堿蒸發(fā)裝置蒸汽冷凝液回收利用

田 勇，王 尚，周靈芳

（青島海灣化學(xué)股份有限公司，山東 青島 266000）

蒸發(fā)工藝是石油、 化工和制藥等行業(yè)常見的單元，大多用來對(duì)物料進(jìn)行蒸發(fā)、濃縮、結(jié)晶、干燥和滅菌等處理，其發(fā)展經(jīng)歷了單效蒸發(fā)技術(shù)、多效蒸發(fā)技術(shù)、蒸汽噴射壓縮技術(shù)以及機(jī)械蒸汽再壓縮技術(shù)。對(duì)于32%離子膜堿的蒸發(fā)濃縮，行業(yè)內(nèi)多采用多效蒸發(fā)技術(shù)。

多效蒸發(fā)生產(chǎn)技術(shù)是指將蒸發(fā)過程中產(chǎn)生的大量含有潛熱的二次蒸汽回收通入另一蒸發(fā)器的加熱室， 通過調(diào)節(jié)使后者操作壓強(qiáng)和溶液沸點(diǎn)低于原蒸發(fā)器的操作壓強(qiáng)和沸點(diǎn)， 使通入的二次蒸汽起到再次加熱作用的技術(shù)。 多效蒸發(fā)技術(shù)中的每一個(gè)蒸發(fā)器稱為一效，凡通入加熱蒸汽的蒸發(fā)器稱為第一效，用第一效的二次蒸汽作為加熱劑的蒸發(fā)器稱為第二效，以此類推，所以多效蒸發(fā)技術(shù)具有蒸汽消耗低的優(yōu)點(diǎn)。 多效蒸發(fā)產(chǎn)生大量的生蒸汽冷凝液和工藝蒸汽冷凝液，直接排放不僅造成水資源浪費(fèi)，也會(huì)造成大量的熱量損失。

結(jié)合青島海灣化學(xué)股份有限公司（以下簡稱“海灣化學(xué)”）目前在用的堿蒸發(fā)裝置，介紹堿蒸發(fā)裝置產(chǎn)生的生蒸汽冷凝液和工藝蒸汽冷凝液循環(huán)再利用的措施及經(jīng)濟(jì)效益。

1 工藝流程簡述

（1）電解流程

海灣化學(xué)現(xiàn)有離子膜電解裝置1 套， 主要作用是將二次精制鹽水通電電解產(chǎn)生氯氣、氫氣、燒堿及淡鹽水。 其主要流程如下。

陽極系統(tǒng)： 來自精制鹽水儲(chǔ)罐的二次精制鹽水由精制鹽水泵送至二次精制鹽水高位槽， 在重力作用下精制鹽水進(jìn)入離子膜電解槽由電槽陽極分配器分配到每個(gè)單元的陽極室進(jìn)行電解， 產(chǎn)生低濃度的含氯淡鹽水， 經(jīng)匯總后由泵送至脫氯裝置進(jìn)行脫氯回收氯氣，淡鹽水送至一次鹽水配水罐。

陰極系統(tǒng)：由電解精鹽水產(chǎn)生的32%濃度的燒堿，經(jīng)匯總后進(jìn)入陰極液循環(huán)罐，其中一部分作為循環(huán)堿由循環(huán)堿泵輸送， 通過換熱器與高溫蒸汽換熱到合適的槽溫后進(jìn)入循環(huán)堿高位槽， 高位槽的循環(huán)堿在重力作用下進(jìn)入離子膜電解槽進(jìn)行循環(huán)， 另一部分作為成品堿， 經(jīng)成品堿換熱器降溫后送至燒堿罐區(qū)， 還有一部分不換熱直接送到蒸發(fā)淡堿罐進(jìn)行提濃。 電解工藝流程圖見圖1。

