離子膜燒堿蒸發(fā)裝置運(yùn)行總結(jié)

劉 海

（東營(yíng)市赫邦化工有限公司，山東 東營(yíng) 257091）

東營(yíng)市赫邦化工有限公司隸屬于山東海科化工集團(tuán)，電解槽采用旭化成生產(chǎn)的膜極距離子膜電解槽，2013年4月投產(chǎn)，目前燒堿生產(chǎn)能力為20萬(wàn)t/a（燒堿折百）。配套50%燒堿蒸發(fā)裝置采用瑞士博特的工藝技術(shù)及主要設(shè)備，2013年10月投產(chǎn)，生產(chǎn)能力為15萬(wàn)t/a（燒堿折百）。

1 工藝流程概述

32%的NaOH溶液被送入第一級(jí)蒸發(fā)器，EV－1101降膜蒸發(fā)器的物料側(cè)是負(fù)壓。液堿一次流過(guò)的過(guò)程中，被蒸發(fā)至37%，產(chǎn)生的二次蒸汽通過(guò)D－1101管道被送至C－7101表面冷凝器。在表面冷凝器中，二次蒸汽被冷卻水間接冷凝。惰性的氣體被P－7102水環(huán)真空泵抽出。通過(guò)P－1101泵將37%液堿從第一級(jí)蒸發(fā)器底部排出；液堿流過(guò)HE－1511和HE－1521換熱器。流經(jīng)換熱器時(shí)，37%液堿被加熱。液堿一次流過(guò)第二級(jí)蒸發(fā)器時(shí)，EV－1201降膜蒸發(fā)器的物料側(cè)的壓力是負(fù)壓；液堿被濃縮至42%。此處產(chǎn)生的二次蒸汽用于加熱第一級(jí)蒸發(fā)器。通過(guò)P－1201泵將42%液堿從第二級(jí)蒸發(fā)器底部排出；液堿流過(guò)換熱器 HE－1541，HE－1551（管殼式）。流經(jīng)2臺(tái)換熱器的過(guò)程中，42%液堿被來(lái)自降膜蒸發(fā)器EV－1301的50%的堿液和生蒸汽冷凝液加熱。在一次流過(guò)第三級(jí)蒸發(fā)器時(shí)，在壓力狀態(tài)下，EV－1301降膜蒸發(fā)器生產(chǎn)出需要的產(chǎn)品；液堿被濃縮至50%，此處產(chǎn)生的二次蒸汽用于加熱第二級(jí)蒸發(fā)器。第三級(jí)蒸發(fā)器是通過(guò)生蒸氣來(lái)加熱的。生蒸汽冷凝液和流出EV－1301蒸發(fā)器的50%液堿用于預(yù)濃縮液堿的預(yù)熱。通過(guò)P－1301泵將50%液堿從EV－1301蒸發(fā)器底部排出；液堿流過(guò)HE－1541，HE－1511和HE－1531冷卻器后流出界區(qū)。流經(jīng)HE－1531水冷換熱器時(shí)，產(chǎn)品溫度降至45℃。二次蒸汽冷凝液被收集在T－7101罐內(nèi)，P－7101泵將冷凝液排出裝置，排出的冷凝液溫度在60℃左右。

第一級(jí)降膜蒸發(fā)器，使用來(lái)自第二級(jí)蒸發(fā)器的二次蒸汽加熱；第二級(jí)降膜蒸發(fā)器，使用來(lái)自第三級(jí)蒸發(fā)器的二次蒸汽加熱；第三級(jí)降膜蒸發(fā)器使用中壓生蒸汽加熱。

2 運(yùn)行情況及探討分析

燒堿蒸發(fā)裝置自建成投用以來(lái)，運(yùn)行比較穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)了無(wú)人值守模式，但也遇到了幾個(gè)方面的問(wèn)題。

2.1 燒堿蒸發(fā)HE1541工位的板式換熱器使用壽命問(wèn)題

瑞士博特提供的主要設(shè)備中包含HE1541工位的板式換熱器1臺(tái)（板片為Ni201，厚度0.6 mm；膠墊為HT EPDM材質(zhì)），利用50%燒堿（最高工作溫度達(dá)165.1℃）的余熱給42%燒堿（最高工作溫度達(dá)162.6℃）進(jìn)行預(yù)熱，累計(jì)運(yùn)行約2年后，部分板片出現(xiàn)了腐蝕穿孔，隨后板片腐蝕穿孔的問(wèn)題越來(lái)越多。2016年更換安裝了一臺(tái)國(guó)產(chǎn)同材質(zhì)的板式換熱器，運(yùn)行約1年也出現(xiàn)部分板片在導(dǎo)流區(qū)部位的腐蝕穿孔問(wèn)題。對(duì)于如此高溫的濃堿工況，腐蝕性也翻了多倍，鎳材的年腐蝕速率和板片導(dǎo)流區(qū)的高速?zèng)_刷，使得板式換熱器的可靠性大大降低。

