渣漿回收乙炔裝置平穩運行影響因素的分析研究

喬 云

(云南能投化工有限責任公司，云南 昆明 650000)

在“雙碳”目標下，氯堿行業內低效和產能落后的企業將由于政策及市場壓力而淘汰出局。PVC是液氯的重要下游產品，根據原料來源的不同，生產工藝分為電石法PVC和乙烯法PVC兩類。雖然電石法PVC在節能減排方面取得較大的成績，但乙烯法PVC工藝仍是目前行業內公認的先進和清潔的生產方法。因我國“富煤、貧油、少氣”的能源結構特點，電石法PVC產能占比為80%[1]。為在預定時間點之前完成“雙碳”任務，電石法PVC除了不斷加強節能減排技術攻堅外，還需強化現有節能減排裝置管理工作，助力提質增效。

電石法PVC中，乙炔的生產有干法乙炔和濕法乙炔兩種工藝，國內的電石法PVC大多采用濕法乙炔生產工藝。由于乙炔氣體可溶于水，對于濕法乙炔生產工藝而言，有大量的乙炔氣體殘留在電石渣漿中。電石渣漿在處理過程中，隨著渣漿溫度的下降，渣漿里的乙炔氣體將被釋放到空氣中，并沒有被有效地回收利用。乙炔的揮發流失，不僅造成極大的資源浪費，同時還因乙炔易燃、易爆的特性存在一定的安全隱患[2]。故國內濕法乙炔生產PVC的企業基本配套建設了渣漿回收乙炔裝置，不僅可降低電石消耗，節約PVC生產成本，還改善了環境。但裝置投運1年后，渣漿回收乙炔裝置出現頻繁聯鎖跳停，裝置開工率由98%以上的水平下降至80%左右，所以提高裝置平穩運行率是節能減排裝置提質增效面臨的問題之一。

1 乙炔氣回收工藝

1.1 生產原理

濕法乙炔生產中的電石渣漿主要分兩股從發生器排出：一是電石生產過程為連續性生產，通過反應器溫度，按比例連續加入水及電石，為避免渣漿中大顆粒物質(如矽鐵、煤渣等)的過量沉降，需按一定的周期從發生器底部排渣，成為間歇排放渣漿。二是為控制發生器溫度、壓力及液位，發生器溢流出連續的溢流渣漿。兩股渣漿除濃度稍有不同外，其余性質相當。

溢流渣流PVC含固量穩定在7.5%左右，溫度在70～90 ℃ 之間，乙炔溶解度為 0.06～0.25 L/L，由于電石渣漿中Ca(OH)2包裹著“碳化鈣核(未反應)”，所以在封閉裝置中，電石渣漿固相中乙炔氣質量分數在300～400 mg/kg[3]。

根據乙炔氣溶解度可知，隨著溫度的升高和壓力的降低，乙炔氣的溶解度變小，所以可通過負壓閃蒸的方法，使乙炔氣從渣漿中脫出[4]，但仍有大量水蒸氣逸出，所以通過冷卻，捕沫獲得標準的乙炔氣，并將其送至發生乙炔總管，參與清凈工序。渣漿泵將渣漿送至脫氣反應塔，以及渣漿在脫氣反應塔中由于物理運動，將碳化鈣核打開，可進一步與水反應生產乙炔氣，可提高單位電石的利用率。

1.2 工藝流程

發生器溢流的電石渣漿在電石渣漿緩沖罐經過初步沉降，除去大塊雜質固體，然后用渣漿泵送到脫氣塔。脫氣塔抽真空使塔內渣漿的乙炔氣脫吸，脫氣塔的真空度控制在-71～-61 kPa 之間。從脫氣塔出來的乙炔氣進入1#乙炔冷卻器冷卻至 45 ℃，再經2#冷卻器進一步降溫，通過水環真空泵送入3#乙炔冷卻器冷卻至 25 ℃，經捕沫器送至發生乙炔總管。

從脫氣塔底部出來的渣漿從下部進入渣漿排放罐，再通過渣漿管送至原渣漿池，渣漿排放罐還有液封作用，確保真空狀態的脫氣塔的渣漿排放管路不吸入空氣。

1#、2#乙炔冷卻器的冷凝水接入渣漿緩沖罐，通過渣漿緩沖罐中的渣漿形成的液封可以確保真空狀態的1#、2#乙炔冷卻器的渣漿排放管路不吸入空氣。3#乙炔冷卻器和捕沫器的冷凝水經水封管溢流入渣漿排放罐，確保正壓狀態的兩臺設備不漏氣。

