蒸汽合成爐關聯技術改造及事故防控

梁愛華，楊 威

（唐山三友氯堿有限責任公司，河北 唐山 063305）

唐山三友氯堿有限責任公司目前擁有4套離子膜燒堿生產線：一線10萬t/a產能，二線20萬t/a產能，三線20萬t/a產能，四線24萬t/a產能。其中四線配套有6臺SL-1600型副產0.4 MPa蒸汽合成爐，1臺升級版新型0.6 MPa蒸汽合成爐。0.4 MPa蒸汽合成爐已投入使用近5年，新型蒸汽合成爐于2016年作為3萬t/a燒堿產能擴建技改項目投入生產使用。新型蒸汽合成爐負荷承載能力高，其經濟效益明顯，如何長周期穩定運行成為企業創造持續贏利的關鍵[1]。

該公司的技術改造設計主要基于工藝、操作、設備、儀表及自動化等方面，而儀表及自動化程序的先進程度直接關乎職工的切身利益，也是避免諸多生產安全事故的直接途徑之一[2]。本文涉及的相關技術改造及案例是基于公司四線蒸汽合成爐系統。下面將從儀表、自動化控制、工藝流程設計及部分典型案例予以說明。

1 工藝流程

外網純水及蒸汽冷凝液補入純水罐，經純水泵加壓后進入各蒸汽合成爐夾套，受熱后入閃發罐進行蒸汽釋放，循環鍋爐熱水經螺旋板換熱器降溫后回至純水罐再次副產蒸汽使用，副產蒸汽則進入蒸汽分配臺并入蒸汽管網，或部分直接輸送至一次鹽水化鹽及鹽泥壓濾系統。

2 儀表相關設計

2.1 蒸汽閃發罐設置雙遠傳液位計

設計背景：蒸汽閃發罐是合成爐副產蒸汽的關鍵設備，閃發罐的液位高低直接影響單臺爐的運行工況；液位控制過高或過低，都會影響生產的安全、持續和穩定。補水自動閥與閃發罐的遠傳液位形成自動控制回路，為了安全生產，閃發罐液位計的液位控制已加入聯鎖設計，其中液位≥95%（90 s）或液位≤10%（60 s）將會導致單臺爐聯鎖滅爐。

蒸汽閃發罐增加雙液位計對比設計見圖1。儀表程序設置：當兩個遠傳液位計出現5%偏差時，遠傳報警提示操作人員注意檢查液位計的使用狀況，DCS可通過內部程序選擇另外一個遠傳液位計與補水自動閥構成自動控制回路，避免某單液位計因故障維修期間補水自動閥高頻次手動調控，降低勞動強度和事故風險。

圖1 蒸汽閃發罐設置雙遠傳液位計

2.2 閃發罐遠傳壓力的智能化識別

（1）設計背景。正常生產運行中，閃發罐放空調節閥與罐體遠傳壓力形成自動控制回路，遠傳壓力低于設定值，放空關；高于設定值，逐漸開。四線氯化氫合成工序常用的壓力變送器采用螺紋連接口形式，儀表元件受溫度的影響，故導壓管很長。冬季唐山本地氣溫達-20℃，導壓管極易上凍導致壓力數據失真，對安全生產造成威脅，如果加常規的蒸汽伴熱進行防凍，導壓管無法承受局部蒸汽154℃的高溫。

（2）設計方法。通過統計蒸汽合成爐的蒸汽壓力與溫度運行數據，設置符合蒸汽合成爐運行的溫度（℃）-壓力（MPa）標準變化曲線，見圖2。根據特定狀況下的蒸汽溫度判斷蒸汽壓力的線性符合程度，從而判斷遠傳壓力表的運行狀況。

（3）案例。2017年1月19日，合成對4#蒸汽爐提壓過程中，發現該爐純水壓力和蒸汽溫度上漲，蒸汽放空閥門開度下降直至異常全關。由于純水壓力一直上漲，為了防止爐體蒸汽壓力過高，DCS手動開啟四號爐放空，DCS參照蒸汽壓力與溫度的線性關系，初步判斷閃發罐遠傳壓力上漲偏高，表出現異常，立即通知現場操作工查看。隨后現場操作工發現4#爐閃發罐遠傳壓力表凍，并作消凍處理。期間閃發罐液位最高波動至85.98%、最低波動至20.26%，此液位高于95%延時90 s和低于10%延時60 s會聯鎖滅爐，手動放空全開，所有壓力恢復正常。

圖2 副產蒸汽溫度與壓力對照曲線

DCS根據蒸汽壓力與溫度的線性關系曲線及時判斷閃發罐遠傳壓力表的異常狀況，能夠及時處理保證生產穩定運行，杜絕滅爐造成的生產波動及安全事故風險。

2.3 發揮監控數據的參照對比功能

（1）設計背景。合成爐運行初期夾套內水分不斷沸騰使得夾套內實際的液相比例下降，受儀表安裝的高度影響，原始開車時規定液位靜壓水表PT-01為0.11 MPa，即壓差為0.11 MPa；隨著夾套內溫度的升高壓差逐步下降，最終穩定在0.07MPa（對應0.4MPa副產蒸汽），期間發生的壓力及壓差異常等情況不能及時被操作工關注和發現，無法及時處理系統異常狀況。

