降低離子膜燒堿三效逆流降膜蒸發(fā)裝置蒸汽單耗研究

韓云峰，高燕軍

（陜西北元化工集團(tuán)股份有限公司化工分公司，陜西 榆林719319）

陜西北元化工集團(tuán)股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱“北元化工”）是一家擁有110萬(wàn)t/a聚氯乙烯、88萬(wàn)t/a燒堿的大型氯堿企業(yè)，該公司引進(jìn)博特瑞姆斯化工技術(shù)有限公司的三效逆流降膜蒸發(fā)工藝，建成2×40萬(wàn)t/a蒸發(fā)裝置。該工藝具有傳熱系數(shù)大、效率高、能耗低、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。

1 三效逆流降膜蒸發(fā)裝置工藝流程簡(jiǎn)介

來(lái)自離子膜電解工序的32%堿液經(jīng)過(guò)Ⅰ效降膜蒸發(fā)器、Ⅱ效降膜蒸發(fā)器在負(fù)壓狀態(tài)下通過(guò)二次蒸汽加熱，然后再經(jīng)過(guò)Ⅲ效降膜蒸發(fā)器通過(guò)蒸汽加熱濃縮為50%堿液。涉及的主要設(shè)備是降膜蒸發(fā)器，降膜蒸發(fā)器管程走堿液、殼程走蒸汽，堿液在蒸發(fā)濃縮過(guò)程中，由于形成的二次蒸汽的流速很高，將液體拉成一層薄膜，流動(dòng)速度很快，薄膜液層在液膜表面產(chǎn)生強(qiáng)烈的蒸發(fā)從而達(dá)到蒸發(fā)效果，32%堿液就是通過(guò)三個(gè)降膜蒸發(fā)器蒸發(fā)濃縮為50%堿液。三效逆流降膜蒸發(fā)工藝流程示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 三效逆流降膜蒸發(fā)工藝流程示意圖

2 蒸發(fā)設(shè)計(jì)單耗參數(shù)

北元化工公司與博特瑞姆斯化工技術(shù)有限公司簽署的技術(shù)協(xié)議中對(duì)原材料的設(shè)計(jì)參數(shù)及能耗期望值分別見(jiàn)表1和表2。

表1 原輔材料設(shè)計(jì)參數(shù)

表2 噸堿能耗期望值（50%燒堿）

從表1和表2可以得出，只要32%燒堿能夠滿足或優(yōu)于原輔材料設(shè)計(jì)參數(shù)，蒸發(fā)裝置生產(chǎn)50%燒堿過(guò)程中噸堿蒸汽單耗就能達(dá)到設(shè)計(jì)期望值0.54 t。

3 蒸汽單耗的影響因素

3.1 工藝控制方面

3.1.1 生蒸汽溫度

蒸發(fā)過(guò)程就是通過(guò)蒸汽給堿液加熱，蒸發(fā)出堿液中的水分，提高堿液濃度，所以蒸汽溫度越高蒸發(fā)系統(tǒng)會(huì)獲得越大的溫差，越有利于蒸發(fā)。相同流量不同溫度下的蒸汽單耗統(tǒng)計(jì)表見(jiàn)表3。

從表3分析得出，溫度越高，蒸發(fā)裝置蒸汽單耗越低，尤其在生產(chǎn)能力大于設(shè)計(jì)能力的90%，蒸汽溫度大于185℃時(shí)，每升高1℃，蒸汽單耗降低約0.001 t。

表3 相同流量不同溫度下的蒸汽單耗統(tǒng)計(jì)表

3.1.2 真空度

真空度是蒸發(fā)過(guò)程中的重要參數(shù)，真空度越高水的沸點(diǎn)越低，物料中的水分越容易蒸發(fā)，所以在蒸發(fā)過(guò)程中對(duì)二次蒸汽加熱的一效蒸發(fā)器、二效蒸發(fā)器進(jìn)行負(fù)壓處理，降低水的沸點(diǎn)，提升蒸發(fā)效率，降低蒸汽單耗。不同真空度下水的沸點(diǎn)見(jiàn)表4。

表4 不同真空度下水的沸點(diǎn)表

3.1.3 原料堿液溫度

原料堿液溫度對(duì)蒸發(fā)過(guò)程的蒸汽消耗影響極為明顯，蒸發(fā)裝置可以接收罐區(qū)儲(chǔ)罐中保存的約45℃的堿液，還可接收電解裝置直接輸送的約80℃的堿液，兩種堿液溫度相差約35℃，如果原料堿使用罐區(qū)儲(chǔ)罐中的堿液，則需要耗費(fèi)大量蒸汽進(jìn)行預(yù)熱，明顯增加了蒸汽單耗。因此在蒸發(fā)裝置運(yùn)行不穩(wěn)定時(shí)，不能完全消耗電解裝置生產(chǎn)的32%堿液，電解生產(chǎn)的部分32%堿液接收在罐區(qū)儲(chǔ)罐直接增加了后期的蒸汽消耗。

