濕法乙炔發生工藝的優化及應用

王學東，許瓊武

（昆明云能化工有限公司，云南 昆明 650000）

昆明云能化工有限公司（以下簡稱“昆能化工”）是以生產燒堿和PVC樹脂為主、鹽酸、液氯和次氯酸鈉為輔的氯堿企業。燒堿產能10萬t/a，PVC樹脂10萬t/a，鹽酸10萬t/a，液氯4萬t/a，次氯酸鈉2萬t/a。乙炔發生工藝裝置是PVC樹脂生產中的關鍵工序，其能否正常運行，影響著發生器的生產能力和安全運行、DCS操作人員勞動強度及PVC電石消耗。因此，針對乙炔發生工序工藝裝置運行中存在的問題進行優化改進就顯得十分重要。

1 乙炔發生工序工藝流程

昆能化工乙炔發生工序共有4臺乙炔發生器，正常開3備1。

來自電石破碎的標準規格電石送入小加料斗后暫時貯存，用氮氣對上加料斗置換后，將小加料斗中貯存的電石加入上加料斗，之后再用氮氣對上加料斗進行二次置換，置換后將電石加入下加料斗，通過振動加料器將電石按要求的量加入發生器。為滿足開、停車的置換要求，下加料斗設置氮氣管和放空管。

發生器下加料斗乙炔氣回收系統由DCS程序控制，在下加料斗回收乙炔投入后，程序給出下活門開啟條件，下活門暫不開啟，程序判斷下加料斗壓力大于冷卻塔進口壓力，開啟下加料斗回收閥，回收下加料斗乙炔氣至冷卻塔進口；下加料斗壓力等于冷卻塔進口壓力，關閉下加料斗回收閥，程序觸發開啟下活門進行電石下料操作；若程序判斷下加料斗壓力等于或小于冷卻塔進口壓力，程序直接觸發開啟下活門進行電石下料操作。

電石加入發生器后與水反應生成粗乙炔氣和電石渣漿并放出反應熱，同時來自渣漿分離器的上清液補充進入發生器，控制反應溫度保持在75~88℃并保持液面穩定；生成的粗乙炔氣中夾帶有大量的渣漿從發生器頂部逸出進入渣漿分離器，生成的渣漿通過連續溢流和間歇排渣的方式排入渣漿池或渣漿回收乙炔（改造后的工藝流程）工序渣漿緩沖罐，同時移走反應熱。為滿足開、停車的置換要求，發生器本體上設置氮氣管和放空管；為保證渣漿排出管的暢通，在渣漿溢流管和發生器底部排渣管上設置上清液進水管，便于需要時進行沖洗；為應對特殊情況，在發生器錐體上設置上清液進水管；為保證液面計的清潔及準確，通入生產水或離心母液進行清洗。

發生器上部氣相與安全水封相連接，當發生器壓力超高時，乙炔由安全水封直接放空，避免壓力超高造成事故。安全水封設置生產水（已簽封，必要時才使用）和上清液補充清洗水管。發生器上部設有溢流通道，當發生器液位高限時，渣漿可通過自溢流通道流入溢流水封，水封槽液封高度為2 200 mm。

每臺發生器排渣管連接至排渣總管（改造后的工藝流程），排渣時渣漿自總管排入渣漿緩沖池，為保證發生器排渣總管內含氧小于2%，總管出口端用水封形式封閉，并保持少量氮氣吹掃。

每臺發生器溢流管連接至溢流總管（改造后的工藝流程），渣漿自溢流總管匯入渣漿回收乙炔工序渣漿緩沖罐，當渣漿回收乙炔裝置故障不開車時，發生器溢流渣漿可通過原溢流總管或渣漿緩沖罐底部排到渣漿圓池。發生工序所有廢水、渣漿均匯入渣漿圓池。

