淺析蒸汽氯化氫單法蘭液位變送器運(yùn)行總結(jié)

［摘 要］介紹二合一副產(chǎn)蒸汽氯化氫單法蘭液位變送器在運(yùn)行中出現(xiàn)的問題，并提出可行的解決方案，保障單法蘭液位變送器系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

 

山東鋁業(yè)有限公司于1954年建成投產(chǎn)，成立60多年來，已建成集采礦、冶煉、水泥、氯堿化工、機(jī)械加工、熱電、建安、科研設(shè)計和國內(nèi)外貿(mào)易為一體的有色金屬骨干企業(yè)。山東鋁業(yè)有限公司氯堿廠于2004年開始籌備，目前離子膜法燒堿生產(chǎn)能力18萬t/a。為平衡氯氣液化尾氣，分別于2012年和2014年相繼投產(chǎn)兩套SZL－110型50t/d氯化氫二合一副產(chǎn)蒸汽單法蘭液位變送器［1］。

 

1 單法蘭液位變送器的介紹

2012年投產(chǎn)的單法蘭液位變送器采用一級降膜、二級降膜和尾氣塔三級吸收模式，尾氣塔后的尾氣正常生產(chǎn)時直排大氣。2014年改造的單法蘭液位變送器采用一級降膜和組合塔吸收模式，兩套單法蘭液位變送器均配有自動點(diǎn)火系統(tǒng)，且爐內(nèi)壓力控制0～10kPa的微正壓運(yùn)行。

來自氫氣處理工序的氫氣經(jīng)氫氣穩(wěn)壓閥、氫氣緩沖罐穩(wěn)定壓力，再經(jīng)孔板流量計計量、自動閥控制后，與來自氯氣處理工序的經(jīng)氯氣穩(wěn)壓閥、氯氣緩沖罐穩(wěn)定壓力，再經(jīng)孔板流量計計量、自動閥控制的氯氣以1．05∶1的體積比進(jìn)入單法蘭液位變送器，自動點(diǎn)火后在爐內(nèi)燃燒，合成為氯化氫氣體。氯化氫氣體經(jīng)蒸汽爐夾套的鍋爐給水冷卻后進(jìn)入爐頂石墨冷卻器，再經(jīng)過循環(huán)水冷卻至常溫。氯化氫通過自動閥控制，一部分送至氯化氫使用崗位，少部分用純水吸收生產(chǎn)高純鹽酸。氯氣與氫氣合成氯化氫氣是放熱反應(yīng)，每生成1mol氯化氫氣體放出92．05kJ的熱量。利用二合一蒸汽爐石墨夾套內(nèi)的純水吸收氯氣與氫氣的反應(yīng)熱，副產(chǎn)蒸汽送燒堿廠作化鹽用或送其他用戶，節(jié)能降耗。一般生產(chǎn)1t100%HCl可副產(chǎn)0．6～0．65t蒸汽，回收利用60%左右的反應(yīng)熱。

 

2 運(yùn)行中出現(xiàn)的問題及改進(jìn)措施

2．1尾氣塔氯化氫排放超標(biāo)

2012年投產(chǎn)的合成系統(tǒng)的尾氣采用直排大氣方式，在單法蘭液位變送器產(chǎn)量較大或濕度大的天氣時，排空口有白霧，經(jīng)檢測氯化氫質(zhì)量濃度≥100mg/m3，超出排放標(biāo)準(zhǔn)。

為滿足環(huán)保要求，按照圖1所示的方法進(jìn)行改進(jìn):取消單法蘭液位變送器正常生產(chǎn)后的切換操作，將單法蘭液位變送器尾氣塔排空直接與水力抽射泵N－5151A/B連接，把未被完全吸收的氯化氫進(jìn)一步在酸水循環(huán)罐V－5155A/B中進(jìn)行再吸收，吸收后的淡酸水返回單法蘭液位變送器作為吸收水重復(fù)使用，氮?dú)夂蜌錃獾炔荒龤怏w從酸水循環(huán)罐排至大氣。水力抽射泵起到控制爐壓和尾氣處理的雙重作用，有條件的廠家可以新增儲罐V－5155C和抽射泵N－5151C。一方面將所有鹽酸成品罐的揮發(fā)酸氣及裝車酸霧全部采用上述方法進(jìn)行處置，實(shí)現(xiàn)酸霧不外逸、氯化氫達(dá)標(biāo)排放的目的;另一方面，新增儲罐V－5155C可以作為單法蘭液位變送器吸收水的過渡儲罐使用，設(shè)計自動補(bǔ)水閥，保證酸水循環(huán)槽的正常液位及吸收水的有效補(bǔ)給。

