施慶新，陳松，丁海秋

(安道麥安邦(江蘇)有限公司，江蘇 淮安 223002)

安道麥安邦(江蘇)有限公司(以下簡稱“安道麥安邦”)離子膜法制堿裝置產(chǎn)能為20萬t/a。氯氣冷卻采用一級洗滌加二級鈦冷間接冷卻相結(jié)合[1]，硫酸干燥采用四塔串聯(lián)干燥工藝，水霧和酸霧除霧器濾芯采用美國布林克除霧器濾芯，氯氣壓縮機采用西門子KKK公司生產(chǎn)的透平離心式氯氣壓縮機。該套氯氣處理裝置無論在電解初開車還是調(diào)峰生產(chǎn)變動負荷情況下，總體運行正常平穩(wěn)，干燥氯氣含水質(zhì)量分數(shù)一直穩(wěn)定在1×10-5以下，硫酸單耗穩(wěn)定在12～14 kg/t。

1 氯氣處理工藝流程簡介

由離子膜電解槽出來的溫度約為85 ℃的高溫氯氣，在電解工序通過鈦列管式換熱器與鹽水進行換熱，冷凝下來的氯水流至離子膜電解氯水罐，用氯水泵打入脫氯淡鹽水塔進行真空脫氯，氯氣溫度降溫至50～55 ℃。

降溫后的氯氣通過玻璃鋼管道輸送至氯氣處理一級洗滌塔，塔內(nèi)氯水由氯水泵加壓經(jīng)氯水冷卻器冷卻后，從洗滌塔塔頂噴淋頭噴淋而下，與從下至上的高溫氯氣進行逆流接觸，氯氣降溫至30 ℃進入鈦列管式換熱器，被7～9 ℃冷凍水間接冷卻至12～16 ℃。在此過程中的所有氯水通過管道回流至氯氣洗滌塔，通過洗滌塔泵出口的液位調(diào)節(jié)閥與洗滌塔液位自控聯(lián)鎖將氯水打至電解淡鹽水脫氯工序回收利用。

從鈦冷卻器出來的氯氣進入水霧捕集器除去水霧后，含水量約降低為原來的1.6%[2]，除霧后的氯氣進入一級填料塔填料底部，填料塔循環(huán)硫酸通過硫酸磁力泵從塔底輸送至硫酸板式換熱器，通過7～9 ℃的冷凍水與硫酸換熱后從塔頂硫酸分布器噴淋而下，在填料干燥塔中與氯氣逆流接觸，除去氯氣中的水分。一級干燥塔至四級干燥塔的硫酸濃度依次為75%～78%、85%～90%、93%～95%、98%，硫酸控制的溫度為14～15 ℃，氯氣溫度控制在14～15 ℃。其中在一級干燥塔的硫酸循環(huán)泵出口，設(shè)置一硫酸取樣口、現(xiàn)場密度計及廢酸控制調(diào)節(jié)閥，用于控制出酸，選擇上述各塔出酸濃度有一定的原因，一般情況下，濃硫酸溫度不應(yīng)低于10 ℃，以防結(jié)晶。硫酸溶液的結(jié)晶溫度[3]如表1所示。

表1 硫酸溶液的結(jié)晶溫度表

干燥后的氯氣經(jīng)過酸霧除霧器，除去硫酸霧和其他雜質(zhì)后，進入氯氣壓縮機壓縮，經(jīng)過四級壓縮及四級氯氣冷卻器冷卻，最終氯氣被壓縮至0.6～0.7 MPa，溫度為30～35 ℃，送至液化工序的原氯分配臺。圖1為安道麥安邦氯氣處理工序流程方框簡圖。

圖1 氯氣處理工序流程方框簡圖

2 氯氣處理裝置運行情況

安道麥安邦氯氣處理裝置運行12年來，總體運行平穩(wěn)，干燥氯氣中含水完全達到了設(shè)計要求，在線水分分析儀顯示一般保持在1×10-5以下，冬季水分可保持在0.5×10-5以下。由于電解調(diào)峰生產(chǎn)，調(diào)節(jié)較為頻繁，2010年開機以來，硫酸消耗基本維持在12～14 kg/t左右水平，近5年來年平均硫酸單耗在12.7、13.6、12.9、13.2、13.2 kg/t。