乙炔管路上設置一臺氧氣在線檢測儀，在線檢測乙炔氣體中氧氣的質量分數。當乙炔氣體中氧氣質量分數超標(>1%)時，裝置自動聯鎖停車。具體流程見圖1。

圖1 渣漿回收乙炔工藝流程圖

2 影響因素分析

2.1 運行情況

電石渣漿回收乙炔氣裝置試運行期間存在：停車時間較長時渣漿緩沖罐及渣漿排放罐排渣閥易堵；上脫氣塔管道上的開度自動調節閥易堵；發生器液位控制不穩；回收乙炔氣純度不夠，流量不穩定等問題。后通過采取高壓沖洗水泵沖洗排渣管道、自動調節閥前面管道、發生器溢流管及更改抽氣閥位置等一系列措施，最終使該裝置平穩、正常、安全的運行，充分回收了溢流渣漿中的乙炔氣。見表1。

表1 聯鎖跳停后各設備工藝指標變化情況

經過1年多的使用，渣漿回收乙炔裝置出現頻繁聯鎖跳停，經排查主要為渣漿緩沖罐液位低導致。渣漿緩沖罐液位控制為40%～50%，真空泵跳停后，渣漿緩沖罐液位范圍迅速上升至80%，后下降至溢流液位50%。

2.2 原因分析

渣漿緩沖罐液位主要通過調節進口渣漿及出口渣漿流量進行控制，渣漿緩沖罐進口主要有：發生器溢流渣漿(主物料)、脫氣反應塔回流渣漿、渣漿緩沖泵回流渣漿；渣漿緩沖罐出口主要有：渣漿緩沖泵輸送渣漿、渣漿緩沖罐溢流渣漿、渣漿緩沖罐排渣渣漿[3]。見圖2。

圖2 渣漿緩沖罐進出口物料圖

2.3 排查結果

針對以上影響因素，制定了以下解決方案：

1)因為渣漿回收乙炔裝置原料渣漿主要為發生器溢流渣漿，渣漿溫度在70～90 ℃ 之間，故用手觸摸發生器溢流管、渣漿泵出口回流罐管，發現管道溫度較高，判斷為管道堵塞。加上裝置跳停后，渣漿緩沖罐(圖3)液位快速上升至80%，可判斷溢流管未堵塞。

a-人孔；b-排渣管；c-進料管；d-人孔；e-排氣管；f-回流管

2)對發生器溢流管手動閥進行檢查，閥門正常。

3)裝置跳停后，將發生器溢流管至排渣池閥門打開，至渣漿緩沖罐閥門關閉，并觀察渣漿緩沖罐排渣口，并未發現有渣漿流出，可判斷排渣閥并未泄露。

4)渣漿泵進口閥開度控制主要通過渣漿緩沖罐液位控制，當裝置各指標恢復正常，并且置換合格后重新啟動裝置。當液位再次下降至低限時，脫氣反應塔進口閥逐漸關閉，回流閥逐漸打開，反應正常。經過1min的調節，裝置因渣漿緩沖罐液位低再次跳停。經儀表工檢查，給信號時，調節閥開關正常，故該因素被排除。

5)請儀表操作工對液位計進行檢查，液位計正常。

2.4 再次分析

經排查，以上因素均不是導致渣漿緩沖罐液位低的主要原因。當裝置各指標恢復正常，并且置換合格后再次啟動裝置，液位再次下降至低限時，溢流管溫度較高，說明渣漿緩沖罐液位正常，液位計未出現故障。故對渣漿緩沖罐設備結構進行分析，渣漿緩沖罐內設有過濾網，濾網布置于靠近渣漿緩沖罐進口一側，大顆粒渣漿被過濾后沉降，通過排渣閥排出，液位計安裝在另一側，由于大顆粒渣漿沉降后堵塞濾網，小顆粒渣漿無法通過，導致渣漿緩沖罐進口一側液位過低。由此推理出，渣漿緩沖罐內部濾網堵塞是導致渣漿緩沖罐液位低的主要原因。

經過沖洗濾網，再次啟動裝置，裝置穩定運行約140 h后再次跳停(表3)，原因仍為渣漿緩沖罐內部濾網堵塞。

表3 裝置運行統計

經討論，將渣漿緩沖罐排渣間隔時間由120 min/次調整為90 min/次，排渣時間不變。經過半年的運行監測，裝置開工率從80%提升至98%的水平。

3 結語

本文探討了提高渣漿回收乙炔裝置平穩運行率的方法。通過對影響因素層層排查，最終確定影響裝置穩定運行的原因為渣漿緩沖罐內部濾網堵塞。通過調整排渣頻率，避免大顆粒渣漿堆積堵塞濾網，最終實現裝置開工率從80%提升至98%以上，實現裝置利益最大化，達到裝置投運前節能減排的目的。