王黎明，劉明國，張振，尹建新，朱光興

(濱化集團股份有限公司，山東 濱州 256602)

濱化集團股份有限公司(以下簡稱“濱化集團”)位于黃河三角洲腹地的濱州市，為主業(yè)突出、產(chǎn)業(yè)鏈完整的綜合型化工企業(yè)集團，產(chǎn)業(yè)涵蓋石油化工、鹽化工、精細化工、熱電、口岸倉儲、金融等領(lǐng)域，具有40多年豐富的燒堿生產(chǎn)經(jīng)驗，是我國重要的燒堿產(chǎn)品生產(chǎn)商，是國內(nèi)氯堿行業(yè)具有較大影響力的企業(yè)。目前濱化集團燒堿裝置的生產(chǎn)能力為68萬t/a，運行中的一次鹽水精制過濾器共計21臺。

1 生產(chǎn)工藝簡介[1]

濱化集團一次鹽水精制工藝是以高精度膜微孔過濾技術(shù)為主的精制工藝。由于濾膜易受Mg(OH)2、有機物的污染而大大降低過濾能力，因而采用粗鹽水預(yù)處理器與膜過濾器相搭配。粗鹽水先經(jīng)預(yù)處理器去除Mg2+和有機物后由濾膜除Ca2+的分步精制工藝，使精鹽水達到較高的質(zhì)量，滿足直接進二次精制系統(tǒng)——螯合樹脂塔的要求。在過濾單元中，膜過濾器是最易出現(xiàn)問題的單元，膜過濾器中過濾器本體閥門出現(xiàn)的問題較多，嚴重影響鹽水的質(zhì)量及產(chǎn)量。目前濱化集團擁有鹽水精制膜過濾器21臺，每臺過濾器有進液閥、反沖閥、放氣閥、排渣閥共計4臺，原配套為進口夾管撓性閥。

經(jīng)配水、化鹽及前反應(yīng)、預(yù)處理工序后，粗鹽水已去除大部分的Mg2+(除去90%以上)及有機物，但Ca2+依然大量存在，在后反應(yīng)器中加入適量Na2CO3，混合均勻后形成CaCO3沉淀，再自流至緩沖罐，再自流至膜過濾器過濾去除。粗鹽水通過進液閥流入過濾器，經(jīng)過濾袋進行過濾，清液經(jīng)上腔排出，過濾一段時間后，當濾餅達到一定厚度時，系統(tǒng)自動進入反沖洗狀態(tài)，進液閥、反沖閥、放氣閥按各自功能自動切換，使濾餅脫離濾袋并沉降到過濾器的錐型底部，系統(tǒng)重新進入過濾狀態(tài)；當?shù)撞繛V渣達到一定高度時，系統(tǒng)自動打開排渣閥，迅速排出濾餅。

2 改造前運行中存在的問題

在鹽水精制過濾器運行過程中，根據(jù)工藝運行的要求，各閥門頻繁開啟和關(guān)閉；并且，撓性閥內(nèi)膽在50～60 ℃鹽水浸泡下容易出現(xiàn)橡膠老化、彈力降低而無法打開的情況，或內(nèi)膽疲勞出現(xiàn)裂紋而導(dǎo)致?lián)闲蚤y泄漏。

以濱化集團化工分公司為例，氯堿車間鹽水工段目前擁有13臺膜過濾器，原閥門配套進口撓性夾管閥。撓性閥具有結(jié)構(gòu)簡單、局部阻力小等優(yōu)點，但綜合其使用情況，內(nèi)膽破損是該類閥的主要故障，且內(nèi)膽破損后無法維修，只能通過更換內(nèi)膽來解決。實際運行表明：在過濾器所用的幾個撓性閥中，進液閥的故障率較高。

實際運行表明：進口原裝夾管閥使用壽命在1年左右。內(nèi)膽破損更換后，運行質(zhì)量不佳，使用狀況波動較大，夾管閥使用壽命不足半年。如進液閥為DN200的撓性閥，內(nèi)膽價格為12 000元左右。從目前的使用情況看，撓性閥內(nèi)膽壽命平均為半年，運行成本偏高。

