副產蒸汽氯化氫石墨合成爐設計及應用

董君林，劉明生

（浙江巨化集團錦華新材料股份有限公司，浙江 衢州 324004）

巨化集團公司下屬的浙江錦華新材料股份有限公司中壓蒸汽年用量為50萬t以上，均來自熱電廠蒸汽管網。該項目實施后可減少合成氯化氫過程中的循環水用量，降低風機、循環水泵電耗，同時副產的蒸汽直接用于其他車間的生產。將氯化氫石墨合成爐產生的熱能進行利用，得到副產中壓蒸汽實現節能降耗。在不可再生能源日益短缺，水、電、蒸汽價格不斷上漲的形勢下，利用生產過程的余熱，將氯化氫石墨爐反應熱轉化為蒸汽用于生產，符合國家提出的節能減排要求。

1 方案設計

1.1 工藝流程敘述

氯化氫發生工藝流程見圖1。

來自總管的氯氣、氫氣經過流量調節后，進入蒸汽爐底部燈頭混合燃燒生成氯化氫氣體，合成的氯化氫氣體，下部經石墨冷卻段與循環水熱交換，上部經鍋爐段與軟水熱交換，經鍋爐段冷卻后的氯化氫氣體再進入上部石墨冷卻段用循環水進一步冷卻至65℃以下，然后，進入二冷用冷凍鹽水冷卻至0～-8℃，最后，氯化氫進入總管并入分配臺，經分配臺送至制酸系統或其他生產裝置。

來自外車間的軟水進入軟水槽，經軟水泵加壓送至汽包，汽包內的軟水通過下降管經蒸汽預熱器，進入蒸汽爐鍋爐段與氯化氫氣體熱交換，軟水吸收熱量，部分汽化成蒸汽匯集進入汽包，汽包內蒸汽經調節閥減壓后并入蒸汽管網或送至專用用戶管網。

1.2 改造技術方案

該項目擬將生產能力小（40 t/d）、設備投用率極低的6#氯化氫合成爐拆除，騰出的位置布置產能為120 t/d的副產蒸汽氯化氫石墨合成爐，利用原有的廠房設施適當加以加固改造，布置蒸汽包等設備。6#爐騰出的儀表檢測點等DCS控制系統供副產蒸汽爐使用，副產蒸汽爐采用自動點火方案，DCS系統不足部分增加配置。

圖1 氯化氫發生工藝流程示意圖

（1）公用系統

a.水、氣（汽）

本項目不直接消耗工業水，采用循環水冷卻，最大用量約250 m3/h，可由氯化氫合成循環水裝置提供。產蒸汽所使用軟水，最大用量約10 m3/h，由該公司三車間提供。開車時使用少量蒸汽預熱合成爐鍋爐段，用量可忽略不計。

b.電力供應

軟水泵2臺，總功率約50 kW，現有氯化氫合成配電室可滿足用電要求。

c.DCS控制系統

6#石墨合成爐退出后，現有DCS控制系統已不能滿足新上合成爐的控制要求，需擴容。

（2）主要設備

主要設備見表1。

（3）安全與環境保護

副產蒸汽氯化氫石墨合成爐主體仍為氯化氫合成爐，與原有氯化氫合成爐的安全裝置一致，設置相關火焰熄滅連鎖、氫氣壓力低連鎖、氫氯配比連鎖等較完善的安全連鎖裝置，并實施安全可靠的自動點火系統。在鍋爐系統設置安全放空系統，并設置水位低保護合成爐連鎖保護等安全連鎖裝置。

表1 主要設備表 臺

本項目不產生環境污染。

（4）效益估算

按1 t氯化氫副產0.7 t中壓蒸汽，氯化氫產能為120 t/d，年生產330天，1 t中壓蒸汽150元（不含稅）計，年可產生經濟效益：0.7×120×330×150=415.8（萬元）。