氯氣處理裝置運行中各項工藝指標保持穩(wěn)定，2022年5月16日各項工藝指標執(zhí)行情況如表2所示。

表2 各項工藝指標

3 氯氣處理裝置存在問題及技術(shù)改進

3.1 廢硫酸貯槽內(nèi)析出氯氣問題

原始設(shè)計中，廢硫酸貯槽采用的是PVC外纏繞玻璃鋼貯槽，為防止該貯槽憋壓無法進酸及廢硫酸泵的抽吸作用導(dǎo)致貯槽內(nèi)癟損壞，貯槽頂部設(shè)置一個放空平衡口。從干燥塔出來的廢硫酸進入該貯槽后，根據(jù)亨利定律，由于氣相中氯氣濃度低，廢硫酸中的氯氣會逐步析出最終達到平衡狀態(tài)，而由于其對空，則會導(dǎo)致氯氣不斷析出，污染環(huán)境。將廢硫酸貯槽頂部的氣相引至廢氯氣處理工序，利用廢氯氣處理工序的微負壓對廢硫酸中析出的氯氣持續(xù)進行抽吸，并維持在一個穩(wěn)定的平衡壓力，避免向大氣中釋放。

為防止廢氯氣處理工序負壓過大，該貯槽設(shè)計一水封，維持氣相壓力穩(wěn)定在-3 kPa。

3.2 鈦冷卻器氯氣溫度調(diào)節(jié)頻繁

原始設(shè)計中，氯氣出洗滌塔后進入鈦冷卻器進一步冷卻至12～16 ℃，其設(shè)置的冷凍水閥門口徑為DN80。由于安道麥安邦采用峰谷電調(diào)峰生產(chǎn)的方式進行生產(chǎn)，負荷變動范圍在65%～100%，導(dǎo)致DN80冷凍水調(diào)節(jié)閥無法穩(wěn)定調(diào)節(jié)，造成鈦冷出口氯氣溫度波動較大。

出現(xiàn)該問題的主要原因是作為冷媒的冷凍水閥門相對于低負荷而言設(shè)計過大，平衡點難以控制，微量變化即可造成氯氣溫度偏移，濕氯氣在低于9.6 ℃會形成Cl2·8H2O結(jié)晶物堵塞鈦冷卻器列管，需要人為干預(yù)調(diào)節(jié)。

增加一路旁路為DN50的調(diào)節(jié)閥，利用DCS實現(xiàn)自控，效果非常好。

3.3 氯氣填料干燥塔出塔水分增加

氯氣填料干燥塔，經(jīng)過近4年的運行，原PVC填料逐步老化，發(fā)生脆化變形，導(dǎo)致比表面積嚴重降低，氯氣含水逐步上升，從原來穩(wěn)定的5×10-6左右，在約1個月時間內(nèi)上升至6×10-5，且仍有繼續(xù)上升趨勢，干燥塔塔阻升高約2 kPa，開始影響到氯壓機的安全穩(wěn)定運行。

氯氣填料干燥塔水分開始逐步升高時，安道麥安邦在排除水分檢測儀誤差及故障、水霧捕集器故障原因后，初步懷疑PVC填料出現(xiàn)問題。安道麥安邦氯氣處理1級到4級干燥塔用的是PVC花環(huán)，73×27.5型，填料堆積密度是硫酸密度的4.3%，填料質(zhì)量相對于硫酸質(zhì)量可不計。

從當時硫酸用量、硫酸控制溫度、氯氣水分來判斷，若水分檢測儀結(jié)果為真，則出現(xiàn)該情況的原因最大的可能性為塔內(nèi)填料發(fā)生軟化降低，而且高度降低較多。硫酸用量增加及降低溫度已起不到?jīng)Q定性作用。在氯氣產(chǎn)量增加的情況下，氯氣流速流量增加，硫酸用量雖然增加，但是接觸面積不夠?qū)е滤譄o法及時吸附。

經(jīng)過論證，安道麥安邦決定徹底更換四臺塔內(nèi)的PVC花環(huán)填料。每只塔更換填料體積為3.14×1.3×1.3×6=31.839 6 (m3)，比表面積127 m2/m3，接觸面積為4 044 m2。

安道麥安邦電解工序采用峰谷電調(diào)峰生產(chǎn)的方式，在電解A-D槽電流5 kA，E-J槽電流6 kA時，為低負荷；電解A-D槽電流11 kA，E-J槽電流12.5 kA時，為高負荷。PT0509為一級水洗塔前壓力，PT0550為四級干燥塔出口壓力，PT2450為酸霧捕集器出口壓力，PT2451為氯壓機進口壓力，氯氣處理阻力指水洗塔至酸霧捕集器出口之間的阻力，總阻力指水洗塔至氯壓機進口包含氯壓機進口過濾器的阻力。

更換前、后干燥系統(tǒng)各壓力、阻力及水分如表3所示。

由表3可知：更換填料后，在同樣高負荷情況下，電解PT218壓力從7.5 kPa降至3.9 kPa，降低3.6 kPa；氯氣處理總阻力降低1.3 kPa，電解至氯壓機進口管道總阻力降低4.9 kPa。水分從(6～9)×10-5降低至13×10-5并仍然有下降趨勢。

