煅燒工序熱母液輸送能力提升方法的探討

(連云港堿業(yè)有限公司，江蘇 連云港 222042)

在氨堿法生產(chǎn)純堿的過程中，煅燒工序在濕重堿的加熱分解生產(chǎn)輕質(zhì)純堿時，產(chǎn)生的水分直接形成水蒸汽，與同時生成的CO2、氨氣、堿塵等共同組成爐氣，該混合氣體經(jīng)旋風(fēng)分離器后，將部分純堿固體粉末分離后，剩余氣體進(jìn)熱堿液塔進(jìn)一步除塵，二次除塵后的氣體進(jìn)入熱母液洗滌塔，與重堿車間來的冷母液逆流接觸，將冷母液加熱，制成熱母液，后由熱母液泵輸送回重堿車間蒸氨工序。這個過程產(chǎn)生的熱母液由于溫度高、濃度大，輸送過程中存在很多的困難，如果處理不當(dāng)，將會引發(fā)母液系統(tǒng)以及煅燒工序波動，嚴(yán)重時會波及全廠生產(chǎn)穩(wěn)定運行。所以，熱母液的輸送能力是煅燒后系統(tǒng)重要的操作指標(biāo)，我公司近十年內(nèi)，多次對熱母液的輸送系統(tǒng)進(jìn)行多項改造，消除了生產(chǎn)過程中存在的問題，提升熱母液的輸送能力。本文結(jié)合多年來改造成果進(jìn)行總結(jié)，希望對于其他堿廠遇到同類問題有所幫助。

1 熱母液輸送過程中主要存在的問題

我公司煅燒工序原有三臺中通集團(tuán)生產(chǎn)的TB200-150-400B(后文簡稱小泵)熱母液泵。2003年1#泵進(jìn)行技術(shù)改造，更換為西安泵閥的10TB-10AFQ泵(后文簡稱大泵)，改造過程中，該臺泵獨立使用一根進(jìn)液管線，其它兩臺2#、3#泵共同使用一根進(jìn)液管線。

日常生產(chǎn)時開一臺大泵或兩臺小泵，在當(dāng)時的產(chǎn)量條件下，生產(chǎn)一直很平穩(wěn)。2008年，由于產(chǎn)能提升，熱母液輸送量需求隨之增加，原有的熱母液泵工作能力已無法滿足生產(chǎn)需求，一旦大泵停修，將直接導(dǎo)致系統(tǒng)減量運行。2008年我公司將3#泵改為10TB-10AFQ，管線與2#泵共用，日常生產(chǎn)時開一大一小兩臺泵滿足了生產(chǎn)，但問題隨之顯現(xiàn)。

表1 各種熱母液泵的主要參數(shù)

主要問題如下：熱母液輸送量在750～800 m3/h，如表1可以看出一大一小運行完全滿足生產(chǎn)需要。但在2008年技改后的3#泵因與小泵共用一條管線，實際作業(yè)過程中，因兩臺熱母液泵性能差距過大，為保證兩臺泵流量平衡，往往盡量將大泵進(jìn)液閥門開度降低，但是尺度非常難以控制；且由于熱母液粘度隨堿塵含量、溫度等因素不斷變化，經(jīng)常出現(xiàn)液體中含氣量過多，在經(jīng)過泵體輸送時，會導(dǎo)致泵體的異常振動，這些振動引起了泵的軸承損傷、過流部件壽命降低、管道振動、管件螺栓頻繁松動、出口軟連接炸裂等一些故障，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)穩(wěn)定運行。

同時因母液中存在游離氨且本身溫度較高，在管道變徑、變向等處易出現(xiàn)汽泡，輸送效率低，能耗較高。

2 熱母液輸送過程中問題產(chǎn)生的原因分析

針對以上情況進(jìn)行了認(rèn)真的排查分析，主要原因有以下幾個方面：

1)管道設(shè)計布置不合理：熱母液泵進(jìn)液管道是建廠初期負(fù)荷較低情況下布置結(jié)構(gòu)，可以滿足當(dāng)時的生產(chǎn)要求。在后期純堿產(chǎn)量提升后，雖然對熱母液泵進(jìn)行能力升級，但是泵的進(jìn)口管線沒有進(jìn)行同步升級，特別是2#與3#兩臺泵共用一根進(jìn)液管線，如果同時開啟2#與3#泵，進(jìn)液管線很難滿足泵取液的要求，輸送能力大大折扣。同時泵的進(jìn)液管在總管布置過于集中，也不利于泵同時運行時的取液均勻分布。

