淺析蒸發系統的穩定運行

孫秀瑾

[摘要]結合蒸發運行中的實際操作,分析進料堿濃度與溫度、蒸發器的液位、真空度、蒸汽壓力、不凝氣等因素對蒸發穩定運行的影響,提出在蒸發裝置生產操作中要嚴格控制好這些指標,以維持蒸發系統穩定運行、提高產品質量、降低消耗。

[關鍵詞]堿濃度 真空度 蒸汽壓力 液位

中圖分類號:TK2文獻標識碼:A文章編號:1671-7597(2009)0910133-01

一、工藝流程簡介

從離子膜電解單元來的32%堿液進入32%堿液槽,然后由32%堿液泵送至Ⅰ效降膜蒸發器被濃縮至36.5%左右,其加熱的熱源為Ⅱ效降膜蒸發器產生的二次汽。在Ⅰ效降膜蒸發器產生的二次汽進入表面冷凝器,用循環水進行冷卻而被冷凝下來,惰性氣體則被水環式的真空泵抽走,從而保證系統有足夠和穩定的真空度。從Ⅰ效降膜蒸發器出來的36.5%堿液用36%堿液泵送經預熱后進入Ⅱ效降膜蒸發器被濃縮至41.8%左右,其加熱的熱源為Ⅲ效降膜蒸發器產生的二次汽。從Ⅱ效降膜蒸發器出來的41.8%堿液用42%堿液泵送經預熱后進入Ⅲ效降膜蒸發器被濃縮到規定的50%堿液。從界區來的中壓蒸汽經減溫減壓后變成飽和蒸汽進入Ⅲ效降膜蒸發器的加熱室作為該效的熱源,通過控制蒸發溫度來保證產品濃度。從Ⅲ效降膜蒸發器出來的50%堿液用濃堿泵送經冷卻后進入50%堿液槽,然后用50%堿液泵送至各用戶。工藝流程示意圖如圖1。

Ⅰ-Ⅰ效降膜蒸發器;Ⅱ-Ⅱ效降膜蒸發器;Ⅲ-Ⅲ效降膜蒸發器;

1-36%堿液泵;2-42%堿液泵;3-50%堿液泵

二、影響因素分析

(一)進料堿濃度與溫度。蒸發的進料堿是從離子膜電解來的堿液,濃度約為32%,進料堿濃度低,則需要蒸發的水分也多,不僅會影響裝置的生產能力,也會增加蒸發裝置蒸汽的消耗量。但是電解液濃度過高,又會影響離子膜電槽的電流效率,增加電耗。為準確控制好電解液的濃度,在電解單元設有一取樣點,定時對電解液的濃度取樣分析,根據分析結果及時進行調整使電解液濃度嚴格控制在32%左右,當濃度有偏差時,可通過增加或減少高純水的流量來進行調節。

另外,來料堿液的溫度對蒸發也有影響,來料堿溫度高,可以節約消耗的蒸汽量,但是溫度過高又會加快堿液對蒸發器等的腐蝕。從電解槽流出的堿液溫度是通過一個堿換熱器來控制的,電解液與循環水進行換熱,通過控制經過堿換熱器的電解液流量來保證電解液的溫度維持在85-90℃,為保證進入蒸發器的堿液溫度,我們在蒸發工序設有32%堿液槽,這樣同時也可以保證進入蒸發器的堿液濃度以及供料相對穩定,避免造成蒸發系統的波動。

(二)蒸發器的液位。要穩定蒸發操作,必須使蒸發器的液位保持恒定。因為蒸發器液位過高,會增加液柱的靜壓頭,引起堿液沸點升高,蒸發量也會減小;液位過低,二次汽夾帶堿液量大,造成冷凝液中帶堿。因此,蒸發操作中必須維持蒸發器的液位穩定。我裝置中降膜蒸發器的液位設定在固定值40%,能夠保證堿液有足夠的汽液分離空間,通過液位調節閥門自動調節進入蒸發器的堿液流量,當蒸發負荷過低時,蒸發器的液位波動很大,會導致整個蒸發系統的大幅度波動,為保證蒸發器能正常工作,蒸發的負荷不能低于蒸發器設計能力的60%,進Ⅰ效蒸發器的32%堿流量要大于36m3/h。