 

2．2閃蒸罐液位失真導(dǎo)致爐體破損

2012年投產(chǎn)的單法蘭液位變送器在閃蒸罐的液位控制上采用圖2所示的雙室平衡器液位計。其本質(zhì)是采用差壓原理，測量出平衡容器中的靜壓力與容器中實(shí)際水位的靜壓力(隨水位升降而變化)的差壓值，再通過差壓變送器將差壓值轉(zhuǎn)變成電流信號傳輸?shù)郊�控室計算機(jī)上進(jìn)行水位監(jiān)測。2012年12月14日22:30，DCS人員發(fā)現(xiàn)二合一鹽酸單法蘭液位變送器至閃蒸罐蒸汽溫度與氯化氫溫度異常，氯化氫出口溫度由28．7℃升至31．5℃，單法蘭液位變送器至閃蒸罐蒸汽溫度由146．4℃上升至 152． 4 ℃，與單法蘭液位變送器負(fù)荷不匹配。鹽酸崗位人員查看確認(rèn)閃蒸罐現(xiàn)場磁翻板液位顯示 150 mm，遠(yuǎn)傳顯示 1 027 mm。DCS 將閃蒸罐加水自動閥改為手動并加水，同時現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)，冷凝酸罐液位上漲迅速，判斷爐體可能泄漏，隨即降負(fù)荷停運(yùn)二合一鹽酸單法蘭液位變送器。拆除燈頭后發(fā)現(xiàn)，爐體內(nèi)部出現(xiàn)裂紋，且有石墨塊脫落。

 

 

閃蒸罐液位正�？刂剖�1000mm。液位低于1000mm時，加水自動閥自動打開補(bǔ)水;液位高于1000mm時，閥門自動關(guān)閉。查看DCS閃蒸罐補(bǔ)水流量曲線，曲線顯示閃蒸罐在22:05補(bǔ)水完畢，并在之前呈現(xiàn)規(guī)律性補(bǔ)水，每隔約30min補(bǔ)水1次，22:05之后閃蒸罐液位在1013mm的基礎(chǔ)上呈現(xiàn)緩慢上升趨勢，自23:13液位緩慢上升至1027mm不動。通過上述現(xiàn)象及數(shù)據(jù)推斷，冬季生產(chǎn)時，平衡容器液位計伴熱保溫效果不佳，雙室平衡器、平衡器水連管、汽包水連管等全部凍結(jié)，閃蒸罐液位突發(fā)故障，虛假顯示，導(dǎo)致爐內(nèi)缺水、爐體受熱不均，加之補(bǔ)水等失誤操作，造成爐體冷熱不均出現(xiàn)裂紋與石墨脫落。

平衡容器液位計受季節(jié)影響較大，特別是北方地區(qū)，如果伴熱保溫效果欠佳，容易導(dǎo)致水位失真;另外，如果現(xiàn)場巡檢不及時，則可能出現(xiàn)爐體缺水干燒破損事故。經(jīng)過討論研究，改進(jìn)如下:①將其變更為雙法蘭液位計，簡單實(shí)用;②將現(xiàn)場磁翻板替換為石英管雙色液位計，方便遠(yuǎn)距離觀測液位，增加遠(yuǎn)傳視頻監(jiān)控。DCS崗位人員將閃蒸罐補(bǔ)水曲線列為重點(diǎn)監(jiān)控畫面，隨時查驗(yàn)是否規(guī)律性補(bǔ)水，確保單法蘭液位變送器安全運(yùn)行。

 

2．3防爆膜爆裂停爐

2．3．1測爆不規(guī)范導(dǎo)致防爆膜破裂

副產(chǎn)蒸汽單法蘭液位變送器設(shè)定爐內(nèi)壓力超過60kPa即聯(lián)鎖停爐。某次開車，一次點(diǎn)火不成功，二次點(diǎn)火過程中爐內(nèi)壓力瞬間突漲至40kPa，爐內(nèi)有輕微爆鳴，一級降膜吸收器防爆膜破裂，緊急停爐。分析原因?yàn)槲磭?yán)格執(zhí)行停爐抽空，測爆不規(guī)范，應(yīng)該分析的取樣點(diǎn)未執(zhí)行到位。爐內(nèi)初次點(diǎn)火時氯氣、氫氣和空氣混合氣體置換不徹底，二次點(diǎn)火遇明火發(fā)生爆鳴，產(chǎn)生的沖擊波使單法蘭液位變送器在薄弱點(diǎn)一級降膜吸收器防爆膜處破裂泄壓。