2 運行過程中存在的主要問題

（1）活門卡料或拉料情況

經生產運行統計，活門卡料的頻次在255次/月左右，活門卡料較為嚴重，對于發生器的生產負荷（生產能力）和安全運行影響較大。

（2）溢流管溢流不暢

因電石原料來自不同產地，不同原料生產的電石差異導致電石水解產生的上清液或渣漿濃度不同，易導致乙炔發生器溢流管溢流不暢，發生器的負荷和溫度難于控制，為穩定生產，只能增加發生器排渣次數，未反應完全的電石顆粒等隨渣漿一起排出，電石消耗升高了，增加了排渣的安全風險。

（3）電石給料不均勻

下加料斗的電石給料器，因自制的設備存在缺陷，不能平穩控制電石給料量，在由上加料斗放電石到下加料斗過程中，容易發生沖料，導致發生器壓力瞬間升高，沖破安全水封泄壓，造成乙炔氣排放損失，使PVC產品電石消耗升高。

（4）電石排渣管存在的安全缺陷

4臺發生器的排渣管分別直接排放到排渣溝，由排渣溝流到撈渣池，再由撈渣池排進渣漿圓池。在排渣操作過程中由于排渣閥泄漏等原因，容易造成排渣溝著火，存在較大安全隱患。

（5）操作自動化程度低，員工勞動強度大

自電石送入小加料斗暫時貯存，到將小加料斗中貯存的電石加入上加料斗，電石由上加料斗加入下加料斗，最后通過振動加料器將電石按要求的量加入發生器，整個過程均為人工操作通過小加料斗的視頻給小加料斗送料，通過上加料斗和下加料斗倉壁振動器聲音判斷電石用完后加料，人工判斷加料條件，導致員工勞動強度大，高度緊張，還會因員工判斷失誤，導致電石拉料，發生著火事故。

（6）溢流的電石渣漿上清液溶解的乙炔氣未回收利用

原發生器溢流的電石渣漿上清液直接排放到渣漿圓池，溶解在上清液內的乙炔氣體未回收，造成乙炔氣流失，PVC電石消耗升高并存在安全隱患。

（7）次鈉廢液未回收利用，導致乙炔工序水不平衡

原設計為乙炔凈化后的廢次鈉溶液直接排放到渣漿圓池，溶解在廢次鈉液內的乙炔氣體未回收，導致乙炔氣流失，PVC電石消耗增加并存在安全隱患，同時次鈉廢液未回收利用，使用一次水（20 m3/h）來配制次氯酸鈉，導致乙炔工序水不平衡。

（8）電石輸送回收的電石粉塵未再利用

電石粉塵通過除塵器收集，人工裝袋，倒運到渣庫排放，現場粉塵大，環境差，同時在渣庫倒電石粉塵時，作業過程存在安全風險。

3 解決措施

3.1 活門卡料

針對乙炔發生活門卡料的原因進行分析和查找，首先對卡料及卡料清理出的電石粒度進行統計分析，電石粒度基本滿足工藝控制指標（50~80 mm），判斷電石粒度控制不是活門卡料的主要原因。其次研究活門結構，發現在用活門的內部結構即內部通徑與上下連接的法蘭管件小，導致卡料頻繁發生。對電石進料閥（活門）進行專業改造，統一了4臺發生器的8個電石進料閥（活門）型號，將電石進料閥（活門）直徑由現在的DN300改為DN400，并將重錘式電石進料閥（活門）改為更先進的輪盤自控式電石進料閥（活門），從根本上解決了電石卡料頻繁的問題。

3.2 溢流管溢流不暢

針對使用不同地區生產的電石，產生不同的渣漿濃度及黏度，造成乙炔發生器溢流管溢流不暢的問題，對發生器的工藝設計原理及運行原理進行研究，對發生器的運行壓力進行統計分析，對安全水封的設計壓力及乙炔發生器溢流管U型高度等進行研究討論，發現溢流管U型高度存在缺陷對其進行了優化，設計高度由1 800 mm縮小至1 600 mm，既保證發生器的運行壓力控制，同時又保障了安全水封的安全運行，從而提升乙炔發生器的生產能力。