圖1 電解工藝流程圖

（2）堿蒸發(fā)流程

海灣化學(xué)現(xiàn)有產(chǎn)能為25 萬t/a 和30 萬t/a 的堿蒸發(fā)裝置共2 套。 堿蒸發(fā)裝置的主要作用是將低濃度的32%燒堿通過蒸汽加熱的方式變成濃度更高的50%燒堿，其主要流程為來自離子膜電解的32%堿液由32%燒堿輸送泵送到一級(jí)降膜蒸發(fā)器，在一級(jí)降膜蒸發(fā)器中堿液被濃縮至36%。 36%堿液經(jīng)泵輸送，通過換熱器分別與50%NaOH 和蒸汽冷凝水換熱后進(jìn)入二級(jí)降膜蒸發(fā)器中被濃縮至42%，后由泵輸送并經(jīng)過換熱器加熱后送至三級(jí)降膜蒸發(fā)器被濃縮至50%。50%堿液由泵輸送并與一效堿、二效堿換熱后經(jīng)50%堿冷卻器與冷卻水換熱后送入50%燒堿罐。

三級(jí)降膜蒸發(fā)器中的50%堿由蒸汽進(jìn)行加熱，產(chǎn)生的二次蒸汽作為二級(jí)降膜蒸發(fā)器的熱源，二級(jí)降膜蒸發(fā)器產(chǎn)生的二次蒸汽給一級(jí)降膜蒸發(fā)器加熱。蒸汽在三級(jí)降膜蒸發(fā)器加熱42%燒堿后形成生蒸汽凝液送至脫鹽水站再次精制成脫鹽水。 二級(jí)降膜蒸發(fā)器、一級(jí)降膜蒸發(fā)器以及表面冷凝器的堿性冷凝水匯入凝液收集槽中，由工藝蒸汽冷凝液泵送出，其中少量冷凝液經(jīng)換熱后作為效體泵機(jī)封水，其余高溫的冷凝液送至一次鹽水配水罐用作化鹽。堿蒸發(fā)裝置滿負(fù)荷狀態(tài)下一期、 二期堿蒸發(fā)產(chǎn)生45 m3/h生蒸汽冷凝液，產(chǎn)生80 m3/h工藝蒸汽冷凝液，蒸發(fā)單元流程見圖2。

圖2 堿蒸發(fā)工藝流程圖

（3）氫氣鍋爐

海灣化學(xué)有25 t/h和50 t/h氫氣鍋爐各一套，其主要作用是利用氫氣處理單元來的多余放空氫氣燃燒產(chǎn)生熱量， 給鹽水加熱產(chǎn)生高溫高壓蒸汽并送到公司蒸汽管網(wǎng)，供各裝置使用。其主要流程為來自氫氣處理工序的氫氣通過管道輸送至氫氣鍋爐界區(qū)，經(jīng)手閥、孔板流量計(jì)、過濾器、減壓閥和氣動(dòng)切斷閥后進(jìn)入氫氣鍋爐燃燒器的燃燒室； 空氣經(jīng)助燃風(fēng)機(jī)加壓后， 經(jīng)自動(dòng)調(diào)節(jié)閥后也進(jìn)入氫氣鍋爐燃燒器的燃燒室?？諝馀c氫氣按一定比例混合燃燒，在爐膛內(nèi)放出大量熱量并生成高溫?zé)煔猓?加熱鍋爐內(nèi)除氧水產(chǎn)生飽和蒸汽。 高溫?zé)煔饨?jīng)鍋爐及節(jié)能器換熱后直接從煙囪放空。

來自脫鹽水站的脫鹽水首先進(jìn)入脫鹽水箱，后經(jīng)除氧水泵送至除氧器進(jìn)行加熱除氧， 除氧后的脫鹽水由鍋爐給水泵經(jīng)節(jié)能器送至鍋爐上鍋筒進(jìn)行加熱產(chǎn)生飽和蒸汽。 生成的飽和蒸汽經(jīng)氣水分離后送至低壓蒸汽管網(wǎng)，供各裝置使用。氫氣鍋爐工藝流程圖見圖3。