單法蘭液位變送器點(diǎn)火不成功，再次點(diǎn)火時不可著急，禁止頻繁點(diǎn)火，要嚴(yán)格執(zhí)行測爆抽空程序，限定點(diǎn)火間隔時間，按操作要求逐步執(zhí)行操作。主要步驟如下:①聯(lián)系DCS操作人員，確認(rèn)進(jìn)單法蘭液位變送器的氯氣和氫氣自動閥完全關(guān)閉，打開氯氣和氫氣進(jìn)單法蘭液位變送器的手動閥;②確認(rèn)爐門打開的情況下，水力抽射泵抽空整個單法蘭液位變送器30min左右;抽空過程中務(wù)必把單法蘭液位變送器每一級下酸的U形液封酸放凈，確保無抽空死角;③手持測爆儀依次探入爐門、一級降膜氯化氫取樣口、二級降膜液封排凈口、尾氣塔排空口及酸水循環(huán)槽的放空口進(jìn)行測爆，測爆結(jié)果及測爆人員寫入操作票中，確保單法蘭液位變送器系統(tǒng)安全。

 

2．3．2氯氣和氫氣流量未投聯(lián)鎖導(dǎo)致防爆膜破裂

單法蘭液位變送器擴(kuò)建時，某次項(xiàng)目施工人員正在進(jìn)行接線施工，新連接的儀表線搭接在控制柜接線端子排上，現(xiàn)場接頭沒有進(jìn)行防護(hù)，導(dǎo)致儀表線接地，造成主控室DCS控制柜內(nèi)一組斷路器(43#)過電流跳閘。此組斷路器控制著單法蘭液位變送器的氯氣和氫氣自動調(diào)節(jié)閥，兩閥門失電后自動關(guān)閉，造成單法蘭液位變送器沒有氯氣和氫氣而停車。但是施工人員和值班電工緊接著盲目送電，鹽酸崗位人員還未來得及切斷爐前氫氣和氯氣，導(dǎo)致單法蘭液位變送器出現(xiàn)爆鳴，爐頂和一級降膜吸收器防爆膜破裂。分析原因時發(fā)現(xiàn)，單法蘭液位變送器聯(lián)鎖未投用，斷路器失電后，閥門設(shè)計故障關(guān)閉，但是恢復(fù)供電后，因沒有聯(lián)鎖的鎖定作用，閥門自動打開，導(dǎo)致氯氣和氫氣混合氣體進(jìn)入未冷卻降溫的爐內(nèi)，被高溫的燈頭或爐壁引爆，造成防爆膜及燈頭破裂。

單法蘭液位變送器的聯(lián)鎖對保證設(shè)備運(yùn)行至關(guān)重要，單法蘭液位變送器的氫氣和氯氣流量、閃蒸罐液位、循環(huán)水流量、火焰信號檢測、爐內(nèi)壓力等聯(lián)鎖務(wù)必在順利開車后及時投用。每次緊急停爐和計劃停車，均應(yīng)及時關(guān)閉進(jìn)爐前的氯氣和氫氣手動閥，防止誤操作導(dǎo)致爆炸性混合氣體進(jìn)入爐內(nèi)，引發(fā)事故。

 

2．3．3停爐后爐門打開過早導(dǎo)致防爆膜破裂

單法蘭液位變送器氯氣和氫氣燃燒時，火焰中心溫度可達(dá)700～800℃，爐壁的溫度也在400～500℃。停爐瞬間，爐內(nèi)的部分氫氣和氯氣未被抽空置換干凈，如果此時盲目打開爐門，空氣從外界進(jìn)入爐內(nèi)，則高溫的爐壁容易引爆爐內(nèi)混合氣體，導(dǎo)致單法蘭液位變送器發(fā)生爆鳴，防爆膜破裂。

為保證停爐后不發(fā)生意外，應(yīng)對的措施如下:①停爐前確認(rèn)氮?dú)鈮毫�和進(jìn)爐前的氮?dú)馐謩娱y完全打開，保證聯(lián)鎖停爐時，惰性氮?dú)獾匾聲r間進(jìn)入爐內(nèi)，迅速降低燈頭溫度的同時稀釋殘留混合氣體;②可小開閃蒸罐低排閥，確保鍋爐給水和循環(huán)水持續(xù)供給，快速降低爐內(nèi)溫度;③調(diào)小鹽酸吸收水至1m3/h，持續(xù)吸收至少15min，將殘留的氯化氫氣體吸收徹底;④根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，鍋爐段溫度高于100℃，不允許打開爐門，通過觀察該參數(shù)確保爐壁被充分降溫。