投資回收期為：450÷415.8=1.08（年）。

2 副產蒸汽氯化氫石墨合成爐水壓實驗

2.1 水壓試驗前的檢查和準備工作

（1）關閉：汽包上面的飽和蒸汽出口閥、放空手動閥、2個備用口閥門。

（2）開啟軟水泵進出口閥、汽包壓力表根部閥；汽包安全閥處于工作狀態、汽包水位計投用（汽、水閥開啟）。

（3）汽包連續排污一次閥開啟，二次閥關閉；汽包連續排污爐水取樣閥關閉，間斷排污爐水取樣閥開啟。

（4）汽包間斷排污一次閥開啟，二次閥關閉。

2.2 鍋爐上水

（1）確認汽包軟水上水閥關閉，打開軟水泵。

（2）微開汽包上水閥，向汽包上水；手動控制汽包上水，保持水位正常；在上水過程中，發現泄漏，及時處理。

（3）使用軟水泵出口手動閥控制上水流量，冬季≤15 t/h；夏季≤20 t/h。

（4）當間斷排污爐水取樣閥看見水后停止上水，降低給水壓力，關閉爐水取樣閥，關閉軟水進口氣動閥。

2.3 升壓

（1）檢查確認汽包上的壓力表指示正常，緩慢開啟汽包軟水進口閥，控制升壓速度≤0.3 MPa/min。

（2）當汽包壓力表指示達到1.0 MPa時，關閉軟水進口閥，檢查汽包承壓部件及蒸汽爐鍋爐段有無泄漏，如果發現有泄漏，應進行泄壓處理。

（3）開啟汽包軟水進口閥，以≤0.3 MPa/min的升壓速度將汽包壓力升到工作壓力，關閉汽包軟水進口閥，停止汽包上水。注意加強壓力監測，做好超壓后的泄壓準備。

（4）確認汽包停止上水后，5 min內壓力下降≤0.2 MPa；維持汽包壓力，檢查漏點及濕潤現象。

2.4 超水壓試驗

（1）確認鍋爐水壓試驗合格后，關閉汽包水位計汽、水閥門，拆除水位計、安全閥。

（2）緩慢微開上水閥，以≤0.1 MPa/min的速度將汽包壓力升至1.25倍的工作壓力，維持5 min，注意加強壓力監視，做好超壓后的泄壓準備。

（3）關閉鍋爐汽包軟水進口閥，開啟連續排污二次閥，將汽包壓力緩慢降至工作壓力。

（4）對鍋爐系統各承壓部件進行檢查，受壓元件金屬壁和焊縫上應無水珠和水霧，脹口不滴水珠，目測無殘余變形。

2.5 泄壓放水

（1）打開汽包水位計汽、水閥門，水位計投用。（2）打開汽包間斷排污閥進行排水。

（3）在汽包水位計見水后，注意觀察液位高度，控制汽包水位降至40%處。

（4）打開軟水進預熱器排水閥，排凈鍋爐系統內的水。

（5）確認水壓試驗合格后，聯系保運封閉鍋爐人孔。

2.6 如何防止水壓試驗過程中出現超壓現象

（1）應認真檢查壓力表的投用情況。

（2）確保閥門靈活好用，如果是氣動閥，要保證氣源可靠，壓力充足。

（3）試驗過程中，要由專業人員指揮，專人負責升壓速度控制。

（4）起壓后，應關小進水閥，并控制升壓速度為≤0.3 MPa/min。

（5）升壓到汽包正常工作壓力的70%時，應放慢升壓速度，并做好防超壓的安全措施。

2.7 水壓試驗合格的標準

（1）在試驗壓力下保持5 min，壓力下降不超過規定值。

（2）在承壓元件金屬壁和焊縫上，沒有水珠或水霧。（3）降到工作壓力后，脹口和鉚縫處不漏水珠。（4）水壓試驗后，承壓元件沒有發現殘余變形。

2.8 注意事項

（1）在升壓過程中，應停止爐本體內、外的一切檢修作業，升壓前，必須檢查爐內是否有人，確認無誤后方可進行升壓操作。

（2）升壓、降壓的速度一般不超過≤0.3 MPa/min；升到1.25倍工作壓力的速度為0.1 MPa/min。

（3）試壓過程中如果發現承壓部件有滲漏現象，且水壓還在繼續上升時，檢查人員不得靠近滲漏點，待停止升壓后，滲漏沒有擴展，方可進行仔細檢查。

（4）進行超水壓試驗時，在保持試驗壓力確認5 min內，不準進行任何檢查工作，待壓力降到工作壓力后，方可進行全面檢查。

（5）超水壓試驗時，應將安全閥、水位計拆除，以免損壞。

3 對蒸汽爐鍋爐系統進行清洗、煮爐

3.1 煮爐的目的

蒸汽爐試車前或長期停車后再開車前，需要清洗、煮爐，除去蒸汽爐鍋爐系統設備、管道內的鐵銹、油脂、污垢和堿性氧化物。防止鍋爐設備、管道因受熱面過熱而氧化或腐蝕。因此，用堿性磷酸鈉煮爐，蒸煮可在鍋爐系統設備、管道內形成磷酸鐵保護涂層，保護設備、管道。