經(jīng)統(tǒng)計，濱化集團每年撓性閥內(nèi)膽更換費用為100多萬元，還僅是撓性閥內(nèi)膽的采購價格，不包括撓性閥更換的費用。在鹽水精制膜過濾器撓性閥開關(guān)時，帶壓儀表風(fēng)通過夾管閥殼體上安裝的快排閥快速排出會造成現(xiàn)場瞬間高分貝噪聲；長期使用后出現(xiàn)打開時間延長或無法打開，開關(guān)狀態(tài)不能正確顯示等問題，須操作人員在巡檢時，通過觸摸溫感檢查開關(guān)情況；維修更換撓性閥內(nèi)膽頻次較多，泄漏的鹽水對地面造成腐蝕，還存在開關(guān)用時較長、耗氣量大和對儀表風(fēng)壓力范圍要求較窄(0.4～0.5 MPa)等問題。

近幾年撓性閥內(nèi)膽產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，使用周期短，同時存在采購渠道單一等問題，對鹽水精制膜過濾器的安全經(jīng)濟運行造成不利影響。

濱化集團嘗試尋找其他類型閥門代替撓性閥，根據(jù)運行要求，發(fā)現(xiàn)襯氟蝶閥適合現(xiàn)場運行工況的要求。

3 選用襯氟蝶閥替代撓性閥的可行性

3.1 襯氟蝶閥的特點

襯氟蝶閥適用于高腐蝕性化學(xué)介質(zhì)及有毒性介質(zhì)，特殊的密封結(jié)構(gòu)設(shè)計，在最苛刻的工況下也能保證長效安全的密封性能。閥體采用兩段式設(shè)計，方便日后維修和更換密封件。

一體式成型閥板閥桿設(shè)計，閥板和閥桿主要密封位置同時包覆4 mm以上厚度的聚四氟乙烯，確保介質(zhì)不會腐蝕閥體內(nèi)部。3 mm以上聚四氟乙烯閥座完全將閥體與介質(zhì)隔離，閥座背面的乙丙橡膠彈性墊圈設(shè)計，保證聚四氟乙烯閥座的彈性與閥門關(guān)閉時的密封性能。GEFA多功能控制平臺，可互換不同尺寸平臺，直接與執(zhí)行機構(gòu)安裝，避免采用支架轉(zhuǎn)接，使閥門開關(guān)更加精確。

襯氟蝶閥適用于鹽水精制膜過濾器運行指標，滿足如下技術(shù)參數(shù)：介質(zhì)為質(zhì)量分數(shù)為30%的NaCl，介質(zhì)溫度范圍為45～60 ℃，儀表風(fēng)的壓力范圍為0.4～0.7 MPa，蝶閥允許運行壓力范圍為0～1.0 MPa。

在進入過濾器鹽水內(nèi)的固體物質(zhì)中取樣時，分析取樣杯中經(jīng)慢慢沉降后的澄清成分；沉積物呈現(xiàn)白色的絮狀物，質(zhì)地軟綿，為不溶于水的物質(zhì)。氣動襯氟蝶閥頻繁啟閉不會對密封面造成磨損，濱化集團通過4年的試用以事實證明了這一點，并嘗試對鹽水過濾器撓性閥進行改造，使用氣動襯氟蝶閥替代撓性閥控制運行。進液閥自2013年11月更改為氣動襯氟蝶閥，使用至今，各閥均運行正常，無故障。經(jīng)筆者調(diào)研，國內(nèi)少數(shù)氯堿企業(yè)也在嘗試采用襯氟蝶閥代替撓性閥，反映良好。

