喬 云

(云南能投化工有限責(zé)任公司，云南 昆明 650000)

在“雙碳”目標(biāo)下，氯堿行業(yè)內(nèi)低效和產(chǎn)能落后的企業(yè)將由于政策及市場(chǎng)壓力而淘汰出局。PVC是液氯的重要下游產(chǎn)品，根據(jù)原料來(lái)源的不同，生產(chǎn)工藝分為電石法PVC和乙烯法PVC兩類(lèi)。雖然電石法PVC在節(jié)能減排方面取得較大的成績(jī)，但乙烯法PVC工藝仍是目前行業(yè)內(nèi)公認(rèn)的先進(jìn)和清潔的生產(chǎn)方法。因我國(guó)“富煤、貧油、少氣”的能源結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，電石法PVC產(chǎn)能占比為80%[1]。為在預(yù)定時(shí)間點(diǎn)之前完成“雙碳”任務(wù)，電石法PVC除了不斷加強(qiáng)節(jié)能減排技術(shù)攻堅(jiān)外，還需強(qiáng)化現(xiàn)有節(jié)能減排裝置管理工作，助力提質(zhì)增效。

電石法PVC中，乙炔的生產(chǎn)有干法乙炔和濕法乙炔兩種工藝，國(guó)內(nèi)的電石法PVC大多采用濕法乙炔生產(chǎn)工藝。由于乙炔氣體可溶于水，對(duì)于濕法乙炔生產(chǎn)工藝而言，有大量的乙炔氣體殘留在電石渣漿中。電石渣漿在處理過(guò)程中，隨著渣漿溫度的下降，渣漿里的乙炔氣體將被釋放到空氣中，并沒(méi)有被有效地回收利用。乙炔的揮發(fā)流失，不僅造成極大的資源浪費(fèi)，同時(shí)還因乙炔易燃、易爆的特性存在一定的安全隱患[2]。故國(guó)內(nèi)濕法乙炔生產(chǎn)PVC的企業(yè)基本配套建設(shè)了渣漿回收乙炔裝置，不僅可降低電石消耗，節(jié)約PVC生產(chǎn)成本，還改善了環(huán)境。但裝置投運(yùn)1年后，渣漿回收乙炔裝置出現(xiàn)頻繁聯(lián)鎖跳停，裝置開(kāi)工率由98%以上的水平下降至80%左右，所以提高裝置平穩(wěn)運(yùn)行率是節(jié)能減排裝置提質(zhì)增效面臨的問(wèn)題之一。

1 乙炔氣回收工藝

1.1 生產(chǎn)原理

濕法乙炔生產(chǎn)中的電石渣漿主要分兩股從發(fā)生器排出：一是電石生產(chǎn)過(guò)程為連續(xù)性生產(chǎn)，通過(guò)反應(yīng)器溫度，按比例連續(xù)加入水及電石，為避免渣漿中大顆粒物質(zhì)(如矽鐵、煤渣等)的過(guò)量沉降，需按一定的周期從發(fā)生器底部排渣，成為間歇排放渣漿。二是為控制發(fā)生器溫度、壓力及液位，發(fā)生器溢流出連續(xù)的溢流渣漿。兩股渣漿除濃度稍有不同外，其余性質(zhì)相當(dāng)。

溢流渣流PVC含固量穩(wěn)定在7.5%左右，溫度在70～90 ℃ 之間，乙炔溶解度為 0.06～0.25 L/L，由于電石渣漿中Ca(OH)2包裹著“碳化鈣核(未反應(yīng))”，所以在封閉裝置中，電石渣漿固相中乙炔氣質(zhì)量分?jǐn)?shù)在300～400 mg/kg[3]。

根據(jù)乙炔氣溶解度可知，隨著溫度的升高和壓力的降低，乙炔氣的溶解度變小，所以可通過(guò)負(fù)壓閃蒸的方法，使乙炔氣從渣漿中脫出[4]，但仍有大量水蒸氣逸出，所以通過(guò)冷卻，捕沫獲得標(biāo)準(zhǔn)的乙炔氣，并將其送至發(fā)生乙炔總管，參與清凈工序。渣漿泵將渣漿送至脫氣反應(yīng)塔，以及渣漿在脫氣反應(yīng)塔中由于物理運(yùn)動(dòng)，將碳化鈣核打開(kāi)，可進(jìn)一步與水反應(yīng)生產(chǎn)乙炔氣，可提高單位電石的利用率。

