淡鹽水脫氯系統改造經驗及節能效果

顏鵬,任科恩,水賢軍,葉益軍

(浙江鎮洋發展股份有限公司，浙江 寧波 315204)

電解食鹽水制堿裝置中，電解后的淡鹽水中溶有飽和的氯氣，在回一次鹽水使用前，須盡可能地脫除這部分氯氣，以保證鹽水裝置的正常運行。目前，國內氯堿企業的淡鹽水脫氯系統大多采用真空脫氯法，而形成真空的方法則采用液環泵或蒸汽噴射泵。這兩種方法中，前者以消耗電能為主，后者則以消耗蒸汽為主。就目前國內市場價格及技術水平，蒸汽噴射泵的缺點明顯，其運行成本高、能源消耗大[1]。

國內某氯堿企業現有燒堿產能28萬t/a，其中淡鹽水脫氯崗位分一、二期，配套的淡鹽水真空脫氯系統的真空是由蒸汽噴射泵形成的，不僅存在運行成本高、能源消耗大的缺點，而且，形成的真空度會隨著蒸汽壓力及循環水溫度的波動而波動。在夏季超高溫天氣條件下，循環水系統的溫度往往處于超極限狀態，對脫氯真空度影響很大。因此，經技術、經濟對比分析后，該氯堿企業決定實施淡鹽水系統真空脫氯技術改造。

1 技改分析、方案確定及設備選型

經考察周邊氯堿企業了解到，液環泵代替蒸汽噴射泵應用于淡鹽水脫氯系統時間久遠，早期主要采用進口液環泵，其運行穩定，正常無故障運行周期可達1萬h以上，但是設備、備件采購周期長，價格昂貴，檢修精度高等，因此不能得到廣泛應用。鑒于國產液環泵技術進步很快，使用性能不輸進口泵，尤其是采購周期及價格遠低于進口設備，近年來已被越來越多的氯堿企業所使用。據此，本文中所述氯堿企業擬定用國產鈦材液環泵代替現行蒸汽噴射泵用于真空脫氯系統，雙泵1開1備，并通過與國內多家液環泵制備企業進行技術交流和對比，最終選擇了SKW型鈦材液環泵。該泵采用集成式整體設計，將電動機、泵體、氣液分離器、板式換熱器、冷卻系統等集成在同一個公用底座上。本文中所述氯堿企業的燒堿產能最大可提升至35萬t/a，因此，按一期15萬t/a產能配置型號為SKW-12M.02的液環泵，最大氣量為580 m3/h，額定真空度為81.1 kPa，極限真空度為93.1 kPa，出口壓力為0.02 MPa；二期按20萬t/a產能配置型號為SKW-20M.01的液環泵，最大氣量為940 m3/h，額定真空度為81.1 kPa，極限真空度為91.8 kPa，出口壓力為0.02 MPa。其中一期液環泵為2配1形式，一個集成塊上配2個泵頭，其余設備共用，補液管線、進氣管線連通，采用閥門阻斷切換使用；二期為常規1配1集成形式。

2 改造后工藝流程[2]

改造后，一期淡鹽水脫氯工藝流程如圖1所示。

D1280—陽極液排凈槽；WM1—純水；CWS—冷卻上水；CWR—冷卻回水；SP1318—氣水分離器； P1264A、B—淡鹽水泵；PVC1310—脫氯塔壓力調節閥；C1319A、B—脫氯真空泵機組；PHCV1312—加酸pH值調節閥； E1310—脫氯塔冷卻器；T1310—脫氯塔；PHCV1314—加堿pH值調節閥；LICZA1310—脫氯塔液位自動調節閥；P1314A、B—脫氯淡鹽水泵。圖1 液環泵用于一期淡鹽水脫氯工藝流程簡圖Fig.1 Process flow diagram of the first-phase depleted brine dechlorination with liquid ring pumps

由淡鹽水泵P1264A、B送來的淡鹽水被送入T1310脫氯塔的頂部，入塔前加入鹽酸，由加酸pH值調節閥PHCV1312控制pH值在1.0～1.5，以減小氯氣在淡鹽水中的溶解度，調節脫氯塔壓力調節閥PCV1310的開度，使T1310內真空度達到48～58 kPa。

淡鹽水進入脫氯真空系統后液相表面壓力被降低，氯氣從液相中逸出轉真空系統后回收送入氯總管。

T1310真空系統由頂部脫氯塔冷卻器E1310通過脫氯真空泵機組C1319A、B產生真空，再經過氣水分離器SP1318，液相氯水流往陽極液排凈槽D1280，氣相部分匯入氯氣總管。