3.2 襯氟蝶閥替代撓性閥的安裝過程

從工藝運行方面分析，改造時要配合管道改造和現(xiàn)場閥的安裝，對現(xiàn)場電磁閥改造安裝過程如下。

(1)將電磁閥從總氣源底座上拆下，安裝單獨的氣源底座。

(2)將舊電磁閥安裝在原電磁閥位置，作為控制用電磁閥的氣源控制閥，同時起到封堵出氣口的作用。

(4)控制用電磁閥輸出兩路氣源與現(xiàn)場閥相連。

(5)手動測試開關(guān)控制的對應(yīng)性。

(6)測試DCS控制時現(xiàn)場閥開關(guān)的對應(yīng)狀態(tài)。

(7)確認無誤后，固定控制用電磁閥，等待后續(xù)處理，電磁閥改造工作完成。

3.3 改造后過濾系統(tǒng)運行控制系統(tǒng)

閥門改控后的設(shè)備流程如圖1所示。

(1)啟動過濾器前，將其置于自動停止狀態(tài)，此時進液閥、反沖閥、排氣閥、排渣閥處于關(guān)閉狀態(tài)。

液位測量計為浮球液位計，量程為0～100%；壓力測量方式為壓力變送器，量程為100～300 kPa

(2)進液A：按DCS顯示屏上的“啟動”按鈕，進液閥、排氣閥打開，過濾器進入“進液”狀態(tài)，粗鹽水經(jīng)進液閥進入膜過濾器，排氣閥排氣。

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(3)進液B：當進液A時間到達設(shè)定值或鹽水從戈爾膜涌出并到達進液液位設(shè)定值時，過濾器進入“進液B”狀態(tài)，閥門狀態(tài)保持不變。

(4)過濾：當進液B時間到達設(shè)定值或按下跳轉(zhuǎn)過濾按鈕(僅在進液A，B狀態(tài)有效)時，控制器得到信號自動關(guān)閉排氣閥，進入“過濾”狀態(tài)。清液從戈爾膜出水管口涌出，通過精鹽水出口溢流至精鹽水儲槽(在過濾過程中，當壓力超過壓力高限設(shè)定值時，DCS顯示屏直接跳入反沖狀態(tài)，并產(chǎn)生壓力過高報警)。

(5)反沖：“過濾”時間達到設(shè)定值后，進液閥關(guān)閉，反沖閥自動打開，進入“反沖”狀態(tài)。此時管板下的鹽水通過反沖管道流出至中間槽。管板上的清液在自身重力及外界大氣壓力下，順戈爾膜濾芯倒流，將附著在戈爾膜表面的濾餅沖下。反沖水量及反沖結(jié)束時間由浮球液位計決定，當反沖設(shè)定時間到或液位到達反沖液位設(shè)定時，反沖結(jié)束；當反沖時間到達設(shè)定時間，但液位未到達設(shè)定值時, 將會產(chǎn)生“反沖超時報警”。

(6)沉降：反沖結(jié)束后，反沖閥自動關(guān)閉，進入到“沉降”狀態(tài)。此狀態(tài)為物理沉降，目的是使反沖下的鹽泥沉積于過濾器錐體，便于排渣。

(7)判斷過濾循環(huán)次數(shù)是否達到設(shè)定值：反沖結(jié)束，控制器會自動判斷當前循環(huán)次數(shù)是否達到設(shè)定值。若未達到設(shè)定值，則返回第二步，進液過濾。

(8)排渣前過濾(可選步)：在控制頁面中此步驟可選擇為是否激活。當選擇為不激活時，過濾器運行時，此步跳過，直接進入下一步。在此步驟選擇為“激活”時，當過濾循環(huán)次數(shù)達到設(shè)定值后，進液閥門打開，進入“排前過濾”狀態(tài)。此時的閥門狀態(tài)及過濾狀態(tài)與第二步的過濾狀態(tài)相同，但目的不同。此時的作用主要將清液腔的液位由反沖后的低位升高，為下一步排渣作準備。在保證一定的排渣量的同時，使得排渣后還有一定的液位。

(9)排渣：排前過濾時間達到設(shè)定值后，排渣、排氣(可選)，進液(可選)閥門自動打開，沉積于錐體部位的鹽泥順排渣閥排出。排渣結(jié)束條件為：排渣時間到達時間設(shè)定值或液位到達排渣液位設(shè)定(可選擇)。根據(jù)“液位判斷”這個條件，可在控制頁面中選擇投用或切斷。