1.2 工藝流程

發(fā)生器溢流的電石渣漿在電石渣漿緩沖罐經(jīng)過(guò)初步沉降，除去大塊雜質(zhì)固體，然后用渣漿泵送到脫氣塔。脫氣塔抽真空使塔內(nèi)渣漿的乙炔氣脫吸，脫氣塔的真空度控制在-71～-61 kPa 之間。從脫氣塔出來(lái)的乙炔氣進(jìn)入1#乙炔冷卻器冷卻至 45 ℃，再經(jīng)2#冷卻器進(jìn)一步降溫，通過(guò)水環(huán)真空泵送入3#乙炔冷卻器冷卻至 25 ℃，經(jīng)捕沫器送至發(fā)生乙炔總管。

從脫氣塔底部出來(lái)的渣漿從下部進(jìn)入渣漿排放罐，再通過(guò)渣漿管送至原渣漿池，渣漿排放罐還有液封作用，確保真空狀態(tài)的脫氣塔的渣漿排放管路不吸入空氣。

1#、2#乙炔冷卻器的冷凝水接入渣漿緩沖罐，通過(guò)渣漿緩沖罐中的渣漿形成的液封可以確保真空狀態(tài)的1#、2#乙炔冷卻器的渣漿排放管路不吸入空氣。3#乙炔冷卻器和捕沫器的冷凝水經(jīng)水封管溢流入渣漿排放罐，確保正壓狀態(tài)的兩臺(tái)設(shè)備不漏氣。

乙炔管路上設(shè)置一臺(tái)氧氣在線檢測(cè)儀，在線檢測(cè)乙炔氣體中氧氣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。當(dāng)乙炔氣體中氧氣質(zhì)量分?jǐn)?shù)超標(biāo)(>1%)時(shí)，裝置自動(dòng)聯(lián)鎖停車(chē)。具體流程見(jiàn)圖1。

圖1 渣漿回收乙炔工藝流程圖

2 影響因素分析

2.1 運(yùn)行情況

電石渣漿回收乙炔氣裝置試運(yùn)行期間存在：停車(chē)時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)渣漿緩沖罐及渣漿排放罐排渣閥易堵；上脫氣塔管道上的開(kāi)度自動(dòng)調(diào)節(jié)閥易堵；發(fā)生器液位控制不穩(wěn)；回收乙炔氣純度不夠，流量不穩(wěn)定等問(wèn)題。后通過(guò)采取高壓沖洗水泵沖洗排渣管道、自動(dòng)調(diào)節(jié)閥前面管道、發(fā)生器溢流管及更改抽氣閥位置等一系列措施，最終使該裝置平穩(wěn)、正常、安全的運(yùn)行，充分回收了溢流渣漿中的乙炔氣。見(jiàn)表1。

表1 聯(lián)鎖跳停后各設(shè)備工藝指標(biāo)變化情況

經(jīng)過(guò)1年多的使用，渣漿回收乙炔裝置出現(xiàn)頻繁聯(lián)鎖跳停，經(jīng)排查主要為渣漿緩沖罐液位低導(dǎo)致。渣漿緩沖罐液位控制為40%～50%，真空泵跳停后，渣漿緩沖罐液位范圍迅速上升至80%，后下降至溢流液位50%。

2.2 原因分析

渣漿緩沖罐液位主要通過(guò)調(diào)節(jié)進(jìn)口渣漿及出口渣漿流量進(jìn)行控制，渣漿緩沖罐進(jìn)口主要有：發(fā)生器溢流渣漿(主物料)、脫氣反應(yīng)塔回流渣漿、渣漿緩沖泵回流渣漿；渣漿緩沖罐出口主要有：渣漿緩沖泵輸送渣漿、渣漿緩沖罐溢流渣漿、渣漿緩沖罐排渣渣漿[3]。見(jiàn)圖2。