3.3 電石給料不均勻

乙炔發生器裝置給料系統原采用振動管式給料機，在給料溜管的上、下端部均配有軟連接裝置，通過頻繁振動給料溜管給發生器加料，在下加料斗電石用完后，由上加料斗放電石到下加料斗過程中，因沖擊力較大，部分電石瞬間沖進發生器，導致發生器壓力突然升高，超過安全水封設計壓力，乙炔氣通過安全水封排入大氣。為減少電石沖擊，在溜管內焊接擋板增加阻力等措施均未取得良好效果。最后通過與振動給料機廠家進行技術交流，進行選型設計，對發生器振動給料機更新及控制方式改造，4臺發生器振動給料機采用變頻控制，啟停由DCS控制，變頻器輸出大小由手操器控制，發生器給料機現場無控制開關，實現了給料系統均勻給料，保證了發生器壓力和生產負荷穩定。

3.4 乙炔發生器電石排渣管的安全改造

針對原乙炔發生器電石排渣管直接排地溝，易著火的安全隱患，現場將地溝用DN500的排渣總管替代，將4臺發生器DN300的排渣管直接配管至DN500的總管，增加一臺高壓沖洗水泵，4臺發生器的排渣管和總管上安裝自動高壓沖洗水管，根據排渣情況和頻率，進行自動沖洗，避免排渣管堵塞。同時為保證排渣總管密閉，保證排渣總管內氧氣含量≤2%，總管出口端用水封形式封閉，并保持吹掃少量氮氣，保證排渣總管的安全，從根本上避免了原排渣時著火現象的發生。

3.5 乙炔發生器自動控制技術攻關改造

通過對發生器存在的問題進行優化改造，取得了一定的效果，也為發生器實現自動控制奠定了一定的基礎。但發生器的拉料、下料、給料和溫度控制還是手動操作，勞動強度大且技能要求較高。為減輕員工的勞動強度，需對乙炔發生器自動控制技術進行攻關改造，以達到自動控制的目的。自動控制技術攻關包含發生器加料自動控制技術、發生器活門氣密性安檢自動控制技術、發生器水解反應串級控制技術等。

（1）發生器加料自動控制技術

在現有發生器裝置設施的基礎上，在發生器小加料斗、上加料斗、下加料斗底部分別設置微波物位開關，用于準確判斷儲斗內是否空倉。發生器拾音器只用于DCS操作人員被輔助監控。控制方案見圖1。

圖1 發生器加料自動控制方案

（2）發生器活門氣密性安檢自動控制技術

當發生器上活門或下活門開啟次數達到設定值時，程序要求實施活門氣密性安檢，即通過DCS程序動作，完成安檢，判斷上下活門是否嚴密，不嚴密則不能通過安檢，此臺發生器運料程序不允許啟動。控制方案見圖2。

圖2 發生器活門氣密性安檢自動控制方案

（3）發生器水解反應控制技術

發生器內部溫度、壓力、液位、乙炔氣柜高度及振動給料機輸出頻率組成串級控制回路，發生器投入程序控制后，系統可根據每臺發生器的液位、溫度執行每臺發生器補水、聯鎖啟動等操作，同時系統可根據發生器壓力、氣柜高度，自動調節振動給料機輸出頻率、聯鎖動作等操作，使發生器水解反應控制穩定，實現自動平穩供氣。

在組態過程中，總結操作人員長期使用的操作經驗和方法，如異常情況的處置、安全性檢測等，同時針對發生器溫度控制和氣柜控制滯后大、波動大的情況，開發了專家智能控制和變化率控制等技術，確保了平穩安全操作。