(10)排渣結(jié)束后，自動返回第一步(若液位未達到進液設(shè)定值)或返回第二步(若液位超過進液液位設(shè)定)，進入下一個循環(huán)，周而復(fù)始。排渣過程中，可以在控制頁面中分別選擇排氣閥和進液閥是否打開。根據(jù)相關(guān)的選擇，在每一次排渣過程中，排氣閥和進液閥可分別打開或關(guān)閉。

4 改造后經(jīng)濟效果

濱化集團離子膜法燒堿的生產(chǎn)能力是68萬t/a，一次鹽水膜過濾器裝置控制閥門運行周期由半年延長至5年。

(1)原來由撓性閥控制運行成本：按照滿負荷運行5年為核算周期，只考慮采購成本及更換維修費用。

膜過濾器裝置撓性閥內(nèi)膽用量：DN200，42只；DN150，8只；DN100，21只；DN80，8只。

估算5年內(nèi)撓性閥內(nèi)膽用量分別為：451.61只，86.02只，225.81只，86.02只。按照現(xiàn)用品牌撓性閥內(nèi)膽的價格，更換內(nèi)膽維修費用按1 000元/只計算，5年內(nèi)撓性閥內(nèi)膽費用成本流量如表1所示。

表1 撓性閥內(nèi)膽費用成本流量表Table 1 Cost flow statement of pinch valve inner liners

(2)更改為兩位切斷襯氟蝶閥的運行成本：按照滿負荷5年為核算周期，只考慮采購成本及更換維修費用。

膜過濾裝置襯氟蝶閥的用量為：DN200，42只；DN150，8只；DN100，21只；DN80，8只。

估算用量分別為：42、8、21、8只。

按照進口品牌兩位切斷襯氟蝶閥價格，更換費用為900元/只，5年內(nèi)兩位切斷襯氟蝶閥費用成本流量如表2所示。

表2 5年襯氟蝶閥費用成本流量表Table 2 Five-year cost flow statement of fluorine-lined butterfly valves

這項技術(shù)革新推廣至濱化集團全公司的燒堿裝置，改造后，5年節(jié)約運行成本約為：

842.80-103.41=739.39(萬元)。

體現(xiàn)經(jīng)濟效益為：

739.39÷5=147.88萬元/a。

撓性閥與襯氟蝶閥年累計資金費用對比曲線如圖2所示。

據(jù)了解，進口兩位切斷蝶閥實際平均使用壽命大于5年，所示效益更加明顯。目前，國內(nèi)氯堿行業(yè)采用膜過濾技術(shù)的鹽水膜過濾器絕大部分采用撓性閥控制，筆者認為可以在行業(yè)內(nèi)推廣襯氟蝶閥，并采用自動控制技術(shù)。

圖2 撓性閥與襯氟蝶閥年累計資金費用對比曲線

5 結(jié)語

在鹽水精制系統(tǒng)過濾器的工作過程中，撓性閥內(nèi)膽破損及故障率高等問題已經(jīng)是公認的技術(shù)難題。

盡管撓性閥具有結(jié)構(gòu)簡單、局部阻力小等優(yōu)點，但內(nèi)膽破損且破損后無法維修，同時還存在著故障率高等問題。因此，濱化集團積極選用襯氟蝶閥替代撓性閥，使鹽水精制過濾器工藝進一步升級；并且，在選用襯氟蝶閥后，有效降低了鹽水過濾器閥門的維修頻率，節(jié)約了維修費用，保證了設(shè)備的長周期穩(wěn)定運行，提高了鹽水過濾裝置的產(chǎn)能及過濾質(zhì)量，大大降低了現(xiàn)場運行噪聲，并有效地改善了操作人員的工作環(huán)境。

[1] 何同玉,劉嶺梅.離子膜工藝鹽水精制技術(shù)進展概述[J].氯堿工業(yè). 2001(9)：8-10.