3.2 煮爐藥劑的配制

鍋爐水：4.5 m3；

15%水合肼：0.5 L；

商品磷酸鈉：2.5 kg；

氫氧化鈉：5 kg。

3.3 煮爐操作

煮爐操作前必須進行清洗，爐水從預熱器底部排凈閥和汽包排污閥排出，以吹除焊渣等雜質。

（1）煮爐準備

a.檢查鍋爐汽包水位計完好、準確，軟水進汽包調節閥完好，汽包排空管、放空閥完好，安全閥校驗完好并定壓。

b.檢查預熱器完好，預熱器加熱蒸汽調節閥靈活好用，鍋爐段底部溫度顯示準確。

c.軟水槽清洗干凈，液位計指示準確，軟水泵完好，泵進出口閥開關良好。

d.與送軟水6 m3至貯槽。

e.打開汽包放空閥，打開軟水進汽包調節閥，開啟軟水泵將4.5 m3軟水打入汽包，加軟水后，停軟水泵，并補充軟水槽水位。

f.打開汽包頂部預留閥門將煮爐藥劑（水合肼、商品磷酸鈉、氫氧化鈉）依次加入汽包中，然后，封住人孔蓋。

g.排出預熱器冷凝水，檢查鍋爐系統壓力表完好，并準備記錄。

（2）煮爐

a.打開預熱器蒸汽加熱閥，通過預熱器加熱，使爐水循環，當蒸汽系統溫度達到100℃時，有蒸汽由汽包放空管排出，放空5 min后，關閉放空閥。開啟軟水泵，補充給水，保持水位。

b.當汽包蒸汽壓力為0.20～0.30 MPa時，保持6 h，然后，通過打開汽包連續排污閥，使壓力降至0.10～0.20 MPa，再小心打開汽包至排污罐的手動排污閥，把爐水排至槽車，爐水通過槽車運至清污分流C類池排放。

c.當鍋爐壓力降至0.10～0.20 MPa時，可開始按上述步驟第二次煮爐。

d.二次煮爐結束后，放凈鍋爐水，清除所有泥狀沉積物，檢查內部涂層合格后可進軟水進行下一步開車操作。

e.在煮爐的同時，調校鍋爐系統的儀表、調節閥、液位計等。

（3）煮爐完畢，用管網蒸汽倒入對系統進行試壓、試漏，合格后，關閉蒸汽系統所有手動閥及氣動調節閥。

（4）慢慢打開低壓蒸汽管網留頭閥門，并確認關閉疏水器旁路閥，打開疏水器主路閥，將蒸汽外管預熱20 min以上。

（5）將軟水槽液位加至50%～80%；稍稍打開汽包放空閥。

（6）啟動軟水泵，確認出口壓力≥1.3 MPa，打開軟水進汽包調節閥，使汽包的液位在35%左右，停軟水泵。

（7）開預熱器加熱蒸汽調節閥前的手動閥，放掉預熱器蒸汽冷凝水。打開預熱器加熱蒸汽調節閥，開始加熱汽包的軟水。

（8）鍋爐段底部溫度達到110～120℃，汽包壓力達到0.05～0.1 MPa時，蒸汽系統內氧氣排放完畢，關閉汽包放空閥。

（9）鍋爐段底部溫度溫度升到130℃時，蒸汽爐鍋爐系統開車前準備完畢，開啟軟水泵。

（10）調節軟水進汽包調節閥，當汽包水位高于60%時，微開汽包連續排污閥，將爐水排入排污罐。液位穩定至50%后，軟水進汽包調節閥投入自動。并將蒸汽壓力高、汽包水位低連鎖投用。

4 副產蒸汽氯化氫石墨合成爐開車步驟

（1）DCS操作工打開合成爐流程圖，點擊“運行”按鈕，并點擊“點火確認”按鈕。

（2）現場操作工接到點爐通知后，待現場“允許點火”指示燈亮后，按下“開始點火”按鈕，點火程序自動控制整個點火過程，點火成功后，“點火成功”燈亮。

（3）如點火失敗，則“點火失敗”燈亮，需分析原因。

（4）點火成功后，調節氫氣調節閥開度，提高氫氣流量。注意觀察火焰顏色變化，保持火焰為蒼白后。

（6）分析氯化氫純度達到85%左右，適當關小水流泵準備切換氯化氫進系統。

（7）關閉水流泵。當鍋爐段底部溫度超過140℃時，打開汽包放空閥2 min，以排出蒸汽系統的空氣和氧氣。

（8）調節出汽包蒸汽調節閥，使汽包蒸汽壓力控制為0.50～0.60 MPa，壓力穩定后，出汽包蒸汽調節閥投入自動。

（9）調節循環水流量，使氯化氫出口溫度≤65℃。設定鍋爐段底部溫度為170℃，預熱器加熱蒸汽調節閥投入自動。

（10）對系統進行一次全面的檢查，正常后，按氯、氫配比，慢慢提量至所需范圍，按下蒸汽爐運行指示按鈕，通知相關工序。

5 副產蒸汽氯化氫石墨合成爐運行小結

在副產蒸汽氯化氫石墨合成爐在試運行的基礎上，將運行過程中存在的問題進行了相應的整改，增設了蒸汽混合器。經試壓、試漏、吹掃合格后，于7月20日15：45點爐投用產氯化氫，17：00，關閉汽包放空閥蒸汽并網，至8月19日14：00共產蒸汽929 t。

