氯化氫合成爐副產(chǎn)蒸汽回收利用

吳二寶

（安徽華塑股份有限公司，安徽 定遠(yuǎn)233290）

安徽華塑股份有限公司一期工程為年產(chǎn)32 萬t燒堿和46 萬t PVC， 其中燒堿裝置于2010 年11 月開工建設(shè)，2012 年9 月一次開車成功； 共有8 臺氯化氫合成爐（7 開1 備），氯化氫合成爐單臺產(chǎn)能為135 t/d，氯化氫合成爐結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。

1 問題提出的背景及解決方案

氯氣和氫氣在氯化氫合成爐中反應(yīng)生成氯化氫氣體，反應(yīng)的過程中放出大量的熱量；華塑公司氯化氫合成爐結(jié)構(gòu)分為三段，底部為燃燒段；中部高溫區(qū)域?yàn)楦碑a(chǎn)蒸汽段，脫鹽水從底部進(jìn)入，生成過熱水，在閃蒸罐內(nèi)閃蒸得到低壓蒸汽；頂部為氯化氫冷卻段，將氯化氫氣體冷卻到40 ℃左右。

原設(shè)計(jì)合成爐生產(chǎn)的蒸汽壓力為0.25 MPa，用于驅(qū)動溴化鋰機(jī)組生產(chǎn)7 ℃水用。 經(jīng)過一段時(shí)間運(yùn)行，副產(chǎn)蒸汽產(chǎn)量能達(dá)到設(shè)計(jì)值，但因前期設(shè)計(jì)余量較大， 溴化鋰機(jī)組運(yùn)行不能完全消化副產(chǎn)蒸汽，當(dāng)系統(tǒng)滿負(fù)荷時(shí)，副產(chǎn)蒸汽約有7.5 t/h 的蒸汽無法利用，只能排空，造成脫鹽水及熱能的大量浪費(fèi)。

圖1 合成爐結(jié)構(gòu)示意圖

為了充分利用這部分副產(chǎn)蒸汽，經(jīng)討論，提出兩個(gè)利用方向作為回收利用副產(chǎn)蒸汽的方案。

方案一： 將副產(chǎn)蒸汽送至一次鹽水及電解工序，供鹽水加熱用；方案二：提高副產(chǎn)蒸汽壓力到0.4 MPa（表壓），送至低壓蒸汽管網(wǎng)，供系統(tǒng)低壓蒸汽用戶使用。

方案一將副產(chǎn)蒸汽送至一次鹽水及電解工序加熱鹽水，因正常生產(chǎn)時(shí)鹽水溫度較高，加熱鹽水所需蒸汽需求不大，7.5 t/h 副產(chǎn)蒸汽無法用完，仍會有蒸汽放空。 因此該方案最終未被采用。 方案二將副產(chǎn)蒸汽提升壓力后并入低壓蒸汽管網(wǎng)；該方案對系統(tǒng)可能造成兩個(gè)影響：（1）蒸汽壓力提升后，氯化氫合成爐內(nèi)部石墨塊能否安全運(yùn)行需要確認(rèn)。 （2）原設(shè)計(jì)中副產(chǎn)蒸汽送溴化鋰機(jī)組生產(chǎn)7 ℃水，溴化鋰機(jī)組減溫減壓閥能否耐受壓力較高的蒸汽需要確認(rèn)。 經(jīng)咨詢合成爐廠家，副產(chǎn)蒸汽壓力提升后，石墨塊的運(yùn)行不受影響； 溴化鋰機(jī)組所配套的減溫減壓閥能夠?qū)?.4 MPa 的低壓蒸汽降至機(jī)組所需的壓力。

2 流體力學(xué)計(jì)算

2.1 計(jì)算基準(zhǔn)

（1）燒堿裝置共8 臺合成爐，正常7 開1 備，單臺合成爐滿負(fù)荷生產(chǎn)135 t/d 氯化氫， 生產(chǎn)1 t 氯化氫副產(chǎn)蒸汽0.6 t。

（2）蒸汽壓力P=0.4 MPa（G）；溫度T=151.7 ℃；蒸汽密度ρ=2.667 3 kg/m3；

2.2 阻力計(jì)算

（1）滿負(fù)荷生產(chǎn)蒸汽產(chǎn)量

Q=W×N×0.6/24=135 t/d×7×0.6/24=23.625（t/h）

V=Q/ρ=23.635 t/h×1 000 kg/t/2.66 kg/m3=8 881.58（m3）

（2）流速確定

根據(jù)《化工工藝設(shè)計(jì)手冊》提供常用介質(zhì)流速主管30～40 m/s；支管流速20～30 m/s。 μ=0.0144 5 cp

確定回收管徑DN350 滿負(fù)荷u=v/3 600π r2=8 881.5/（3 600×3.14×0.175 2） =25.65（m/s）。符合工藝要求。