淡鹽水出塔后加堿，由加堿pH值調節閥PHCV1314控制pH值在10～11，出塔淡鹽水由脫氯鹽水泵P1314A、B送出，經脫氯塔液位自動調節閥LICZA1310調節T1310的液位后，加入亞硫酸鈉溶液，除去淡鹽水中的游離氯，合格的淡鹽水送往一次鹽水化鹽崗位。

二期淡鹽水脫氯工藝流程如圖2所示。

LCV2310A、B—脫氯塔液位調節閥；LICZA2310A、B—脫氯塔液位自動調節閥；2E310A、B—脫氯塔冷卻器；2T310A、B—脫氯塔；WM1—純水； CWS—冷卻上水；CWR—冷卻回水；2P314A、B、C、D—脫氯鹽水泵；PHCV2312A、B—加酸pH值調節閥；PHCV2314A、B—加堿pH值調節閥； 2SP318A、B—氣水分離器；2C319A、B—脫氯真空泵機組；2D280—陽極液排凈槽；2P264A、B、C—淡鹽水泵；PCV2310A、B—脫氯塔壓力調節閥。圖2 液環泵用于二期淡鹽水脫氯工藝流程簡圖Fig.2 Process flow diagram of the second-phase depleted brine dechlorination with liquid ring pumps

由淡鹽水泵2P264A、B、C送來的淡鹽水被送入脫氯塔2T310A、B的頂部，入塔前加入鹽酸，由加酸pH值調節閥PHCV2312A、B控制pH值在1.0～1.5，以減小氯氣在淡鹽水中的溶解度，調節脫氯塔壓力調節閥PCV2310A、B的開度，使2T310A、B內真空度達到75～80 kPa。

淡鹽水進入脫氯真空系統后液相表面壓力被降低，氯氣從液相中逸出轉真空系統后回收送入氯氣總管。2T310A、B真空系統由頂部脫氯塔冷卻器2E310A、B通過脫氯真空泵機組2C319A、B產生真空，再經過氣水分離器2SP1318A、B，液相氯水流往陽極液排凈槽2D280，氣相部分匯入氯氣總管。

淡鹽水出塔后加堿，由加堿pH值調節閥PHCV2314A、B控制pH值在10～11，出塔淡鹽水由脫氯鹽水泵2P314A～D送出，經脫氯塔液位自動調節閥LICZA2310A、B調節2T310A、B液位后，加入亞硫酸鈉溶液，除去淡鹽水中的游離氯，合格的淡鹽水送往一次鹽水化鹽崗位。

3 投資與運行成本分析對比

3.1 投資

該項技術改造主要費用如下。

(1)3臺液環泵，包括泵頭、電動機、氣液分離器、板式換熱器、配套管道(氣、水)、配套儀表元器件、電控柜和隨機備件約為273.60萬元。

(2)管道、閥門、法蘭、緊固件、墊片、電纜架等安裝材料采購費和機電儀管道安裝費共計約34.33萬元。

(3)其他費用，如設備基礎制作費、動力電纜采購費等約18.06萬元。

綜合以上各項費用，液環泵技改總費用約為：

273.60+34.33+18.06=325.99(萬元)。

3.2 檢維修費用分析

蒸汽噴射泵基本無須檢維修；而液環泵在前期運行時也基本不檢維修，但后期會有相當的檢維修成本。

根據周邊氯堿企業考察了解以及廠家提供的易損耗件進行綜合估算，每年20萬～50萬元/臺，按10年折舊(固定資產最低年限)，前2年無檢維修計，平均每臺檢維修費用平均為：

(20+50)÷2×(10-2)÷10=28(萬元/a)。

C1319A、B和2C319A、B按每年各檢修1臺計，液環泵檢維修費用為：

28×2=56(萬元/a)。

3.3 運行費用分析

一、二期燒堿裝置產能為28萬t/a，技改前一年實際產能為24萬t/a，因此以下數據均按24萬t/a燒堿能力取值進行計算對比。其中蒸汽噴射泵的噸堿單耗數據、物料單價來自本文中所述氯堿企業的財務部門，液環泵的噸堿單耗數據來自同一地區的另一氯堿企業。