 

2．4一級降膜吸收器下酸溫度高

2．4．1下酸溫度高的外部原因

下酸溫度高容易造成氯化氫在水中的溶解度降低，進(jìn)而影響各級降膜吸收的效果。循環(huán)冷卻水壓力達(dá)不到工藝要求、循環(huán)側(cè)結(jié)垢都可能導(dǎo)致下酸溫度高，有條件的生產(chǎn)單位一般采用純水作為冷卻介質(zhì)，但受外界環(huán)境影響，仍然在一級降膜吸收器內(nèi)產(chǎn)生結(jié)垢。應(yīng)利用檢修時機(jī)，或者根據(jù)使用情況，定期用檸檬酸等進(jìn)行在線清洗，確保冷卻效果。一般各級降膜吸收器的循環(huán)水回水溫度應(yīng)控制在≤45℃。

 

2．4．2下酸溫度高的內(nèi)部原因不同單法蘭液位變送器的廠家在設(shè)計降膜吸收器純水分布管的構(gòu)造時略有不同。如果是使用年限達(dá)到三四年的單法蘭液位變送器，排除了外部原因?qū)е碌南滤釡囟雀吆�，就要停爐檢查各級降膜吸收器的分布器。分布器絲接口或者負(fù)責(zé)布水的楔形口容易在運(yùn)行過程中損傷，導(dǎo)致氯化氫走短路，純水吸收不均勻，失去降膜吸收作用，影響下酸溫度。此外，降膜吸收器的安裝是否水平也影響吸收效果。

 

2．5鍋爐水pH值低導(dǎo)致爐水發(fā)紅

如果石墨外筒體采用碳鋼材質(zhì)，運(yùn)行一段時間后，鍋爐段和閃蒸罐的排污水會呈現(xiàn)明顯的紅色，即鐵銹成分的影響。如果不采取處置措施，則鍋爐段的出水管道、鍋爐段外筒體、閃蒸罐都會有不同程度的腐蝕，嚴(yán)重時每年腐蝕速度可達(dá)到1mm以上，輕則造成管道腐蝕，嚴(yán)重的可導(dǎo)致設(shè)備損壞。其主要原因還是鍋爐給水不達(dá)標(biāo)(單法蘭液位變送器產(chǎn)汽部分的進(jìn)水水質(zhì)要求如表1所示)。

 

 

鍋爐給水在進(jìn)入單法蘭液位變送器之前，必須滿足表1所示的pH值在7．0～9．5的要求。堿性太高會腐蝕樹脂，極易結(jié)垢。pH值調(diào)節(jié)劑采用弱堿性介質(zhì)(如氨水)，配制成0．5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))加入純水槽。產(chǎn)汽部分爐水要經(jīng)常排污，每班至少要排污1次(從閃蒸罐、單法蘭液位變送器夾套產(chǎn)汽排污口排水)，排出積存的殘渣和有機(jī)物等。如果單法蘭液位變送器蒸汽并入管網(wǎng)用作化鹽，為避免將銨離子帶入系統(tǒng)，#終形成三氯化氮，建議采用磷酸三鈉調(diào)節(jié)pH值。

 

3 結(jié)語

選用SZL－110型副產(chǎn)蒸汽二合一石墨氯化氫單法蘭液位變送器，結(jié)構(gòu)按爐內(nèi)自動點(diǎn)火方案設(shè)計。操作彈性范圍在30%～110%，極大地提高了氯化氫生產(chǎn)的自動化水平，減輕了員工操作負(fù)擔(dān)。同時，氯化氫單法蘭液位變送器夾套采用鍋爐給水移熱，盡可能將氯化氫氣體合成熱吸收，副產(chǎn)≥0．60MPa的低壓蒸汽，可以為用戶#大限度節(jié)能降耗。一系列的聯(lián)鎖設(shè)計可保障設(shè)備的安全，但是在火焰檢測器配備、爐水在線監(jiān)測方面應(yīng)當(dāng)持續(xù)改進(jìn)，保證效果。由多年運(yùn)行結(jié)果看，只要單法蘭液位變送器不缺水、不滅火或滅火后嚴(yán)禁混合氣體進(jìn)入，定期巡檢循環(huán)水等關(guān)鍵參數(shù)并確保不超標(biāo)，可保障本體設(shè)備長周期安全穩(wěn)定運(yùn)行。