圖3 氫氣鍋爐工藝流程圖

（4）脫鹽水制備工藝流程

海灣化學(xué)公用工程的脫鹽水站主要采用超濾+反滲透的膜分離技術(shù)來制取脫鹽水。

超濾原理是一種膜分離過程原理， 超濾是利用一種壓力活性膜，在外界推動(dòng)力（壓力）作用下截留水中膠體、顆粒和分子量相對(duì)較高的物質(zhì)，而水和小的溶質(zhì)顆粒透過膜的分離過程， 通過膜表面的微孔篩選可截留分子量為3×104～1×104的物質(zhì)。 當(dāng)被處理水借助于外界壓力的作用以一定的流速通過膜表面時(shí)， 水分子和分子量小于300～500 的溶質(zhì)透過膜，而大于膜孔的微粒、大分子等由于篩分作用被截留，從而使水得到凈化。 當(dāng)水通過超濾膜后，可將水中含有的大部分膠體硅除去， 同時(shí)可去除大量的有機(jī)物等。超濾對(duì)原水的適應(yīng)性好，濁度在200 以下的地表水均可有效處理， 對(duì)于膠體硅的去除率大大高于傳統(tǒng)法的多介質(zhì)和活性炭過濾， 超濾的采用大大提升了預(yù)處理的效果， 可保證其出水SDI 值穩(wěn)定在3 以下，增強(qiáng)了對(duì)反滲透系統(tǒng)的產(chǎn)水率，膜的使用壽命更可從傳統(tǒng)法保證的3 年延長到5 年。

反滲透原理是用足夠的壓力使溶液中的溶劑（一般是水）通過反滲透膜而分離出來，這個(gè)過程和自然滲透的方向相反， 稱為反滲透。 經(jīng)過反滲透處理，使水中雜質(zhì)的含量降低，提高水中的純度，其脫鹽率達(dá)到99%以上， 并能將水中大部分的細(xì)菌、膠體及大分子量的有機(jī)物去除。 反滲透法能適應(yīng)各類含鹽量的原水，尤其是在高含鹽量的水處理工程中，這種脫鹽水處理工藝能獲得很好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益[1]。

2 工藝現(xiàn)狀

燒堿蒸發(fā)裝置使用的蒸汽主要由熱電廠鍋爐加熱脫鹽水產(chǎn)生的蒸汽提供， 三效蒸發(fā)器加熱后產(chǎn)生的生蒸汽冷凝液主要成分是脫鹽水。 這些生蒸汽冷凝液被送回脫鹽水站的原水箱補(bǔ)水循環(huán)使用， 但是生蒸汽冷凝的溫度高于70 ℃，不滿足脫鹽水反滲透膜的使用要求， 在進(jìn)入膜過濾之前需要用循環(huán)水進(jìn)行降溫， 目前的蒸汽冷凝液使用工藝既增加了循環(huán)水使用成本又造成了熱資源浪費(fèi)。

堿蒸發(fā)裝置工藝蒸汽冷凝液主要是低濃度燒堿蒸發(fā)產(chǎn)生的蒸汽冷凝液形成的， 其主要成分為偏堿性脫鹽水， 這些工藝蒸汽冷凝液未經(jīng)降溫被送至配水罐作為化鹽水使用。 脫鹽水的生產(chǎn)制備成本遠(yuǎn)高于工業(yè)水，用于化鹽水導(dǎo)致高品質(zhì)水的浪費(fèi)，使生產(chǎn)成本升高。 目前用于化鹽的配水來源主要有脫氯淡鹽水、氫氣冷凝液、鹽泥壓濾水、脫硝滲透液、回收蒸汽冷凝液和補(bǔ)充的工業(yè)水等。 回收的蒸汽冷凝液和脫氯淡鹽水溫度高和水量大， 在夏季需要通過循環(huán)水板換換熱降溫后才能達(dá)到化鹽要求的使用溫度，造成了熱量損失。因此，工藝蒸汽冷凝液需要尋找更好的使用途徑，既降低生產(chǎn)成本，又減少熱量損失。

3 改進(jìn)分析

氯堿廠根據(jù)生產(chǎn)工藝調(diào)查了裝置內(nèi)使用脫鹽水的工藝節(jié)點(diǎn)， 主要用水點(diǎn)有氯堿裝置內(nèi)各機(jī)泵機(jī)封水、純水儲(chǔ)罐、氫壓機(jī)、冷凍水系統(tǒng)和鹽酸合成爐。對(duì)每個(gè)脫鹽水使用點(diǎn)從用水量、 施工難易度以及施工成本進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，具體見表1。

表1 脫鹽水使用點(diǎn)情況統(tǒng)計(jì)