（3） 雷 諾 準(zhǔn) 數(shù) 的 確 定：Re=duρ/μ=（0.35 m×25.65 m/s×2.66 kg/m3）/0.0144 5 mpa.s=1.653×106

（4）取鋼管管壁絕對粗糙度0.1

ε/d=0.1 mm/350 mm=2.857×10-4

（5）λ=0.014 5

（6）ΔP=λ （（1+∑le）/d） ρu2/2=0.014 5×（25+13.4+26.82+8.23×6+45.42+137.16×2）/d× 25.652×2.66/2=15.745（kPa）。

壓力降在15.745 kPa。 DN350 管線回收全部蒸汽沒有問題。

2.3 現(xiàn)有管徑回收計(jì)算

（1）如果選用現(xiàn)有DN200 管線實(shí)現(xiàn)在溴化鋰機(jī)組全部停運(yùn)時(shí)回收全部7 臺合成爐滿負(fù)荷生產(chǎn)產(chǎn)生的蒸汽。 流速u=78 m/s，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出規(guī)范30～40 m/s的規(guī)范要求，不可?。ìF(xiàn)有管線只能回收部分氣體，如果實(shí)現(xiàn)全部回收需要將原有管徑DN200 放大到DN350。

（2）在2 臺溴化鋰機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行，7 臺合成爐運(yùn)行。

V=V總-V溴化鋰=（23.625 t/h-16 t/h）/2.66 kg/m3=7.625 t/h=2 866.54 （m3）

u=v/3 600πr2=2 866.54/（3 600×3.14×0.01） =25.35（m/s）

Re=duρ/μ=（0.2 m×25.35×2.666 kg/m3）/0.014 45 mPa.s=0.933 3×106

取鋼管管壁絕對粗糙度0.1

ε/d=0.1 mm/200 mm=5×10-4

λ=0.018

ΔP=λ （1+∑le）/d） ρu2/2=0.018×（25+7.32+14.63+4.88×6+27.43+82.30×2）/d× 25.352×2.66/2=20.635（kPa）。

從輸送阻力來判斷可以順利進(jìn)行回收。

（3）現(xiàn)有管徑回收全部蒸汽壓降情況。

u=v/3 600πr2=8 881.5/（3 600×3.14×0.01）=78.56（m/s）

Re=duρ/μ=（0.2m×78.56 m/s×2.66 kg/m3）/0.014 45 mpa.s=2.8×106

取鋼管管壁絕對粗糙度0.1

ε/d=0.1 mm/200 mm=5×10-4

λ=0.02

ΔP=λ （（1+∑le）/d） ρu2/2=0.02×（25+7.32+14.63+4.88×6+27.43+82.30×2）/d× 78.56×1.33=215 （kPa）。

輸送合成爐全部副產(chǎn)蒸汽需要2.15 kg/cm2的壓力差。 系統(tǒng)壓力以3.5 kg/cm2； 合成爐設(shè)計(jì)壓力5.6 kg/cm2；操作壓力最高4.5 kg/cm2。

2.15 kg/cm2+3.5 kg/cm2=5.65（kg/cm2）超過合成爐設(shè)計(jì)壓力。

所以要想實(shí)現(xiàn)全部回收合成爐副產(chǎn)蒸汽，并網(wǎng)管徑需要選擇DN350 的管徑。

上面的工藝計(jì)算已經(jīng)說明， 經(jīng)過合理的改造后，合成爐可以生產(chǎn)0.4 MPa 的低壓蒸汽。

3 改造中存在的問題

副產(chǎn)蒸汽回收改在中，當(dāng)出現(xiàn)低壓蒸汽管網(wǎng)壓力上升時(shí)， 并網(wǎng)管路上需要設(shè)置放空管和止回閥，發(fā)生憋壓造成合成爐損壞。

副產(chǎn)蒸汽回收改造完成后，每小時(shí)能回收低壓蒸汽7.625 t，按照年運(yùn)行時(shí)間8 000 h，0.4 MPa 低壓蒸汽價(jià)格按照100 元/t 計(jì)，每年可以節(jié)約600 萬元。

4 結(jié)語

副產(chǎn)蒸汽回收改造，經(jīng)過近五年的運(yùn)行，合成爐運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定， 未出現(xiàn)合成爐因蒸汽壓力高造成設(shè)備內(nèi)漏現(xiàn)象，除因管網(wǎng)壓力波動造成蒸汽放空外，系統(tǒng)運(yùn)行正常，溴化鋰機(jī)組運(yùn)行正常。為了降低蒸汽壓力上升對合成爐墊片壽命的影響， 需要重新調(diào)整合成爐循環(huán)檢修的周期，確保生產(chǎn)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。