3.6 發生器原溢流上清液中溶解乙炔氣的回收利用

針對原設計為發生器溢流的電石渣漿上清液直接排放到渣漿圓池，溶解在上清液內的乙炔氣體未回收，導致乙炔氣流失，PVC電石消耗增加并存在安全隱患的問題，進行了乙炔氣的回收改造。

根據對電石渣漿（70℃）中乙炔的含量檢測分析約300~400 mg/kg，乙炔回收率按95%計，溢流電石渣漿上清液流量約200 m3/h，電石發氣量287 L/kg，理論計算回收的乙炔氣折合電石為14~17 kg/t PVC。公司于2013年實施技術改造，項目實施后噸PVC電石消耗降低了約15 kg。既解決了安全問題，又降低了噸PVC電石消耗。

3.7 廢次鈉的復配及溶解乙炔氣的回收利用

原設計為乙炔凈化后的廢次鈉溶液直接排放到渣漿圓池，溶解在廢次鈉液內的乙炔氣體未回收，導致乙炔氣流失，PVC電石消耗增加并存在安全隱患，同時次鈉廢液未重復利用，使用一次水（24 m3/h）來配制次氯酸鈉，導致乙炔工序水不平衡。

（1）第一次改造解決水平衡

為解決乙炔工序水不平衡問題，經對廢次鈉溶液中溶解的乙炔含量進行分析，用空氣進行吹脫后，廢次鈉溶液中的乙炔含量小于0.005 L/L，達到安全指標以下。經反復試驗及檢測，吹脫后廢液中的乙炔含量小于0.005 L/L，達到利用廢液進行次鈉配制的工藝安全指標要求。隨即就進行技術改造，增加一臺吹脫風機和吹脫塔，增加相關安全聯鎖措施，項目實施后，實現了廢次鈉重復利用，減少一次水使用量約24 m3/h。

（2）第二次改造解決乙炔氣回收

經分析檢測，廢次氯酸鈉出冷卻塔溫度40℃，乙炔溶解度0.65 L/L，乙炔回收率95%計，廢次鈉溶液流量30 m3/h，裝置年開工8 000 h，電石發氣量287 L/kg。

回收乙炔氣：30×8 000×0.65×0.95=148 200（m3）

折電石：148 200/287=516.4（t），即可節約5.16 kg電石/t PVC，具有較好的經濟效益。

同時，為節約項目投資，經優化，廢次鈉回收乙炔氣項目與上清液渣漿回收乙炔系統共用一套抽真空系統，既保證裝置安全運行，又節約投資。項目實施后，回收的乙炔氣折電石約4 kg電石/t PVC。

3.8 電石粉塵回收

電石機運工序在電石破碎、皮帶輸送過程不可避免地會產生電石粉塵，電石粉塵通過5臺除塵器收集，收集的電石灰人工裝袋，通過汽車運輸至電石渣場。電石灰收集裝袋到棄渣場處置，造成一定的電石流失，增大PVC電石消耗，另外電石灰處置過程勞動強度大，影響員工健康，且作業過程存在安全風險。

因收集的電石粉塵中含有電石小顆粒，經發氣量分析，發氣量為0~50L/kg，每天外運的粉塵為4.0~5.0 t。

公司對5臺除塵器收集的電石粉塵實施技術改造，將收集的電石粉塵全部自動、安全、密閉回用到乙炔發生器內，既改善現場的工作環境，又降低PVC電石消耗，減少勞動定員。

4 結語

裝置自運行以來，針對乙炔工序裝置運行存在的生產瓶頸、安全、環保、消耗等問題，公司組織工程技術人員對電石流失進行統計分析查定，對裝置存在的安全隱患、工序存在的水平衡問題、工序存在的生產瓶頸、工序的自動化程度低等問題進行逐一優化研究、改進及應用，從工藝技術、自動化程度及管理上根本解決了乙炔工序存在的問題，提升了乙炔工序的安全水平及自動化控制水平，降低了PVC電石消耗，為公司的高產穩產，“技改增效”，“自動化減員增效”提供了堅實的技術基礎。