2)堿液中帶氣：氨堿法生產(chǎn)純堿過程中，熱母液的“汽液兩相”問題是非常明顯的，冷母液被預(yù)熱后，部分氨氣、二氧化碳等氣體充分揮發(fā)，導(dǎo)致輸送的液體中存在大量的氣體，這些氣體在熱母液輸送過程中，對泵、管道等沖擊非常嚴(yán)重，是振動產(chǎn)生的最主要根源，同時氣體也是泵的葉輪氣蝕最主要的原因。

3)泵的能力受限：前期雖然將TB200-150-400B泵升級改造為10TB-10AFQ泵，但是生產(chǎn)運行中能力還是不足，需要三臺泵開兩臺運行，運行時兩臺泵要人工經(jīng)常調(diào)節(jié)進(jìn)出口閥門，保證泵的取液均勻及泵體振動最小，穩(wěn)定性不夠，同時人員調(diào)節(jié)工作量較大。

3 熱母液輸送過程中問題對生產(chǎn)造成的影響

上述熱母液輸送過程產(chǎn)生的各種問題對純堿生產(chǎn)造成的影響是非常明顯的，主要有以下幾個方面：

1)由于管道設(shè)計布置不合理，導(dǎo)致兩臺泵在輸送熱母液過程中，管道輸送能力不足，從而導(dǎo)致泵的輸送能力不足。

2)因塔內(nèi)進(jìn)出母液流量需保持平衡，所以送出熱母液流量如果減少，將會影響進(jìn)入熱母液塔的冷母液量，這時爐氣在熱母液塔內(nèi)得不到充分洗滌、冷卻，直接導(dǎo)致熱母液塔出氣溫度偏高，進(jìn)而影響后系統(tǒng)設(shè)備運行，尤其造成冷卻系統(tǒng)冷卻水量被動增大。

3)熱母液輸送能力下降后，易造成熱母液塔液位偏高，進(jìn)而導(dǎo)致煅燒爐的爐氣系統(tǒng)阻力增加，煅燒爐將被迫減量作業(yè)。

4)實際生產(chǎn)操作來看，冷母液經(jīng)過熱母液塔換熱以后進(jìn)入重堿熱母液桶，熱母液溫度大約在75 ℃；如果冷母液不能通過熱母液塔換熱，而是走短路直接進(jìn)入重堿車間的熱母液桶，這時重堿工序的熱母液溫度大約在65 ℃，溫差大約在10 ℃，進(jìn)而造成噸堿成本消耗增加。所以，冷熱母液流量平衡也是后系統(tǒng)控制的重點之一。

4 解決措施

4.1 工藝管線改造

進(jìn)液管設(shè)計和分布不合理帶來的影響是最明顯的，所以先從進(jìn)液管實施改造，將原有的兩條進(jìn)液管線改為各自獨立的三條支管，各自接入三臺對應(yīng)的熱母液堿泵，取液口在總管上的布置互相之間保證一定距離，避免因性能差異過大而導(dǎo)致兩泵爭量，進(jìn)而影響熱母液的輸送。

4.2 在進(jìn)液管線上增加“呼吸管”

通過上文分析，目前生產(chǎn)中熱母液的“汽液兩相”問題也是非常明顯的，冷母液被預(yù)熱后，部分二氧化碳等氣體揮發(fā)產(chǎn)生，導(dǎo)致輸送的液體中存在大量的氣體。從工藝改造方面在泵的進(jìn)口管線上增加DN50 “呼吸管”，排出部分二氧化碳等氣體，有效解決泵的氣蝕現(xiàn)象。呼吸管的高度應(yīng)高于母液桶的液位。

