液氯氣化器的改進(jìn)對策

季 波，張高峰

（萬華化學(xué)（寧波）氯堿有限公司，浙江 寧波 315812）

1 概述

由于下游MDI生產(chǎn)裝置對氯氣產(chǎn)品質(zhì)量的極高要求，萬華化學(xué)（寧波）氯堿有限公司使用的氯氣，是經(jīng)離子膜電解后產(chǎn)生的氯氣，經(jīng)干燥、壓縮、液化后，再氣化成氯氣輸送至下游工序，氣化的過程由液氯氣化器來完成。

液氯氣化器是氯氣行業(yè)液氯氣化工序中的核心設(shè)備。由于氯氣具有劇毒性，液氯氣化器一旦發(fā)生泄漏，必然對周圍人員和環(huán)境造成極大的危害。考慮到安全和環(huán)保因素，必須對液氯氣化器設(shè)計提出特殊的安全要求。本文介紹該公司1臺氣化量為15 t/h的液氯氣化器設(shè)備的改進(jìn)設(shè)計。該設(shè)備采用蒸汽作為加熱源直接加熱氣化器夾套熱水，通過水浴加熱氣化器盤管內(nèi)液氯進(jìn)行氣化、加壓、輸送。

2 氣化器形式的選擇

液氯氣化器一般分2種，即釜式氣化器和管道式氣化器，釜式氣化器作為液氯容器為防止液氯加熱膨脹造成設(shè)備破壞等后果，只能用低溫?zé)崴畾饣ㄒ话阈∮?5℃，《氯氣安全規(guī)程》GB11984-2008中設(shè)計規(guī)范），氣化過程會造成液氯中三氯化氮累積，因此釜式氣化器必須設(shè)置液氯排污裝置，根據(jù)液氯中三氯化氮含量確定排污頻率；管道式氣化器（包括盤管式、列管式等），氣化器內(nèi)部并不貯存液氯，氯氣隨進(jìn)隨出，因此可采用高溫?zé)崴訜釟饣ㄋ疁卮笥?0℃）。在此溫度下，三氯化氮就會分解，不會累積，無需設(shè)置液氯排污裝置。因下游裝置對氯氣壓力及溫度的要求（輸送壓力0.65～0.70 MPa，溫度60℃左右），該公司選用管道式氣化器。由于工況條件苛刻，若采用列管式氣化器應(yīng)力難以徹底消除，再加上溫差的影響，應(yīng)力腐蝕傾向嚴(yán)重，一旦泄漏，損失較大。因此公司決定選用管道式（盤管式）氣化器。

3 常用氣化器加熱型式及優(yōu)缺點(diǎn)

目前，液氯氣化器型式大致分為直接蒸汽加熱氣化和熱水循環(huán)加熱氣化2種。相對于后者，直接蒸汽加熱式氣化器采用蒸汽作為直接加熱源，大大提高了傳熱系數(shù)，節(jié)約了蒸汽用量，同時由于取消了熱水輸送泵，大大節(jié)省了電能，在能耗方面具有明顯優(yōu)勢。由于采用直接蒸汽加熱方式，提高了傳熱效率，同時又取消了熱水加熱罐、熱水輸送泵等設(shè)備，與熱水加熱方式比較，大大縮小了占地面積。采用20號鋼作為換熱管，提高了設(shè)備的耐蝕性，降低了設(shè)備的泄漏幾率，延長了設(shè)備的使用壽命。

4 液氯氣化器改造前的使用情況

改造前，液氯氣化器采用敞開式設(shè)計，即氣化器夾套水浴熱水直接與氣化器上方的空氣接觸，且該氣化器熱水溢流口設(shè)計在側(cè)面，導(dǎo)致氣化器頂部濕熱空氣對氣化器盤管腐蝕嚴(yán)重。尤其是氣化盤管液氯、氯氣分配臺焊縫處易被外腐蝕、穿孔，開車過程中加熱蒸氣通入氣化器水浴加熱存在“蒸汽液擊”現(xiàn)象，導(dǎo)致整個氣化器震動較大，不利于設(shè)備長周期安全穩(wěn)定運(yùn)行，多次發(fā)生過盤管點(diǎn)腐蝕、蒸汽液擊產(chǎn)生震動造成盤管焊口破裂，導(dǎo)致氯氣泄漏事故，發(fā)生環(huán)境污染、人員傷害和裝置臨時停車等情況，影響正常生產(chǎn)，也給后續(xù)整個產(chǎn)業(yè)鏈的安全穩(wěn)定、連續(xù)生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益帶來一定的影響。

