兩種型號氯化氫合成爐對比

孫龍彬

(陜西北元化工集團有限公司，陜西 榆林 719319)

【材料與設備】

兩種型號氯化氫合成爐對比

孫龍彬

(陜西北元化工集團有限公司，陜西 榆林 719319)

氯化氫合成爐；結構；參數；對比

介紹了氯化氫合成工藝流程，從防爆膜固定方式、燈頭結構、爐體結構、閃蒸罐連接方式、冷凝酸排放位置、純水進入位置等方面對兩種型號TQZ-140和SZL-1600的副產蒸汽氯化氫合成爐進行了對比，認為SZL-1600合成爐在實際生產中更具優勢。

陜西北元化工集團有限公司(以下簡稱“陜西北元”)一期50萬t/a聚氯乙烯、40萬t/a燒堿裝置于2010年7月開車投運，其中一期氯氫處理工段氯化氫合成裝置采用江蘇南通某公司生產的副產蒸汽二合一氯化氫石墨合成爐，其中一體式(型號TQZ-140)10臺，處理能力均為120 t/d，副產水蒸氣2 t/h(0.25 MPa)。后增加獨立閃蒸罐式(型號SZL-1600)2臺，處理能力均為140 t/d，副產水蒸氣4.1 t /h(0.6 MPa)。下面主要對這兩種合成爐進行對比分析，一體式對比對象為1#合成爐，獨立閃蒸罐對比對象為6#合成爐。

1 工藝簡介及參數對比

1.1 工藝流程

由氯氣處理工序送來的尾氯經氯氣緩沖罐、流量調節閥進入合成爐底部燈頭，由氫處理工序送來的氫氣經氫氣后冷卻器、氫氣水霧捕集器、流量調節閥、阻火器，進入合成爐底部燈頭。氯氣和氫氣在石墨合成爐內的石英燈頭中充分燃燒生成氯化氫，產生的熱量一部分用于生產蒸汽，另一部分被循環冷卻水帶出。生成的氯化氫一部分通過緩沖罐、石墨冷卻器、酸霧捕集器送往氯乙烯合成工序，另一部分通過一級降膜、二級降膜、尾氣吸收塔制成高純鹽酸送往電解和成品罐區銷售。工藝流程如圖 1 所示。

1.2 氯氫配比

為保證生產穩定，本裝置嚴格按照設計要求進合成爐氯氫配比為 1∶(1.05 ～1.10)，同時要求氯化氫游離氯為0，氯化氫純度94%～97%(體積分數)。由于在實際運行過程中氯、氫壓力和合成爐出口壓力不穩定，為防止過氯或過氫，采用手動調節(陜西北元氯化氫純度控制指標為93%～95%)。

1.3 蒸汽系統

來自純水罐的純水通過純水泵加壓至0.58～0.62 MPa，被送至合成爐底部，產生蒸汽進入閃蒸罐進行汽液分離， 蒸汽經分配臺送至用戶。

1.4 合成爐工藝參數對比

兩種合成爐工藝參數對比見表1。

圖1 氯化氫合成工藝流程示意圖

表1 合成爐關鍵參數

2 兩種合成爐結構及運行情況對比

2.1 防爆膜固定方式

1#合成爐和6#合成爐防爆膜固定方式見2。

圖2 防爆膜固定方式示意圖

Fig.2 Diagram of fixing explosion-proof membrane

1#合成爐爐頂壓蓋法蘭和活套法蘭連接固定防爆膜，另一活套法蘭和爐體法蘭相連接密封爐體與石墨短節；6#合成爐防爆膜壓蓋法蘭直接與爐體法蘭相連接。1#合成爐連接方式中石墨短節屬于薄弱部位，當爐內發生爆炸時，石墨短節處極有可能遭到破壞，壓蓋法蘭和活套法蘭及防爆膜被一起炸飛，周圍人員及其他設備存在被砸傷的風險。

2.2 燈頭結構

1#合成爐和6#合成爐燈頭結構如圖3所示。1#合成爐燈頭結構為3層，分別為氫氣、氯氣、氫氣，要求3層燈頭同心安裝，但實際安裝后這3層燈頭不可能完全同心，燈頭之間空間分布不均勻，在合成爐開車過程中，氫氣與氯氣混合不均勻易造成燈頭處閃爆事故；6#合成爐燈頭為2層結構，分別為氫氣、氯氣，氯氣層燈頭末端為圓弧形，且均勻分布著大小相等的圓孔，在實際運行過程中沒有發生過點爐時燈頭閃爆事故。

圖3 燈頭結構示意圖

2.3 爐體結構

1#合成爐與6#合成爐結構如圖4所示。1#合成爐在側面安裝有2塊防爆膜。6#合成爐則為鋼套結構，沒有任何法蘭連接。減少防爆膜和法蘭連接，可以大幅提升副產蒸汽壓力(由表1可知：1#合成爐副產蒸汽壓力為0.25 MPa，6#合成爐副產蒸汽壓力為0.6 MPa。6#合成爐副產蒸汽壓力遠高于1#合成爐)，且減少法蘭面泄漏風險。