5.1 合成爐正常生產狀況

在運行期間，蒸汽爐產生的氯化氫氣體送PVC裝置生產，最大氯化氫量達到 2 000 Nm3/h，石墨爐氯氣流量為503～1 000 Nm3/h，氫氣流量為651～1 300 Nm3/h。

7月25日大夜班巡檢發現用于電視監測的1只玻璃視鏡裂，于 2：00，停下處理，更換后，于10：45重新點爐投運。

8月8日9：45，因點火裝置滲漏停爐檢修，檢修后，于當天17：45重新點爐投用。

8月12日9：09，發現蒸汽爐鍋爐段與石磨段連接處有三氯化鐵結晶物，停爐檢修，更換墊片后，于8月17日10：50點爐投用；11：50，蒸汽并網。

8月18日10：45左右，DCS操作室出現火焰熄滅誤報警；11：22，蒸汽爐因火焰熄滅連鎖；17：45，點爐投用；至19日14：00時，火焰熄滅誤連鎖，原因待查，蒸汽爐火焰連鎖未投用。

5.2 原料氣供應情況

運行期間，蒸汽爐使用的原料氣由離子膜車間供應。氯氣因有其他系統廢氣并入偶有波動，氫氣壓力比較穩定，未出現異常波動情況，氯氣壓力為0.207～0.280 MPa，氫氣壓力為0.086～0.090 MPa。

5.3 石墨冷卻器鹽水供應和冷卻效果

運行期間使用2臺石墨冷卻器，出石墨冷卻器溫度初期－8～3℃，出現溫度偏高，系因2臺石墨冷卻器氯化氫分配不均，總的出口溫度達到指標要求。由于產能為滿負荷的60%，還需要在滿負荷測試時進一步了解現有石墨冷卻器降溫效果。

5.4 循環水供應情況

運行期間蒸汽爐的冷卻水用直通水，流量為100～170 m3/h，出一冷氯化氫溫度為24.5～27.9℃，符合工藝控制指標要求≤65℃，因負荷不高，估計直通冷卻水量為50 m3/h即可滿足需要。

5.5 蒸汽產生情況

產出蒸汽并入低壓蒸汽網，管網壓力為0.49MPa左右，運行期間，汽包壓力按0.64 MPa控制，實際壓力為0.608～0.709 MPa，蒸汽溫度為163～169℃，蒸汽流量為0.8～1.9 t/h。平均生產1 t氯化氫產出0.65 t左右蒸汽。

5.6 軟水補充情況

軟水槽液位需要定期補充，初期負荷低，軟水間斷補充，生產負荷提升后，至50%負荷，計控中心調整相關氣動閥PID參數后，汽包軟水連續穩定補充，汽包水位、壓力較穩定。

5.7 鍋爐水情況

原料水為PVC車間提供的軟水，符合指標要求。

爐水總堿度為0.54～1.87 mmol/L，低于指標值，估計是煮爐時加的藥水在第二次運行時有流失。爐水pH值為8.6～10.5，略偏低，原因與總堿度低的原因一樣。2個指標的需跟蹤觀察。

5.8 自動點火情況

從7月20日第一次化工投料到8月19日正式點火5次，均一次成功。

5.9 合成爐滿負荷測試

由于6＃蒸汽爐的氣動閥及孔板流量計都從10＃石墨爐移位過來使用，在運行期間，氯氣流量提至1 200 Nm3/h時就很難操作，流量波動很大。8月15日，將氯氣管道從DN80改為DN125，換及孔板流量計更氯氣調節閥。

8月18日，對蒸汽爐進行提量測試，氯氣流量、氫氣流量分別提至1 500 Nm3/h、1 900 Nm3/h；氯氣壓力、氫氣壓力分別提至0.215 MPa、0.087 MPa。

5.10 蒸汽爐提壓測試

在運行期間二次對蒸汽爐汽包進行提壓測試，汽包壓力從0.633 MPa提至1.35 MPa左右；蒸汽溫度從165℃升至198℃。

6 結論

通過合成氯化氫余熱副產中壓蒸汽項目的實施，在6#氯化氫合成爐位置上布置副產蒸汽氯化氫合成爐，運行結果表明，既可提高氯化氫合成老裝置產能，又可副產蒸汽用于其他車間的生產，還降低了氯化氫合成循環水用量及電耗等生產成本。