由表1 可見，從施工難易程度及施工成本方面，電解純水儲(chǔ)罐、氫壓機(jī)、冷凍水系統(tǒng)以及氫氣鍋爐改造可行性較高， 但是作為氫壓機(jī)機(jī)封水使用的脫鹽水用量僅12 m3/h，一期、二期的生蒸汽冷凝液因未經(jīng)換熱冷卻，溫度較高，無法作為機(jī)封水使用，且工藝蒸汽冷凝液弱堿性，對(duì)氫壓機(jī)的機(jī)封、工作液換熱器和氣液分離罐等碳鋼設(shè)備有腐蝕作用。

另外， 堿蒸發(fā)裝置易因自身及外界因素影響而不能正常運(yùn)行， 如蒸汽管網(wǎng)異常停汽后受壓力聯(lián)鎖停車或因儀表、機(jī)泵等異常造成聯(lián)鎖跳停，導(dǎo)致無法向氫壓機(jī)持續(xù)穩(wěn)定的提供工藝蒸汽冷凝液， 極易致使氫壓機(jī)因機(jī)封水流量不足造成不可逆的損壞，因此堿性的工藝蒸汽冷凝液不適合作為氫壓機(jī)的機(jī)封水使用。

氯堿裝置冷凍水系統(tǒng)是用離心式冷水機(jī)組將脫鹽水冷卻至5 ℃供生產(chǎn)使用， 系統(tǒng)中的脫鹽水屬于閉環(huán)循環(huán)，由起點(diǎn)分別為氯堿裝置、VCM 裝置供5 ℃冷凍水，經(jīng)換熱器換熱后返回冷凍水箱，在無管道、設(shè)備泄漏的情況下， 冷凍系統(tǒng)內(nèi)脫鹽水消耗幾乎可以忽略不計(jì)， 也不能作為解決生蒸汽凝液再利用的方案。

電解工段純水儲(chǔ)罐主要作用是向電解工段所有離心泵提供冷卻機(jī)封水及供電解A/B 廠房循環(huán)堿加水和樹脂塔再生使用。 由于電解純水儲(chǔ)罐中的脫鹽水一部分作為機(jī)封水和樹脂塔再生使用， 高溫且堿性的蒸汽冷凝液不適宜直接補(bǔ)充到電解純水儲(chǔ)罐。 弱堿性的工藝蒸汽冷凝液可以作為給循環(huán)堿加脫鹽水使用， 因此電解廠房循環(huán)堿補(bǔ)水可以使用堿蒸發(fā)的工藝蒸汽冷凝液。

氫氣鍋爐需要使用溫度較高的脫鹽水產(chǎn)生蒸汽， 原本供脫鹽水站補(bǔ)水使用的生蒸汽冷凝液具有較高的溫度， 這部分生蒸汽冷凝液供到氫氣鍋爐的脫鹽水箱可以提高進(jìn)除氧器的脫鹽水溫度， 節(jié)省給除氧器加熱的蒸汽量。 氫氣鍋爐滿負(fù)荷時(shí)用脫鹽水量為75 m3/h，可以將堿蒸發(fā)送來的生蒸汽冷凝液全部消耗掉，施工簡單、且成本低，即使堿蒸發(fā)裝置因外界因素聯(lián)鎖停車無法向氫氣鍋爐持續(xù)供給生蒸汽冷凝液時(shí)， 仍可以通過補(bǔ)充總管脫鹽水維持水箱液位穩(wěn)定，確保不會(huì)對(duì)氫氣鍋爐產(chǎn)生影響，所以給氫氣鍋爐補(bǔ)充脫鹽水可以作為生蒸汽冷凝液循環(huán)再利用的合理方案。