(三)真空度。蒸發裝置的Ⅰ效和Ⅱ效都是在真空的條件下操作的,真空度是蒸發裝置的一個重要的控制指標,真空度增加,Ⅰ效的沸點降低,有效溫差提高。較高的真空度有利于提高裝置的生產能力和降低蒸汽的消耗量,但是由于真空受到冷凝水溫度等的限制,也不可無限制的提高,一般Ⅰ效壓力不低于-92KPa·G。真空度過高也會增加真空泵的負擔。

(四)蒸汽壓力。中壓蒸汽是蒸發裝置的加熱熱源,提高加熱蒸汽的壓力,有助于提高蒸發器的生產能力。但是,蒸汽壓力過高,容易造成液體在管內劇烈沸騰,形成汽膜,影響裝置生產能力;蒸汽壓力過低,經過加熱器的堿液達不到所需要的溫度,也會降低蒸發強度,因此,選擇適宜的蒸汽壓力才能保證蒸發器的生產能力。另外,生產中由于蒸汽壓力是共用系統,有時會遇到壓力波動的情況,不僅影響到整個系統物料和能量平衡,還會影響到對成品堿濃度和質量的有效控制,所以要保證蒸汽壓力的穩定,才能保證蒸發系統的平穩運行,保證產出優質的成品堿。

從界區來的中壓蒸汽壓力大約在1.4-1.5MPa,在進蒸發器之前設置了減溫減壓裝置,并設有一臺增濕泵,經增濕后使蒸汽壓力保持相對穩定在1.0MPa。為避免停車后增濕水進入蒸汽系統,停車降蒸汽后要及時停增濕泵。在蒸汽系統,我們還設有安全閥,當壓力超過一定值時安全閥就會起跳,可以對系統起到保護作用。

(五)不凝氣。在蒸發裝置中,由于加熱蒸汽中含有一些空氣及揮發性物質,在效體中蒸汽冷凝后,剩下不凝性氣體,這些不凝性氣體不及時排除會在加熱室內逐步積累,嚴重影響系統的真空度。不但會增加真空泵的負荷,而且也會在加熱管周圍形成一層氣膜,降低蒸發器的生產能力。生產中要定期排除不凝氣,才能保持必要的真空,有利于蒸發的穩定。

蒸發裝置中表面冷凝器、Ⅰ效中的不凝氣通過水環式真空泵連續抽出,Ⅱ、Ⅲ效不凝氣均通過設在蒸發器頂部的管線直接定期排空,若不及時排除不凝氣,Ⅱ、Ⅲ效管側壓力高出正常值,成品堿濃度降低。

(六)儀表。儀表的維護也是蒸發工序穩定運行的關鍵,我廠蒸發裝置采用了先進的DCS操作控制系統,可根據生產需要隨時調整成品堿產量和濃度,蒸發單元很多參數例如溫度、液位、壓力等都是自動控制調節,所以儀表指示正確與否直接影響到蒸發系統的穩定運行,若儀表指示出現誤差,會導致操作控制系統對蒸發運行情況進行錯誤判斷,引起系統波動,所以一旦儀表出現異常,必須及時聯系儀表人員進行檢查調校。

(七)雜質。蒸發設備在運行過程中不可避免會造成一定程度的腐蝕,導致成品堿中含有雜質,影響產品性能。為解決這一問題,裝置在成品堿進入50%堿液罐前設有兩臺堿過濾器,當蒸發負荷下降無法保證時要及時更換濾袋,以維持蒸發系統穩定,保證產品質量和產量。由于安裝設計問題,其中一臺堿過濾器運行時間一直較短,針對這一問題,2009年大檢修期間調整了其堿液進出口方位,出入口管線的彎頭大大減少,管線阻力也相應減小。

三、小結

蒸發裝置生產操作中要嚴格控制好進料堿濃度與溫度、蒸發器的液位、真空度、蒸汽壓力等參數,這些因素變化都會導致蒸發系統的不穩定,影響產品堿的濃度和質量等,從而影響到企業的效益。控制好這些參數是維持蒸發系統穩定運行、提高產品質量、降低消耗的保證。