表3 更換前、后干燥系統(tǒng)各壓力、阻力及水分

更換填料后電解系統(tǒng)至氯壓機進口間的阻力降低效果明顯，降低的4.9 kPa壓力可以提升電解槽A-D的電流約4 kA，每小時多產(chǎn)3.3 t堿(折100%)，每年多產(chǎn)2.67 萬t(折100%)。同時干燥系統(tǒng)水分降低明顯，保證氯壓機安全穩(wěn)定運行。

3.4 氯氣壓縮機用氮氣開車時調(diào)節(jié)頻繁

氯氣壓縮機開車時，使用高壓氮氣作為初開車的氣源，為節(jié)約氮氣，避免浪費，只需保證其流量越過防喘控制安全線即可。當然，氯氣壓縮機各級氣相壓力需大于中間冷卻器冷卻水的壓力。

由于初開車時，氯壓機自身回流防喘控制閥全開，氮氣幾乎不去廢氣處理，在氯壓機內(nèi)逐步累積，壓力有一定的波動，需要較為頻繁地調(diào)節(jié)氮氣進氣閥門直至平衡。

根據(jù)計算，氮氣在初開車時，當進氣表壓維持在0.75 MPa時，用于微量調(diào)節(jié)的氮氣量約為2.2 m3/h。該氣量較小，在氯壓機平衡點附近，出口廢氣閥不釋放的情況下，該氣量近似為氯壓機氯氣迷宮腔微微釋放至廢氣處理的氮氣量。

安道麥安邦選擇DN20的氮氣調(diào)節(jié)閥，用于此處的氮氣壓力平衡調(diào)節(jié)，以提高氯壓機開車的自動化水平，降低操作人員的勞動強度。

在氯氣壓縮機出口至三級干燥塔之間增加1臺DN150回流閥、1臺DN25微調(diào)回流閥，用于增加回流量，降低氮氣使用量，避免氯氣壓縮機防喘控制在使用氮氣開機時前期不受控無法調(diào)節(jié)的問題。

經(jīng)過改造，不但保證了氯氣壓縮機開機的順利，而且滿足了安道麥安邦電解調(diào)峰生產(chǎn)時自動調(diào)節(jié)的需要。

3.5 氯氣壓縮機中間冷卻器出口氯氣溫度高

德國KKK提供的氯氣中間冷卻器，采用八管程列管換熱器，管道為Φ19×2碳鋼管道。經(jīng)過一年多的使用，發(fā)現(xiàn)該換熱器存在冷卻水折流管線過長，阻力大，導(dǎo)致水流速過緩，管道內(nèi)部易堵塞、換熱效果差，出口氯氣溫度逐步由原來的30 ℃升高至51 ℃。

針對德國KKK提供的氯氣中間冷卻器，冷卻水折流管線過長，阻力大，導(dǎo)致水流速過緩，管道內(nèi)部易堵塞、換熱效果差的問題，安道麥安邦進行了專門的分析和研究，制定了改進方案。

將氯氣冷卻器重新設(shè)計，將原八管程改為六管程，內(nèi)部列管改為Φ 25×3管道，排列方式為正三角排列，換熱器循環(huán)水進出口管道由原來DN125改為DN150，因高位槽位置未變，進水壓力保持不變，出口依然保持無壓回水方式。

管道內(nèi)水流方式為喘流，根據(jù)壓差阻力與管徑的關(guān)系，壓差阻力反比于管徑之比的5次方。改造后氯氣中間冷卻器的管程阻力降為改造前阻力的0.3倍，管內(nèi)水流速增加，總傳熱系數(shù)大大增加。氯氣溫度由原來換熱后51 ℃降低至25～30 ℃。改造后換熱效果非常明顯。

改造前電解槽總電流119 kA，改造后電解總電流提高至122 kA，增加了2.52%的負荷，溫度的降低提高了氯壓機的壓縮能力，電解崗位年多產(chǎn)燒堿4 918 t(折100%)，取得一定經(jīng)濟效益。

4 結(jié)語

安道麥安邦通過對氯氣處理系統(tǒng)運行過程中問題的理論分析和實踐研究，制定出可行的方案，并付諸實施。

從效果來看，大大超過了初期設(shè)定的目標。對系統(tǒng)問題的分析，方向是比較準確的。從實施效果來看，達到了預(yù)期的目標，提高了裝置的生產(chǎn)能力，并提高了裝置的自動化水平，保證了氯氣處理系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。