經(jīng)查腐蝕數(shù)據(jù)與選材手冊(cè)，＜50%燒堿在150℃時(shí)的年腐蝕速率為＜0.05 mm/a，50%燒堿在150～450℃時(shí)的年腐蝕速率為0.05～0.5 mm/a。由此可見(jiàn)，該工況下的年腐蝕速率應(yīng)是略大于0.05 mm/a，但50%燒堿和42%燒堿在板片兩側(cè)同時(shí)流動(dòng)，也導(dǎo)致腐蝕的速度加大。

工藝設(shè)計(jì)中，熱量回收主要是通過(guò)板式換熱器達(dá)到的，而墊片式板式換熱器受板式換熱器上EPDM（三元乙丙橡膠)密封墊使用安全的限制，一般安全運(yùn)行的溫度高限為150～160℃。

高溫高濃度燒堿的強(qiáng)腐蝕性和強(qiáng)滲透性很難避免，年腐蝕速率問(wèn)題就一直存在。板式換熱器雖然在該工位的年腐蝕率略高，但其換熱效率非常高，若能工作在150℃以下較理想，不僅燒堿的腐蝕性降低，而且膠墊的使用壽命也有保障，例如HE1511、HE1521、HE1531 工位的板式換熱器使用效果較好。固定管板式列管換熱器的換熱管束厚度一般都是板式換熱器板片幾倍，所以能有效放緩年腐蝕速度的問(wèn)題，但是換熱效率較低。

該工位的優(yōu)化方案有2個(gè)：（1）該工位更換為1臺(tái)列管式鎳材換熱器，估算投資200萬(wàn)元；（2）1臺(tái)小面積列管換熱器串聯(lián)1臺(tái)板式換熱器，將50%燒堿和42%燒堿高于150℃的工況控制在小面積列管換熱器區(qū)域內(nèi)，低于150℃的工況控制在板式換熱器區(qū)域內(nèi)。估算投資小面積列管換熱器50萬(wàn)元，板式換熱器35萬(wàn)元，既可節(jié)省投資115萬(wàn)元，同樣可提高安全穩(wěn)定性。方案示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 HE1541AI位優(yōu)化方案示意圖

2.2 50%成品燒堿的黑色可見(jiàn)雜質(zhì)問(wèn)題

50%燒堿中黑末雜質(zhì)的全成分分析見(jiàn)表1。

表1 50%燒堿中黑末雜質(zhì)的全成分分析%

從表1的分析數(shù)據(jù)中看（通過(guò)富集收集200 g樣品，外委專業(yè)檢測(cè)單位），鉻（Cr）和鐵（Fe）的成分占比分別是0.65%和7.87%，雖然進(jìn)燒堿裝置的管道是S30408不銹鋼（主要成分Ni：8.00%～10.50%；Cr：18.00%～20.00%；Fe：66.515%～71.015%；其他元素共2.985%），有一定的輕微腐蝕，但不是燒堿中的黑色雜質(zhì)的主要成分。鎳（Ni）成分的占比較大，說(shuō)明黑色雜質(zhì)大多來(lái)自鎳材設(shè)備和管道的年腐蝕速率問(wèn)題造成的。

采用了過(guò)濾精度1 μm的濾袋式燒堿過(guò)濾器進(jìn)行截留50%燒堿中的黑色顆粒雜質(zhì)，效果良好。濾袋價(jià)格便宜，一般二三個(gè)月更換一次（主要決定于截留雜質(zhì)的含量多少和污堵的速度）。

2．3 水環(huán)真空泵的能力時(shí)有不足問(wèn)題

運(yùn)行約2年時(shí)，出現(xiàn)過(guò)真空泵能力不足的現(xiàn)象。工作液溫度控制＜40℃，但是表面冷凝器的檢查發(fā)現(xiàn)降溫效果不佳，導(dǎo)致進(jìn)入真空泵的氣體熱膨脹體積較大，真空泵能力略顯不足。經(jīng)過(guò)清洗表面冷凝器之后，恢復(fù)正常運(yùn)行。

2．4 板式換熱器微滲漏問(wèn)題

在工位 HE1511、HE1521、HE1531 都是瑞士博特供貨的板式換熱器（APV生產(chǎn))，使用效果不錯(cuò)，唯一問(wèn)題就是開(kāi)停車過(guò)程中易出現(xiàn)微滲漏現(xiàn)象，但是達(dá)到穩(wěn)定工作溫度后會(huì)自動(dòng)恢復(fù)正常。分析認(rèn)為是開(kāi)停車的過(guò)程中溫升或溫降比較快，板片和密封膠墊的膨脹線速度不同，造成的微滲漏。措施是對(duì)溫升或溫降速度做了調(diào)整規(guī)定，要求＜±10℃/min，驗(yàn)證有一定改善效果。

3 結(jié)語(yǔ)

燒堿蒸發(fā)裝置自投入運(yùn)行以來(lái)，生產(chǎn)比較穩(wěn)定，自動(dòng)化程度高。但由于第二、三效降膜蒸發(fā)器的燒堿在高溫高濃度的苛刻工況條件下，苛化腐蝕能力極強(qiáng)，對(duì)設(shè)備及管道的腐蝕難以避免，只是速率高低的問(wèn)題?？赏ㄟ^(guò)幾種針對(duì)性的優(yōu)化措施，解決問(wèn)題，使燒堿蒸發(fā)裝置保質(zhì)保量、穩(wěn)定可靠運(yùn)行。