圖2 渣漿緩沖罐進(jìn)出口物料圖

2.3 排查結(jié)果

針對(duì)以上影響因素，制定了以下解決方案：

1)因?yàn)樵鼭{回收乙炔裝置原料渣漿主要為發(fā)生器溢流渣漿，渣漿溫度在70～90 ℃ 之間，故用手觸摸發(fā)生器溢流管、渣漿泵出口回流罐管，發(fā)現(xiàn)管道溫度較高，判斷為管道堵塞。加上裝置跳停后，渣漿緩沖罐(圖3)液位快速上升至80%，可判斷溢流管未堵塞。

a-人孔；b-排渣管；c-進(jìn)料管；d-人孔；e-排氣管；f-回流管

2)對(duì)發(fā)生器溢流管手動(dòng)閥進(jìn)行檢查，閥門(mén)正常。

3)裝置跳停后，將發(fā)生器溢流管至排渣池閥門(mén)打開(kāi)，至渣漿緩沖罐閥門(mén)關(guān)閉，并觀察渣漿緩沖罐排渣口，并未發(fā)現(xiàn)有渣漿流出，可判斷排渣閥并未泄露。

4)渣漿泵進(jìn)口閥開(kāi)度控制主要通過(guò)渣漿緩沖罐液位控制，當(dāng)裝置各指標(biāo)恢復(fù)正常，并且置換合格后重新啟動(dòng)裝置。當(dāng)液位再次下降至低限時(shí)，脫氣反應(yīng)塔進(jìn)口閥逐漸關(guān)閉，回流閥逐漸打開(kāi)，反應(yīng)正常。經(jīng)過(guò)1min的調(diào)節(jié)，裝置因渣漿緩沖罐液位低再次跳停。經(jīng)儀表工檢查，給信號(hào)時(shí)，調(diào)節(jié)閥開(kāi)關(guān)正常，故該因素被排除。

5)請(qǐng)儀表操作工對(duì)液位計(jì)進(jìn)行檢查，液位計(jì)正常。

2.4 再次分析

經(jīng)排查，以上因素均不是導(dǎo)致渣漿緩沖罐液位低的主要原因。當(dāng)裝置各指標(biāo)恢復(fù)正常，并且置換合格后再次啟動(dòng)裝置，液位再次下降至低限時(shí)，溢流管溫度較高，說(shuō)明渣漿緩沖罐液位正常，液位計(jì)未出現(xiàn)故障。故對(duì)渣漿緩沖罐設(shè)備結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，渣漿緩沖罐內(nèi)設(shè)有過(guò)濾網(wǎng)，濾網(wǎng)布置于靠近渣漿緩沖罐進(jìn)口一側(cè)，大顆粒渣漿被過(guò)濾后沉降，通過(guò)排渣閥排出，液位計(jì)安裝在另一側(cè)，由于大顆粒渣漿沉降后堵塞濾網(wǎng)，小顆粒渣漿無(wú)法通過(guò)，導(dǎo)致渣漿緩沖罐進(jìn)口一側(cè)液位過(guò)低。由此推理出，渣漿緩沖罐內(nèi)部濾網(wǎng)堵塞是導(dǎo)致渣漿緩沖罐液位低的主要原因。

經(jīng)過(guò)沖洗濾網(wǎng)，再次啟動(dòng)裝置，裝置穩(wěn)定運(yùn)行約140 h后再次跳停(表3)，原因仍為渣漿緩沖罐內(nèi)部濾網(wǎng)堵塞。

表3 裝置運(yùn)行統(tǒng)計(jì)

經(jīng)討論，將渣漿緩沖罐排渣間隔時(shí)間由120 min/次調(diào)整為90 min/次，排渣時(shí)間不變。經(jīng)過(guò)半年的運(yùn)行監(jiān)測(cè)，裝置開(kāi)工率從80%提升至98%的水平。

3 結(jié)語(yǔ)

本文探討了提高渣漿回收乙炔裝置平穩(wěn)運(yùn)行率的方法。通過(guò)對(duì)影響因素層層排查，最終確定影響裝置穩(wěn)定運(yùn)行的原因?yàn)樵鼭{緩沖罐內(nèi)部濾網(wǎng)堵塞。通過(guò)調(diào)整排渣頻率，避免大顆粒渣漿堆積堵塞濾網(wǎng)，最終實(shí)現(xiàn)裝置開(kāi)工率從80%提升至98%以上，實(shí)現(xiàn)裝置利益最大化，達(dá)到裝置投運(yùn)前節(jié)能減排的目的。