3.2 設(shè)備方面

3.2.1 換熱器內(nèi)漏

為了降低蒸汽消耗，蒸發(fā)裝置設(shè)計(jì)了6臺(tái)換熱器，包括高溫堿液與低溫堿液相互換熱、蒸汽冷凝水與低溫堿液相互換熱、循環(huán)水與高溫堿液相互換熱，任何一臺(tái)換熱器內(nèi)漏將導(dǎo)致不同濃度介質(zhì)的互串，降低堿液濃度。如果換熱器內(nèi)漏導(dǎo)致堿液濃度降低，為使得最終生產(chǎn)的50%燒堿濃度合格，只能通過(guò)增加蒸汽換熱量來(lái)提高堿液濃度，增加蒸汽消耗。

3.2.2 汽水分離器排水不暢

如果閃蒸罐的汽水分離器排水效果差，會(huì)導(dǎo)致二效蒸發(fā)器的蒸汽冷凝水溢流至三效蒸發(fā)器的蒸發(fā)室，從而直接降低堿液濃度，為使得堿液濃度合格，需要回流調(diào)整繼續(xù)增加蒸汽換熱量來(lái)提高堿液濃度，從而增加蒸汽單耗。

3.2.3 表面冷卻器換熱效果差

表面冷卻器屬于列管式換熱器，利用循環(huán)水經(jīng)表面冷卻器管程與殼程一效蒸發(fā)器產(chǎn)生的二次蒸汽換熱，將二次蒸汽冷凝為液體，如果表面冷卻器換熱效果差，二次蒸汽就不能快速冷凝為液體，導(dǎo)致系統(tǒng)真空度降低，水的沸點(diǎn)升高，不利于水分的蒸發(fā)，蒸發(fā)效率變低，蒸汽單耗升高。如果循環(huán)水濁度較高或者表面冷卻器腐蝕嚴(yán)重同樣極易導(dǎo)致部分列管堵塞，降低換熱器的換熱效果。

4 降低蒸汽單耗的控制措施

4.1 嚴(yán)格控制并優(yōu)化工藝指標(biāo)

工藝指標(biāo)方面重點(diǎn)關(guān)注外界輸送的蒸汽壓力與溫度，壓力≥0.85 MPa，溫度≥185℃；系統(tǒng)真空度，一效發(fā)生器真空度≤-80 kPa。在符合設(shè)備設(shè)計(jì)參數(shù)的情況下，工藝指標(biāo)越優(yōu)化控制，蒸汽單耗越低。

控制原料堿液溫度≥75℃。首先需要通過(guò)提升維修質(zhì)量來(lái)提升系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性，保證蒸發(fā)裝置與電解生產(chǎn)的匹配運(yùn)行，保持原料堿液全部為電解裝置提供的高溫度堿液，從而降低蒸汽單耗；其次如果要消耗罐區(qū)儲(chǔ)罐的緩沖堿液，選擇系統(tǒng)負(fù)荷較高時(shí)進(jìn)行小流量輸入，降低蒸汽單耗。

4.2 定期排查設(shè)備

定期清洗蒸發(fā)裝置使用的換熱器（包括表面冷卻器），防止循環(huán)水或堿液中的雜質(zhì)堵塞換熱器的板片或列管，從而降低換熱效果，增加蒸汽單耗。

定期排查換熱器的內(nèi)漏情況，利用計(jì)劃?rùn)z修時(shí)間檢查換熱器的內(nèi)漏互串，及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患和消除隱患，避免物料互串導(dǎo)致蒸發(fā)效率下降。

每次停車清洗蒸發(fā)器，停車后溫度降低，堿液中的鹽類析出會(huì)結(jié)晶在蒸發(fā)器，降低蒸發(fā)器的換熱效果，從而增加蒸汽單耗。

4.3 提升蒸發(fā)裝置配套的循環(huán)水站水質(zhì)

北元化工公司蒸發(fā)裝置配套了單獨(dú)的循環(huán)水站，循環(huán)水水質(zhì)對(duì)蒸發(fā)系統(tǒng)的蒸汽消耗有明顯的間接影響：循環(huán)水溫度越低可以使表面冷卻器換熱效果越好；循環(huán)水濁度越低可以避免換熱器表面結(jié)垢，保持良好的換熱效果；循環(huán)水腐蝕性越低，蒸發(fā)裝置運(yùn)行越穩(wěn)定，蒸汽單耗越低。

5 結(jié)語(yǔ)

該公司三效逆流降膜蒸發(fā)裝置自2011年投產(chǎn)以來(lái)運(yùn)行穩(wěn)定，通過(guò)不斷優(yōu)化控制和技術(shù)革新，噸堿耗蒸汽指標(biāo)已控制在設(shè)計(jì)期望值以下，顯著提高了公司效益。