張玉

(天辰化工有限公司，新疆 石河子 832000)

新疆天業(yè)集團(tuán)天辰化工有限公司(以下簡稱“天辰化工”)具有40萬t/a聚氯乙烯及32萬t/a燒堿的生產(chǎn)裝置，其中一套5萬t/a片堿裝置采用國產(chǎn)雙效降膜蒸發(fā)工藝，該工藝相比進(jìn)口裝置具有工藝流程短、投資少、運行相對穩(wěn)定等優(yōu)點。

1 工藝流程

考慮到天辰化工蒸汽用量、蒸汽壓力及現(xiàn)場廠房的限制，在此套國產(chǎn)蒸發(fā)裝置設(shè)計之初，并未考慮采用三級蒸發(fā)[1]來減少最終濃縮系統(tǒng)的濃度差，而是采用雙效蒸發(fā)模式(工藝流程如圖1所示)。

堿罐中的32%堿液經(jīng)泵打入Ⅰ效降膜蒸發(fā)器管程。Ⅰ效降膜蒸發(fā)器管程操作條件設(shè)計為負(fù)壓，以便降低堿液沸點，減少蒸汽消耗；其熱源為來自最終濃縮器及Ⅱ效蒸發(fā)器的二次蒸汽；其中最終濃縮器的二次蒸汽因溫度過高須經(jīng)過增濕再進(jìn)入Ⅰ效蒸發(fā)器。在Ⅰ效蒸發(fā)器中，堿液經(jīng)蒸發(fā)后，產(chǎn)生的二次蒸汽經(jīng)鎳絲網(wǎng)除霧器分離后，由真空系統(tǒng)冷凝，冷凝液進(jìn)入蒸發(fā)冷凝水罐(不凝氣則由真空系統(tǒng)抽出)；液堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)由32%提高至44%(堿液溫度為70～80 ℃)，從Ⅰ效降膜蒸發(fā)器底部流出,由堿泵打出，經(jīng)堿堿換熱器、堿水換熱器與由Ⅱ效蒸發(fā)器出來的61%堿及Ⅱ效蒸發(fā)器蒸汽冷凝水罐的冷凝水換熱(此時堿液溫度約為120 ℃)后，進(jìn)入Ⅱ效蒸發(fā)器管程。在Ⅱ效蒸發(fā)器經(jīng)一次蒸汽加熱，堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)由44%上升至61%(溫度上升至165 ℃)。

61%堿液經(jīng)套管式堿堿換熱器與44%堿液換熱后進(jìn)入最終濃縮器的堿液集料管，并均勻分配至10個濃縮單元(降膜管)。在降膜管內(nèi)壁由上向下形成完整的液膜，與走降膜管殼程的加熱熔鹽逆向換熱。換熱后形成的98%熔融堿流入汽液分離器分離后進(jìn)入片堿機(jī)的分配器再經(jīng)片堿機(jī)的分配器分配至片堿機(jī)，經(jīng)循環(huán)水間接冷卻制片得到成品片堿；經(jīng)鎳絲網(wǎng)除沫器分離的二次蒸汽經(jīng)增濕后供至Ⅰ效蒸發(fā)器作加熱源。

2 國產(chǎn)蒸發(fā)裝置設(shè)備清單

國產(chǎn)蒸發(fā)裝置主要設(shè)備如表1所示。

3 工藝特點

固堿蒸發(fā)裝置比較成熟，國內(nèi)大多數(shù)企業(yè)采用的是雙效或三效蒸發(fā)工藝[2-3]，其中三效蒸發(fā)裝置居多，以便更好地節(jié)能增效，前文已述天辰化工選擇雙效蒸發(fā)的原因。此套國產(chǎn)裝置的特點如下。

圖1 片堿生產(chǎn)工藝流程示意圖

表1 國產(chǎn)蒸發(fā)裝置主要設(shè)備

3.1 相對節(jié)能

在此套設(shè)計中充分考慮了蒸汽及堿溫的重復(fù)利用。

(1)蒸汽重復(fù)利用：流程中一次蒸汽利用后產(chǎn)生的二次蒸汽及61%堿液在加熱過程中產(chǎn)生的二次蒸汽均在Ⅰ效蒸發(fā)器中用作熱源；一次蒸汽加熱后產(chǎn)生的過熱蒸汽冷凝水作為44%堿液預(yù)熱熱源，盡可能分級利用，降低一次蒸汽的用量，提高蒸汽的利用效率。

(2)蒸汽冷凝水重復(fù)利用：44%堿液通過與蒸汽冷凝液及61%堿液換熱，可以提高44%堿液的溫度，降低進(jìn)入Ⅱ效蒸發(fā)器后的一次蒸汽耗量。

3.2 工藝相對簡單

雙效蒸發(fā)相比三效蒸發(fā)少了一個效體，一般來說，三效蒸發(fā)就多了一套蒸發(fā)器、真空系統(tǒng)(包括表面冷凝器、真空泵等)、堿泵、冷凝水罐等，其流程相對較長，考慮到堿液的強(qiáng)腐蝕性，多流程就增加運行中的腐蝕、泄漏等問題，而雙效蒸發(fā)在最終濃縮前減少了一個效體，相應(yīng)也減少了上述的腐蝕、泄漏發(fā)生的概率。