圖4 爐體結構圖

2.4 閃蒸罐連接、循環水上水和安全閥位置

(1)1#合成爐蒸汽放空安全閥安裝在蒸汽管線上(如圖5中①所示)，當蒸汽通過蒸汽去分配臺閥門送至分配臺時，蒸汽在放空閥處會有冷凝液積聚，腐蝕閥門閥芯，須經常排放。排放時，可能會燙傷操作人員，且排放過程中蒸汽總管壓力波動，又會浪費一部分蒸汽，不利于節能降耗。6#合成爐蒸汽安全閥直接安裝在閃蒸罐上，不存在蒸汽冷凝液積聚問題。

(2)1#合成爐平衡管上部直接和閃蒸罐連接(如圖5中②所示)，下部連接至合成爐底部，中間有合成爐活套法蘭，所以在平衡管上也設計一個活套法蘭滿足工藝要求，但同時存在泄漏風險。6#合成爐平衡管與爐體連接沒有任何活套法蘭，不存在泄漏風險。

(3)1#合成爐通過上液管將汽水混合液輸送至閃蒸罐內，進行汽液分離。而合成爐冷卻段循環水上水管線須通過合成爐夾套將循環水輸送至石墨塊內(如圖5中③所示)。存在于夾套內的這段循環水管線經常泄漏造成循環水和純水互串。分析認為有以下2種原因造成泄漏。①沖刷腐蝕。夾套內純水流速較高，相對管線高速運動，引起了金屬損壞，是機械性沖刷和電化學腐蝕交互作用的結果。②氣蝕。在壓力變化的情況下，流體接觸的金屬表面上發生洞穴狀腐蝕。6#合成爐為獨立閃蒸罐設計，冷卻段循環水直接進入冷卻室，不存在蒸汽腐蝕問題。

(4)1#合成爐為一體式閃蒸罐，內部為合成爐冷卻段(如圖5中④所示)。冷卻段工作溫度<40 ℃，閃蒸罐工作溫度<165 ℃，正常運行中冷卻段回水溫度為25 ℃左右，閃蒸罐為135 ℃。由于溫差較大，閃蒸罐內壁所受的內外應力差較大，加快閃蒸罐內壁破損泄漏。6#合成爐為獨立閃蒸罐，不存在這種問題。

圖5 閃蒸罐連接方式示意圖

2.5 冷凝酸排放

1#合成爐在氯化氫出口管線排放冷凝酸，6#合成爐在氯化氫出口和冷卻段底部分別設置了冷凝酸排放管線。冷凝酸排放位置如圖6所示。

2.6 純水進入合成爐位置

1#合成爐與6#合成爐進水位置如圖7所示。1#合成爐從下部到上部直至閃蒸罐為連通結構，純水從底部進入合成爐直至閃蒸罐，燃燒熱量全部由夾套純水帶走。該種純水進入方式由于在冷卻過程中無回水設計，純水在夾套中流動性差導致爐底容易沉積淤泥等雜物，因此合成爐底盤積泥嚴重時將堵塞石墨塊換熱通道，造成石墨塊燒損。6#合成爐為分層分段進行冷卻，爐底冷卻為純水循環冷卻，純水進入方式為低進高出。此種冷卻方式既可以保證冷卻效果，又避免了因水流動性差而造成底盤積泥的情況。

圖6 合成爐內冷凝酸排放位置示意圖

3 其他

合成爐正常工作時火焰溫度為800 ℃左右，利用給合成爐供水的純水罐，安裝2臺流量為20 m3/h的離心泵給燃燒段換熱。為防止合成爐燃燒段缺水而燒壞石墨塊，對新增合成爐采取了以下防范措施。①給2臺泵出口安裝止回閥，增加互鎖功能，一旦1臺泵出現故障，另外1臺泵立即啟動給合成爐補水。②在回水管線上增加遠傳溫度顯示，DCS 24 h監控。③設定燃燒段回水溫度范圍，通過對石墨塊制造數據進行分析，最高值設定為80 ℃，一旦運行超溫立即熄爐。通過改造可有效延長合成爐連續運行時間[1]。

圖7 純水進入合成爐位置示意圖

4 結語

合成爐是合成氯化氫氣體最為重要的設備，合成爐的穩定性直接影響氯堿生產的安全與穩定。通過對比兩種合成爐不難發現，SZL-1600合成爐比TQZ-140合成爐存在諸多優勢和技術改進，必將給氯化氫合成工序的長周期滿負荷運行提供強有力的保障。

[1] 張波,邊偉軍,張國奇.氯化氫合成爐工藝技術改造[J].氯堿工業,2016,52(8):38-39.

[編輯：董紅果]

Comparison of two types of hydrogen chloride synthesis furnace

SUNLongbin,ZHANGGuoqi,HEXiaoming,LIUJianlou,HOUXuewen(Shaanxi Beiyuan Chemical Industry Group Co., Ltd., Yulin 719319, China)

hydrogen chloride synthetic furnace; structure; parameter; comparison

The synthetic process of hydrogen chloride was introduced. Two types of by-product steam hydrogen chloride synthesis furnace, TQZ-140 and SZL-1600, were compared from the aspects of fixed mode of explosion-proof film, structure of burner, structure of furnace body, connection mode of flash drum, discharge position of condensed acid, and inlet position of pure water, etc. The SZL-1600 synthesis furnace was found to be superior in actual production.

孫龍彬(1988—)，男，2011年畢業于陜西科技大學化學教育專業，現于陜西北元化工集團有限公司氯氫處理工序從事技術管理工作。

2016-11-24，張國奇，賀小明，劉建樓，侯學文

TQ124.42

B

1008-133X(2017)04-0039-04