4.3 將母液洗滌塔與螺旋板換熱器、冷凝液槽做成一臺整體塔

母液往重堿轉(zhuǎn)送的時候需要母液泵來進(jìn)行輸送，一是要平衡好兩個車間的母液桶液位，二是在輸送過程中因母液溫度高(我廠控制溫度是不小于67 ℃)，母液中含氨與二氧化碳，存在汽液兩相，造成泵頻繁不上量。

將母液洗滌塔與配套的螺旋板換熱器和冷凝液槽設(shè)計為一個整體，之間采用短管進(jìn)行串聯(lián)，母液洗滌塔放在螺旋板換熱器與冷凝液槽的上方，從母液洗滌塔的塔底直接接一根管線到重堿熱母液桶內(nèi)，利用現(xiàn)有的母液塔高度形成的壓力差讓母液自流至熱母液桶內(nèi)，母液溫度可達(dá)到80～85 ℃，徹底解決母液通過泵輸送中出現(xiàn)的汽液兩相造成的泵不上量問題。最終可以將三臺熱母液泵取消掉，每年可節(jié)電280萬kWh，同時解決煅燒車間與重堿車間母液輸送的平衡問題。

圖1 母液洗滌塔改造后示意圖

4.4 熱母液泵的升級改造

首先對工藝條件進(jìn)行分析，熱母液輸送量按最大輸送量計算，同時綜合考慮各方面因素，熱母液輸送量按850 m3/h來計算，取泵的工作效率70%，重力加速度g為 9.8 m/s2，可根據(jù)以下公式計算得出：

軸功率計算公式P泵=Q×H×ρ×9.8/(3 600×η×1 000)

一效堿泵Q=850 m3/h，H=60 m，η=70%，ρ=1 100 kg/m3

一效堿泵軸功率P泵=850×60×1 100×9.8/(0.7×3 600×1 000)=218.3 kW

根據(jù)軸功率計算選用電機系數(shù)，系數(shù)為1.1。泵用電機選用250KW-4高效節(jié)能電機。根據(jù)計算結(jié)果選用西安泵閥生產(chǎn)的12TB-10泵，同時結(jié)合現(xiàn)場汽液兩相的實際情況，對葉輪的流道進(jìn)行加寬65 mm處理，能夠滿足現(xiàn)場的使用。

表2 12TB-10泵的主要參數(shù)

12TB-10泵的特點：

1)采用填料加副葉輪的動密封，具有結(jié)構(gòu)簡單維修方便、低成本，密封效果好的優(yōu)點，而且為了生產(chǎn)的穩(wěn)定，要求此種密封要經(jīng)久耐用。

1)葉輪、副葉輪、隔板、填料函等壁厚在原有基礎(chǔ)進(jìn)行加厚處理，承壓較高，抗汽蝕能力更強。

3)對葉輪流道進(jìn)行加寬處理，避免汽液兩相造成的泵能力下降，有效解決進(jìn)口負(fù)壓，同時降低汽蝕量。

表3 改造前后生產(chǎn)數(shù)據(jù)比較

5 改造后運行效果

通過以上工藝及設(shè)備方面的改造后，泵使用壽命大幅延長，節(jié)約維修費用；呼吸管的增加可將母液總管中存在的二氧化碳等多余氣體排出，避免泵輸送過程中存在的汽液兩相問題，有效解決泵的氣蝕問題，穩(wěn)定生產(chǎn)運行。同時爐氣能夠在母液塔內(nèi)得到有效洗滌、冷卻，降低熱母液塔出汽溫度，減少螺旋板換熱器的循環(huán)水使用量；減輕系統(tǒng)阻力，產(chǎn)能得以提高，降低噸堿成本。

從經(jīng)濟(jì)成本分析，改造后實現(xiàn)了熱母液泵一開一備，出口流量困難的現(xiàn)象將徹底解決，泵的效率得到有效提高，更為節(jié)能，每年僅電量就可為廠里節(jié)約180萬kWh。同時泵改造后備件實現(xiàn)統(tǒng)一管理，避免了同時準(zhǔn)備兩種型號備件儲備，降低了庫存積壓。