5 氣化器氯氣泄漏事故原因分析

5.1 設(shè)備加工制造存在缺陷

液氯氣化器用碳鋼制造，屬三類中壓容器，在設(shè)備出廠前都曾進(jìn)行過嚴(yán)格檢驗(yàn)與氣密性試驗(yàn)。但由于金屬加工缺陷以及金屬組織的不均勻性，金屬表面存在許多凸凹或粗糙處，使設(shè)備在制造、貯運(yùn)過程中產(chǎn)生的銹蝕、污垢與水中溶解的腐蝕性離子構(gòu)成腐蝕微電池，導(dǎo)致金屬腐蝕首先在上述缺陷處生成。

5.2 蒸汽加熱方式增強(qiáng)水的腐蝕性

該公司在液氯氣化過程中，因氣化器熱負(fù)荷較低，水分的蒸發(fā)與濃縮過程緩慢，而熱水箱內(nèi)熱水又采用混合式加熱，致使蒸汽冷凝水在熱水箱內(nèi)不斷聚積，自來水的實(shí)際補(bǔ)充量很少，水質(zhì)發(fā)生變化。

5.3 水中溶解氧導(dǎo)致電化學(xué)腐蝕

該公司使用液氯氣化器為敞開式結(jié)構(gòu)，水溫始終保持在65～85℃。水溫低于77℃時，敞口設(shè)備中溶解氧的腐蝕性隨著水溫的升高而增強(qiáng)；水溫在48．9℃時，相同濃度下溶解氧對碳鋼的腐蝕速率接近25℃時的2倍。

6 氣化器改造設(shè)計、改進(jìn)措施

6.1 氣化器結(jié)構(gòu)設(shè)計調(diào)整

針對原先使用的氣化器液氯分配臺和氯氣分配臺設(shè)計均為內(nèi)置結(jié)構(gòu)，氣化器內(nèi)部無法充滿液體，造成分配臺與熱蒸汽和空氣直接接觸而腐蝕，以及震動現(xiàn)象，經(jīng)常出現(xiàn)泄漏事故和震動造成盤管破裂等問題發(fā)生，經(jīng)過分析，將原氣化器液氯分配臺和氯氣分配臺均設(shè)計為外置結(jié)構(gòu)?？梢员苊庖蚍峙渑_與蒸汽和空氣直接接觸造成的腐蝕，在正常運(yùn)行時保持氣化器殼體內(nèi)滿液體，氣化器頂部不存在熱空氣加劇腐蝕，同時也消除了因氣化過程中產(chǎn)生的震動，造成盤管破裂現(xiàn)象，氣化器改造前、后結(jié)構(gòu)示意圖分別見圖1和圖2。

圖1 氣化器改造前結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 氣化器改造后結(jié)構(gòu)示意圖

6.2 嚴(yán)把設(shè)備制作質(zhì)量關(guān)

新制作的4臺液氯氣化器，由上海森松氣化器制造，要求對所用無縫鋼管進(jìn)行嚴(yán)格的探傷檢驗(yàn)；對制作完的設(shè)備，盤管內(nèi)部不建議做水壓強(qiáng)度試驗(yàn)，因?yàn)樗畨涸囼?yàn)后一旦盤管內(nèi)部水分子置換和排不干凈，開車與氯氣接觸勢必導(dǎo)致對盤管的嚴(yán)重腐蝕，造成氣化器設(shè)備損壞，發(fā)生泄漏事故，給人員、環(huán)境和安全穩(wěn)定生產(chǎn)來了極大危害。嚴(yán)格進(jìn)行常規(guī)性氣密性試驗(yàn)，按氣密性試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)采用氦檢、焊縫100%X射線探傷檢查等，確保不留下任何制作缺陷與隱患。

7 結(jié)語

自2014年2月開始，該公司陸續(xù)對所有液氯氣化器進(jìn)行了改造，改造后的液氯氣化器運(yùn)行至今，設(shè)備正常，未發(fā)生過一起點(diǎn)腐蝕和氣化器震動導(dǎo)致焊口破裂等泄漏現(xiàn)象，大大降低了維護(hù)和維修成本、換熱效果好、安全可靠，達(dá)到了設(shè)備安全運(yùn)行及提高使用壽命的目的，同時更好的確保了下游產(chǎn)業(yè)鏈生產(chǎn)裝置的安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行。