3.3.1 蒸汽噴射泵運行成本分析

3.3.1.1 蒸汽成本

計算取值按燒堿產量24萬t/a(下同)、噸堿蒸汽單耗為0.1 t/t、蒸汽價格為203.08元/t計，則蒸汽用量為：

0.1×24萬=2.4萬(t/a)。

蒸汽成本為：

203.08×2.4=487.39(萬元/a)。

3.3.1.2 循環水運行成本

按使用0.8 MPa的飽和蒸汽完全冷凝成水且降溫到50 ℃，進出蒸汽冷凝器循環水溫差為8 ℃，熱效率為90%，循環水運行費用0.22元/t(下同)計，并查詢飽和蒸氣數據表可得0.8 MPa的飽和蒸汽溫度約為170 ℃，汽化熱為2 054 kJ/kg。不同溫度下液態水的比熱容為(4.2±0.1)kJ/(kg·K)，因為循環水溫度一般在25 ℃，故取其比熱容為4.18 kJ/(kg·K)；而蒸汽冷凝水溫差較大，故取4.2 kJ/(kg·K)。

則循環水用量計算如下。

(1)170 ℃的水蒸氣從氣態轉化為液體，放出熱量為：

Q1=m1·λ。

式中：λ為汽化熱，2 054 kJ/kg；m1為飽和蒸汽的流量，2.4萬t/a=2.4×107kg/a。

Q1=2 054×2.4×107≈4.93×1010(kJ/a)。

(2)由液態水從170 ℃降溫為50 ℃，放出熱量為：

Q2=m1·Δt1·C。

其中：Δt1為液態水從170 ℃降溫為50 ℃時的溫差，K；C為水的比熱容，kJ/(kg·K)。

Q2=2.4×107×120×4.2≈1.21×1010(kJ/a)。

(3)循環水換熱的熱量為：

Q3=Q1+Q2=4.93×1010+1.21×1010=

6.14×1010(kJ/a)。

且：

Q3=m1·Δt2·η·C=m2×8×0.9×4.18。

其中：Δt2為循環水的溫差，K；η為換熱效率,%；m2為循環水量。

則：

6.14×1010=m2×8×0.9×4.18

計算得：m2≈2.04×109(t/a)。

循環水運行費用：

0.22元/t=2.2×10-4元/kg。

則循環水的成本為：

2.2×10-4×2.04×109=44.88萬(元/a)。

(3)蒸汽噴射泵運行總成本為：

487.39+44.88=532.27(萬元/a)。

3.3.2 液環泵運行成本分析[3]

3.3.2.1 用電成本

計算取值按液環泵用電單耗2 kW·h/(t·NaOH)、電價0.62元/(kW·h)計，則用電量為48萬(kW·h/a)時，用電成本為：

48×0.62=29.76(萬元/a)。

3.3.2.2 循環水運行成本

循環水用量按1.25 t/(t·NaOH)計，則：

1.25×24=30萬(t/a)；

循環水成本為：

30×0.22=6.6萬(元/a)。

3.3.2.3 純水成本

計算取值按0.062 5 t/(t·NaOH)、純水制造成本10.7元/t計，則純水用量為：

0.062 5×24=1.50萬(t/a)。

純水費用為：

10.7×1.50=16.05萬(元/a)。

3.3.3.4 液環泵運行總成本

6.60+29.76+16.05+56=108.41(萬元/a)。

3.4 成本匯總比較

成本匯總如表1所示。

由表1數據可計算出該項改造所獲得的總經濟效益為：

532.27-108.41=423.86(萬元/a)。

投資回收期為：

325.99÷423.86≈0.77(年)。

表1 成本匯總比較表Table 1 Cost summary and comparison 萬元/a

4 能耗比較

根據能源、能耗折算系數計算，采用等價值法進行能耗比較如表2所示。

表2 能耗比較表Table 2 Energy consumption comparison

由表2可見：使用液環泵比使用蒸汽噴射泵更節能，節約用煤量為：

2 898.1-1 569.47=1 328.63(t/a)。

5 結語

淡鹽水系統真空脫氯改造項目自建成投運兩年以來，除前期因機械密封品質問題檢修更換過外，至今運行平穩，滿足工藝要求。就目前燒堿裝置產能，以及現階段電、汽價格核算對比，該技改項目既具有經濟效益，又具有節能效益。隨著燒堿產能的不斷擴展，本文中所述氯堿企業后期產能將擴增至35萬t/a，其投資必隨之增大，節能效益必隨之提高。而根據目前電、汽價格趨勢來看，該項技術改造在今后很長一段時期內都是氯堿企業的優良經濟節能項目。