3.3 自動化程度高，產(chǎn)品品質(zhì)穩(wěn)定

作為成熟的固堿工藝，在設(shè)計過程中采用了DCS集中控制，所有控制參數(shù)均可在中控人員的集中控制下進(jìn)行調(diào)整；同時，現(xiàn)場監(jiān)控、報警等均可傳至中控系統(tǒng)，便于及時判斷生產(chǎn)運行情況。

4 存在的不足及改進(jìn)措施

4.1 設(shè)備、管線容易腐蝕泄漏

考慮到燒堿的性質(zhì)，此套國產(chǎn)裝置在設(shè)備選材上也做到對癥優(yōu)選，例如，除了Ⅰ效蒸發(fā)器因處理堿液的溫度及濃度相對較低而選用不銹鋼材質(zhì)制作設(shè)備及相關(guān)管線，自Ⅱ效蒸發(fā)器開始，堿系統(tǒng)設(shè)備及管線均采用鎳材，以盡量延長裝置使用壽命。在運行過程中，仍然在運行3個月左右就出現(xiàn)管線泄漏，后續(xù)也陸續(xù)出現(xiàn)鎳材設(shè)備的腐蝕泄漏，其中降膜管的使用壽命一般在1年半左右，同期使用的進(jìn)口降膜管則一般可使用2年以上。這也在一定程度上說明了國產(chǎn)設(shè)備在原材料品質(zhì)上有些欠缺。針對此問題，首先，定期停車檢修，對裝置中極易腐蝕的鎳絲網(wǎng)進(jìn)行定期檢查更換；其次，對離子膜32%堿液中的氯酸鹽含量定期檢測跟蹤，避免氯酸鹽含量高超過加糖系統(tǒng)的處理能力，最終造成鎳設(shè)備的加速腐蝕；另外，確保氮封正常，以隔絕含氧空氣，防止鎳材氧化腐蝕。

在此套裝置中，為了得到更高的換熱效率，其中堿堿換熱器設(shè)計為板片式，但在運行半年左右，出現(xiàn)堿堿換熱器泄漏嚴(yán)重的情況，對裝置的正常運行造成了很大的影響，從天辰化工其他4套燒堿裝置使用的進(jìn)口套管式換熱器的運行情況看，其維修率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于板片式換熱器，最終更換為與堿水換熱器形式相同的套管式換熱器。運行證明，套管式換熱器使用效果良好。

4.2 開停車時廢堿回收問題

蒸發(fā)裝置在運行一段時間后會因為片堿機(jī)結(jié)堿或其他因素進(jìn)行系統(tǒng)停車。在開停車過程中都會產(chǎn)生一些不合格堿，這些堿需要人工化堿，效率低且存在人員受傷的風(fēng)險，因此，增加設(shè)計一套堿溶解系統(tǒng)，增加相應(yīng)的DCS控制系統(tǒng)。在系統(tǒng)開停車期間產(chǎn)生的不合格堿均可通過中控人員操作調(diào)整進(jìn)入溶解系統(tǒng)，通過DCS輸送蒸汽冷凝水等配制不合格堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)至30%后，通過泵送入配堿罐，供乙炔、氯乙烯工序使用，實現(xiàn)不合格堿的重復(fù)利用。

4.3 真空系統(tǒng)頻繁操作問題

Ⅰ效蒸發(fā)在負(fù)壓下操作，維持穩(wěn)定的真空度極其重要。在蒸發(fā)過程中，效體液位、蒸汽壓力及堿液溫度的波動會造成真空度的變化，這就需要持續(xù)調(diào)整破真空閥的開啟度。在設(shè)計時僅為現(xiàn)場手閥操作，調(diào)整精度不高且操作頻繁，后期改為由DCS控制操作，可在中控室遠(yuǎn)程完成，以更高效率響應(yīng)及調(diào)整，維持真空系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

4.4 熔鹽系統(tǒng)廢氣氮氧化物含量超標(biāo)問題

隨著新的環(huán)保指標(biāo)落地，蒸發(fā)裝置熔鹽系統(tǒng)廢氣氮氧化物等環(huán)保指標(biāo)不能滿足要求，對此，天辰化工對蒸發(fā)裝置熔鹽系統(tǒng)廢氣出口加裝脫硝處理裝置。目前改造項目已完工，裝置的氮氧化物含量大幅降低，滿足新的環(huán)保指標(biāo)要求。

5 結(jié)語

燒堿蒸發(fā)工藝技術(shù)成熟，氯堿企業(yè)可根據(jù)現(xiàn)場實際對蒸發(fā)工藝進(jìn)行局部改進(jìn)或補充。天辰化工因?qū)嶋H需求，選擇雙效蒸發(fā)工藝，在能耗上稍高于三效蒸發(fā)，但通過多年的運行證明，在合理的檢修及改進(jìn)下，此套國產(chǎn)裝置運行指標(biāo)平穩(wěn)、產(chǎn)品質(zhì)量可靠。