附著在離子交換膜上，嚴重影響離子交換膜的使用壽命，造成電解槽槽電壓升高，嚴重時堵塞電解槽的出口軟管，造成電解槽爆炸；

（3）較大壓力運行造成樹脂塔內(nèi)樹脂板結(jié)比較嚴重，樹脂板結(jié)后影響樹脂塔的出水效率，直接影響二次鹽水指標及離子膜使用壽命；

（4）過濾鹽水泵運行壓力較大時容易造成泵過載，導致跳泵，崗位人員如不能及時發(fā)現(xiàn)鹽水高位槽的液位，液位下降后將造成電解槽鹽水斷流，造成系統(tǒng)跳車、電解槽損傷；

（5）樹脂塔內(nèi)樹脂板結(jié)后在樹脂塔再生時需要用大量的純水對樹脂塔進行大流量反洗沖開板結(jié)的樹脂，板結(jié)越嚴重反洗時浪費的純水越多；

（6）泵出現(xiàn)異常、樹脂塔底網(wǎng)破裂或一期系統(tǒng)3臺樹脂塔出現(xiàn)故障時，樹脂塔系統(tǒng)無法精制二次精鹽水，導致系統(tǒng)停車，精鹽水無法置換滯留在電解槽內(nèi)的氣體，可能會形成爆炸性混合氣體，損傷離子膜及電解槽極網(wǎng)；

（7）一期樹脂塔運行過程中每天在樹脂塔出口取樣進行化驗分析，取樣時由于精鹽水對指標要求比較嚴格，每次取樣時對取樣瓶要進行多次清洗，造成精鹽水浪費；

（8）事業(yè)部一期樹脂塔出口沒有安裝pH在線監(jiān)測裝置，樹脂對Ca2+、Mg2+的交換能力隨鹽水的pH值上升而增大，但一般不大于11，因為鹽水pH值大于11時，在高濃度鹽水中的Mg2+以Mg（OH）2膠狀沉淀存在，如果過濾器的過濾能力下降會導致分子狀態(tài)的Mg（OH）2進入樹脂塔，螯合樹脂對分子態(tài)的Mg（OH）2膠狀沉淀是沒有螯合交換能力的，影響螯合樹脂的使用壽命，造成樹脂塔出口鹽水不合格進而影響電解槽的運行，存在安全風險。

3 改造方案

通過研究論證，將一、二期裝置一次鹽水工序3臺預處理器、HVM裝置串連，新增2個精鹽水儲罐，新增1套超純鹽水系統(tǒng)，將目前的工藝由“一次精鹽水儲罐+過濾鹽水儲罐+過濾鹽水泵+樹脂塔+高位槽”改為“一次精鹽水儲罐+過濾鹽水儲罐+過濾鹽水泵+樹脂塔+超純鹽水儲罐+超純鹽水輸送泵+高位槽”的精制工藝，改造后的工藝流程圖見圖2。

圖2 改造后的工藝流程圖

4 改造內(nèi)容

（1）新設一個原鹽混合場地

用現(xiàn)有的原鹽堆放場地將拉來的原鹽進行指標分析，依照分析的指標按比例混合后運至化鹽池進行化鹽，根據(jù)原鹽分析指標精準控制精制劑的加入量，精確控制一次鹽水的指標，提高一次鹽水的合格率。

（2）將一二期3臺預處理器連通

目前一期的一臺預處理器與二期的一臺預處理器已經(jīng)連通，把剩余的一臺也繼續(xù)連通，連通后3臺預處理器串通使用，可以有效保證3臺預處理器的制水量。

（3）新增2個精鹽水儲罐

新增2個精鹽水儲罐，在指標及設備設施正常時多儲存精制鹽水，保證設備設施出現(xiàn)異常時有更多的緩沖時間來調(diào)整鹽水指標，也能保證一二期系統(tǒng)全部生產(chǎn)時精鹽水的連續(xù)穩(wěn)定供應。

（4）新設1個超純鹽水儲罐

將現(xiàn)有的過濾精鹽水儲罐改為超純鹽水儲罐，用來儲存樹脂塔過濾后的超純鹽水，超純鹽水儲罐的配置可以有效降低因樹脂塔出現(xiàn)故障而導致系統(tǒng)停產(chǎn)后無法置換電解槽鹽水而造成的電解槽內(nèi)爆炸性混合氣體的形成，減輕對離子膜、電解槽的損傷。

（5）新增2臺過濾鹽水輸送泵

新增的2個一次精鹽水儲罐串通配置2臺過濾鹽水輸送泵（Q=300 m3/h，H=45 m），用來輸送過濾精鹽水至樹脂塔，新增過濾精鹽水直接經(jīng)過樹脂塔不用上高位槽，有效降低樹脂塔的運行壓力，降低泵的運行電流，減少螯合樹脂的破碎率，降低樹脂塔底網(wǎng)的破裂幾率進而降低電解槽的運行風險，保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。

（6）新設2臺超純鹽水輸送泵

將現(xiàn)有的過濾鹽水輸送泵改為超純鹽水輸送泵，新設超純鹽水輸送泵直接將超純鹽水輸送至鹽水高位槽，可以有效降低超純鹽水輸送泵的壓力，降低異常跳泵的頻次，精確控制鹽水高位槽的液位，降低泵的運行電流，保證系統(tǒng)平穩(wěn)運行，降低生產(chǎn)成本。

（7）超純鹽水輸送泵增加遠程報警裝置

在電解崗位操作室增加遠程報警裝置監(jiān)測超純鹽水輸送泵的運行狀況，泵停止運行后操作室馬上報警，使崗位操作員能第一時間得到提醒，報警后立即去現(xiàn)場啟動備用泵，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

5 實施效果

（1）樹脂塔的運行壓力由改造前的0.45 MPa降低至目前運行的0.2 MPa，樹脂塔降低的運行壓力有效減少螯合樹脂的破碎率、螯合樹脂的板結(jié)，延長螯合樹脂的使用壽命，減少了樹脂塔因大流量反洗浪費的純水。

（2）有效降低了機泵的運行電流，降低了電耗。

（3）可以使鹽水系統(tǒng)的廢水全部回收利用，替代了一次水使用，降低了水耗。

（4）可以使系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)，降低系統(tǒng)異常停車的頻次，提高鹽水精制系統(tǒng)的合格率和風險處置能力，為離子膜電解槽的安全運行保駕護航。

6 經(jīng)濟效益分析

樹脂塔每次反洗節(jié)約的純水量為60 m3，每年330天運行，年節(jié)約純水量19 800 m3。

純水以15元計算，19 800×15=29.7（萬元）；年節(jié)約電費約2萬元；年節(jié)省樹脂約合10萬元；年節(jié)約費用合計41.7萬元。