除硝冷凍系統(tǒng)技術(shù)改造及運(yùn)行總結(jié)

朱江軍，高志平，宋奎洋

（新疆天業(yè)化工有限責(zé)任公司，新疆 石河子 832012）

新疆天業(yè)化工有限責(zé)任公司膜法-冷凍除硝系統(tǒng)于2009年建成運(yùn)行，該系統(tǒng)主要包括預(yù)處理單元，膜過(guò)濾單元，冷凍脫硝單元，經(jīng)過(guò)3年的平穩(wěn)運(yùn)行，膜等關(guān)鍵設(shè)備開(kāi)始老化，冷凍系統(tǒng)換熱效率逐漸降低，除硝能力逐漸下降，能耗增加。為了提高系統(tǒng)脫硝能力，降低能耗，計(jì)劃對(duì)冷凍系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，該項(xiàng)目于2012年12月立項(xiàng)，于2013年5月冷凍系統(tǒng)開(kāi)車(chē)。

1 膜法除硝冷凍系統(tǒng)的主要特征

（1）在膜法-冷凍系統(tǒng)除硝過(guò)程中，冷凍系統(tǒng)是關(guān)鍵控制過(guò)程之一，冷凍的效果直接影響芒硝的脫出效果。淡鹽水中主要成分為氯化鈉和硫酸鈉，在長(zhǎng)期低溫運(yùn)行過(guò)程中，氯化鈉會(huì)逐漸析出結(jié)晶，造成設(shè)備管線堵塞，影響處理能力和換熱效率，因此，控制鹽水溫度在合適的區(qū)間對(duì)冷凍系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行至關(guān)重要，沉降器溫度一般控制在-7 ℃左右。

（2）冷凍過(guò)程消耗大量冷量，合理利用冷量可以降低能耗、節(jié)約成本。在低硝液送往化鹽崗位前與淡鹽水換熱，離心母液水直接回沉降器，減少冷量損失。該過(guò)程能量消耗大，冷量損失嚴(yán)重，降低能耗，實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)是項(xiàng)目的重點(diǎn)方向。

2 項(xiàng)目的主要內(nèi)容

（1）沉降器內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化改造。改造原有沉降器簡(jiǎn)單的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，安裝斜板，在斜板的作用下，沉降器內(nèi)部被隔成更多單元，縮短芒硝的沉淀時(shí)間，增大沉淀面積，提高芒硝的沉降效果。

（2）更換換熱器。原有列管式換熱器占地面積大、滲漏嚴(yán)重、沖洗不便、難以維修，現(xiàn)更換為山東布萊恩公司的寬流道板式換熱器，該換熱器具有流通量大、不易結(jié)晶、清洗時(shí)間短的特點(diǎn)。

（3）新增6臺(tái)切斷閥及變頻設(shè)備。在換熱器冷凍鹽水、低硝鹽水、清洗水管線的進(jìn)出口等處分別增加1臺(tái)切斷閥，在DCS 控制下，切斷閥自動(dòng)轉(zhuǎn)換閥門(mén)狀態(tài)，沖洗水泵、冷凍循環(huán)泵自動(dòng)啟停，實(shí)現(xiàn)鹽水循環(huán)板換的自動(dòng)下線清洗，自動(dòng)上線運(yùn)行的功能。

（4）更換管線材質(zhì)。原有管線為鋼襯塑管線，因在列管式換熱器至沉降器管線沖洗過(guò)程中，需用蒸汽或者蒸發(fā)冷凝水，在高溫作用下，管壁襯塑易脫落，管線腐蝕，出現(xiàn)滲漏。現(xiàn)管線全部更換為鋼骨架管線，鋼骨架管線具有很好的耐腐蝕性。

（5）新增離心母液罐和離心母液泵，離心母液被重新送回沉降器內(nèi)，母液中的芒硝顆粒被進(jìn)一步冷卻沉降，避免帶入低硝鹽水罐而在罐內(nèi)沉積堵塞低硝泵。低硝罐無(wú)需頻繁清洗，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。

3 項(xiàng)目實(shí)施前后工藝對(duì)比

項(xiàng)目在工藝上的改造主要體現(xiàn)在優(yōu)化管線材質(zhì)和縮短冷凍循環(huán)系統(tǒng)中管線長(zhǎng)度，減少冷量損失，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。沉降器冷凍循環(huán)管線由經(jīng)低硝鹽水罐再回沉降器的55 m 減少到沉降器自循環(huán)的20 m。換熱鹽水量也減少了約四十立方米，進(jìn)入低硝鹽水罐的鹽水不再進(jìn)行冷凍降溫，也減少了鹽水化鹽時(shí)再升溫的熱量消耗，能量利用更合理，原流程示意圖見(jiàn)圖1，項(xiàng)目實(shí)施流程示意圖見(jiàn)圖2。