（2）設計方法。針對上述特征設置內部儀表間壓差報警程序，即純水壓力PT01-蒸汽壓力PT02（HH0.12、H0.1 L0.5 LL0.3）壓差報警，利用兩塊獨立的表進行相互佐證。當操作畫面出現HH報警，操作工及時排查是否出現閃蒸罐液位過低、蒸汽壓力偏低、純水壓力偏高、合成爐內沸騰異常水相增多等現象，及時避免副產蒸汽系統的生產波動。

3 自動化控制升級

四線氯化氫合成工序現有合成爐補水離心泵2臺（0.4 MPa）（見圖 3 中所示 P01/P02），流量為 35 m3、揚程85 m，日常運行開一備一。為防范純水泵跳停，影響爐體水系統供應，設計運行純水泵跳停、備用泵自啟的聯鎖控制程序。此程序DCS開車畫面設定聯鎖開關按鈕，可由技術人員進行評估選擇性投入。聯鎖程序設置見表1。

案例：2016年12月25日，因外電網晃電，涉及的純水運行泵P02泵跳停，P01處于熱備，旁路聯鎖開關處于投入狀態，各爐進爐純水流量低報警；熱備泵自啟3 s后，K01切斷閥自動全開，進爐純水8 s左右恢復流量。未造成大幅度降量及系統停車事故。

圖3 離心水泵聯鎖改造簡圖

表1 備用泵自啟聯鎖程序

4 工藝流程優化

4.1 蒸汽合成爐安全補水流程設計

（1）設計背景。四線純水供應來自集團子公司，即三友熱電公司。純水主管網壓力為0.45~0.70 MPa。各工段裝置主要消耗純水用戶為電解精鹽水泵機封、成品燒堿泵機封、電解槽補水、中壓蒸汽合成爐補水等。圖3中的P01/P02泵將純水供至蒸汽爐進行副產蒸汽，若出現純水斷供將會使整個燒堿生產系統大幅度降量甚至停車。

（2）改造設計。設計時將進界區外網純水主管與各純水泵出口管線聯通，增加高密封球閥以及止回閥設計。一旦出現動力系統出現短時波動，可緊急切換主管聯通線，避免因純水供應短缺造成系統停車事故。

（3）應用案例。2017年4月開車初期因純水泵P01、02的軸承出現不同程度缺陷，導致蒸汽合成爐斷水。正常情況下該泵出口壓力控制為0.7 MPa；緊急聯系生產調度適度縮減其他工序純水用量，啟動純水管網直接供應蒸汽合成爐管線，將合成爐降低運行壓力至0.3 MPa，足以保證生產系統持續運行，從而避免合成爐緊急滅爐造成燒堿生產系統停車，降低經濟及安全風險。

4.2 蒸汽閃發罐設備排污流程設計

（1）設計背景。合成爐副產蒸汽是由外網純水或蒸發工序的蒸汽冷凝液進入純水罐，經純水加壓泵送至合成爐二段夾套加熱后，傳至閃發罐，閃發罐內熱水回流經螺旋板換熱器降溫返至純水罐二次利用。因純水系統持久循環，閃發罐系統水質氯根逐漸富集，破壞設備本體，閃發罐逐漸出現罐體腐蝕泄漏現象。

（2）改造設計。從閃發罐罐底放凈管線及閃發罐回水管增加排污管線，根據水質分析變化結果，選擇定期或長期排放氯根濃縮水，氯根濃縮水將被回收至一次鹽水化鹽再利用。該設計及時有效地降低鍋爐閃發水系統的氯根濃度，減少設備腐蝕，保證鍋爐體系設備運行狀況。此外，設備材質升級的雙重措施是避免閃發罐罐體腐蝕泄漏的重要保障，對此，將四線閃發罐罐體的304材質升級更換為Q345R碳鋼材質，以增強設備防腐蝕能力。

（3）應用案例。2017年3月下旬，四線合成閃發罐1#、2#、3#出現罐體泄漏現象，經檢測，事故閃發罐均為304材質，檢測閃發水質氯根高達177 mg/L，罐體沙眼處泄漏熱水及蒸汽，對現場環境及安全生產非常不利。歷經五六月合成爐單體改造增加閃蒸罐排污管線后，定時排放氯根濃縮液，并將新購置的閃蒸罐設備材質升級為Q345R。目前，結合質監部門檢測，鍋爐水質氯根已經降至20 mg/L以下，閃蒸罐體設備運行狀況良好。

5 結語

通過從儀表、自動化控制、工藝流程設計方面解決了目前蒸汽合成爐運行出現的實際問題，運行工況得到較大改善，同時有效規避了部分生產安全事故。蒸汽合成爐是燒堿行業的重大風險防控點之一，也是生產安全事故的頻發區，如何更好地管控和經營，直接影響氯堿行業的持續發展。隨著氯化氫合成自動化程度的不斷提升，在現有自動化儀表及流程上的優化更待深入挖掘。

［1］李占福．氯化氫石墨副產蒸汽合成爐的應用與出現的問題．科技創新與應用，2013（29）：86－86．

［2］楊 威．氯化氫生產系統自動控制的優化．氯堿工業，2016，52（2）：44－45．