圖2 項(xiàng)目實(shí)施流程簡(jiǎn)圖

經(jīng)兌鹵槽冷凍后的濃硝鹽水pH 值為9～11，溫度約為十五攝氏度，進(jìn)入沉降器，在沉降器內(nèi)部進(jìn)行斜板沉降，上層低硝鹽水進(jìn)入低硝鹽水罐，送至化鹽崗位循環(huán)使用。沉降器上部部分低硝鹽水經(jīng)循環(huán)泵送至寬流道板式換熱器與冷凍鹽水進(jìn)行換熱，之后，回到沉降器，構(gòu)成冷凍循環(huán)回路。在沉降器錐形部位，芒硝晶體顆粒逐漸長(zhǎng)大，濃縮液中芒硝顆粒沿桶內(nèi)擋板下降到錐形桶底部出口，而分離出芒硝的低硝液上升到沉降器上部，進(jìn)行循環(huán)冷凍。沉降器錐形底部的固含量較高的硝泥由錐底排出后自流到離心機(jī)中進(jìn)行脫硝包裝，得到硫酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于60%的芒硝。離心母液水收集到母液水罐，經(jīng)母液水泵送回沉降器，這樣，大大縮短了工藝管線長(zhǎng)度，減少了冷量的損失，有利于提高沉降效率。換熱器的清洗采用DCS 自動(dòng)控制，與壓力和時(shí)間連鎖，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)下線清洗，自動(dòng)上線運(yùn)行的功能。

4 項(xiàng)目實(shí)施效果及效益分析

4.1 實(shí)施效果

實(shí)施前，由于冷凍效果不佳，過(guò)濾鹽水硫酸根含量基本保持在3.0 g/L 以上，最低值僅為2.4 g/L，在原鹽質(zhì)量情況不是很好的情況下，系統(tǒng)內(nèi)硫酸根富集到一定濃度時(shí)會(huì)對(duì)離子膜造成嚴(yán)重影響。項(xiàng)目實(shí)施后，2013年5月12日開(kāi)車(chē)運(yùn)行以來(lái)過(guò)濾鹽水硫酸根最低值為1.75 g/L，且至今穩(wěn)定在1.8～2.0 g/L，系統(tǒng)內(nèi)硫酸根含量下降約1.0 g/L。除硝效果有了明顯提高，有效地保證了鹽水質(zhì)量和離子膜使用壽命，過(guò)濾鹽水硫酸根含量情況見(jiàn)圖3。

4.2 經(jīng)濟(jì)效益

（1）除硝冷凍系統(tǒng)冷量由氟利昂制冷工藝提供，通過(guò)-17 ℃鹽水給冷凍系統(tǒng)供冷，項(xiàng)目實(shí)施前螺桿機(jī)2大1小3臺(tái)全部運(yùn)行（大螺桿機(jī)功率為220 kW，小螺桿機(jī)125 kW），總耗能為565 kW。通過(guò)技術(shù)優(yōu)化改造，有效降低了冷量損失，換熱器效率大幅提高，小螺桿機(jī)不再運(yùn)行就能滿足冷量供應(yīng)。按每年運(yùn)行355天計(jì)算，可節(jié)約電耗：125×24×355×0.41=43.66（萬(wàn)元/a）。

（2）改造后的沉降器沉降效果好，硫酸鈉結(jié)晶速度快，沉降效率高，離心機(jī)實(shí)現(xiàn)了間歇式運(yùn)行，平均每天運(yùn)行12 h，比改造前減少12 h，節(jié)約電耗：

11×12×355×0.41=1.92（萬(wàn)元/a）。

（3）實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，崗位人員減少1人，低硝鹽水罐清理工作由原來(lái)的1周1次降到1季度1次，勞務(wù)工減少1人共減少2人，工資按每月3 500元計(jì)算，1年可節(jié)約：3 500×2×12=8.4（萬(wàn)元）。

1 204×1 800×6.12/4/10 000=331.58（萬(wàn)元）。

4.3 其他效益

日常工作中，倒換清洗列管是一項(xiàng)頻繁又繁瑣的工作。改為板式換熱器后，且由DCS 自動(dòng)控制，操作簡(jiǎn)單、清洗時(shí)間短，只需現(xiàn)場(chǎng)員工進(jìn)行復(fù)核，無(wú)需進(jìn)行操作。離心母液水不再去低硝鹽水罐，直接送往沉降器，杜絕了芒硝在低硝鹽水罐沉積造成堵塞低硝鹽水泵的現(xiàn)象，低硝罐無(wú)需頻繁清洗，大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。

原有列管式換熱器占地面積大，頻繁手動(dòng)切換、排放低硝鹽水、冷凍鹽水及使用蒸汽，現(xiàn)場(chǎng)跑冒滴漏現(xiàn)象較多，造成生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境衛(wèi)生較差，不利于現(xiàn)場(chǎng)管理和清潔生產(chǎn)。在項(xiàng)目實(shí)施之后，沖洗實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，且不存在鹽水外排現(xiàn)象，杜絕現(xiàn)場(chǎng)的跑、冒、滴、漏現(xiàn)象。

5 結(jié)論

新系統(tǒng)開(kāi)車(chē)運(yùn)行以來(lái)，系統(tǒng)硫酸根含量下降明顯，且穩(wěn)定，節(jié)能效果顯著。該技術(shù)可幅度降低膜法除硝冷凍系統(tǒng)的能耗，對(duì)實(shí)現(xiàn)企業(yè)節(jié)能減耗，清潔生產(chǎn)有積極的意義，可在氯堿行業(yè)內(nèi)推廣應(yīng)用。另外，本技術(shù)的成果，是節(jié)能降耗新思路的體現(xiàn)，對(duì)其他化工領(lǐng)域節(jié)能降耗提供了很好的參考作用，具有積極的借鑒意義與很大的推廣價(jià)值，社會(huì)和環(huán)境效益顯著。