4 方案實(shí)施

電解槽循環(huán)堿加水主要作用是通過調(diào)節(jié)進(jìn)槽堿液濃度控制出槽堿液濃度在指標(biāo)范圍內(nèi)， 使槽電壓保持穩(wěn)定。一方面，循環(huán)堿加水水質(zhì)差會(huì)使雜質(zhì)離子混入電解槽，堵塞離子膜通道導(dǎo)致槽電壓上漲，嚴(yán)重時(shí)損壞離子膜；另一方面，循環(huán)堿加水流量不穩(wěn)定會(huì)造成電解槽陰極液濃度波動(dòng)導(dǎo)致槽電壓波動(dòng)，所以，給電解循環(huán)堿加水無論是對(duì)水質(zhì)還是對(duì)水壓和流量的穩(wěn)定性都有很高的要求。綜合以上情況，在方案實(shí)施過程中將工藝蒸汽冷凝液管道采用不銹鋼材質(zhì)且增加自控閥， 既能防止堿蒸發(fā)裝置因儀表故障或機(jī)泵故障等導(dǎo)致聯(lián)鎖停車，造成A/B 廠房循環(huán)堿總管加水瞬時(shí)減少導(dǎo)致循環(huán)堿濃度升高， 影響電槽正常運(yùn)行， 又能防止堿蒸發(fā)停車后工藝蒸汽冷凝液管道壓力下降，A/B 廠房循環(huán)堿管道中的堿液從新增管道反串至堿蒸發(fā)， 對(duì)堿蒸發(fā)裝置以及電解裝置設(shè)備造成損壞。

若堿蒸發(fā)效體設(shè)備出現(xiàn)腐蝕內(nèi)漏會(huì)導(dǎo)致蒸發(fā)生蒸汽冷凝液由中性變?yōu)閴A性， 堿性的生蒸汽冷凝液被送至氫氣鍋爐，對(duì)鍋爐水箱及其他設(shè)備產(chǎn)生腐蝕，嚴(yán)重影響裝置的正常運(yùn)行。為防止上述情況發(fā)生，在生蒸汽冷凝液管道增加pH 計(jì)，當(dāng)生蒸汽冷凝液pH異常升高時(shí)， 立即關(guān)閉生蒸汽冷凝液管道自控閥同時(shí)打開氫氣鍋爐水箱補(bǔ)水閥，以確保鍋爐正常運(yùn)行。生蒸汽冷凝液中混入雜質(zhì)同樣會(huì)對(duì)氫氣鍋爐本體造成損壞， 為了保證生蒸汽冷凝液水質(zhì)符合鍋爐使用要求，生蒸汽冷凝液管道采用304 不銹鋼材質(zhì)，并在管道上增加高精度過濾器，定期檢查清理，以確保生蒸汽冷凝液中的雜質(zhì)能被過濾掉。

在確定改進(jìn)方案后， 利用公司年度檢修之際完成一期、二期堿蒸發(fā)蒸汽冷凝液管道、工藝蒸汽冷凝液管道甩頭、配管工作。將堿蒸發(fā)生蒸汽冷凝液及工藝蒸汽冷凝液由送一次鹽水配水罐和脫鹽水站管道分別改至送氫氣鍋爐、 電解A/B 廠房循環(huán)堿加水，為防止堿蒸發(fā)工藝蒸汽冷凝液對(duì)電解槽循環(huán)堿指標(biāo)產(chǎn)生影響，對(duì)循環(huán)堿取樣分析氯化鈉含量、氯酸鹽含量， 及方案實(shí)施前后的循環(huán)堿加脫鹽水的電導(dǎo)率分析，統(tǒng)計(jì)見表2。

從表2 可以看出， 電槽循環(huán)堿加水改為工藝蒸汽冷凝液與脫鹽水混合水后，循環(huán)堿含鹽指標(biāo)、氯酸鹽含量以及混合后脫鹽水指標(biāo)均未有異常變化，并且經(jīng)過一段時(shí)間的試運(yùn)行后， 氫氣鍋爐以及電槽循環(huán)堿加水運(yùn)行情況正常， 蒸汽冷凝液水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)儀未有異常變化，結(jié)合分析指標(biāo)，表明堿蒸發(fā)蒸汽冷凝液循環(huán)再利用的方案是切實(shí)可行的。

表2 改造前后水質(zhì)分析表

5 經(jīng)濟(jì)效益

方案實(shí)施后，堿蒸發(fā)向氫氣鍋爐供水量為18.8 t/h，向電解A/B 廠房供水量分別為20 t/h、18 t/h，根據(jù)脫鹽水及工業(yè)水生產(chǎn)成本，改進(jìn)后可節(jié)約用水費(fèi)用約363.2 萬元/a。 工藝蒸汽冷凝液由脫鹽水站改為向電解A/B 廠房輸送， 不僅使脫鹽水循環(huán)水用量減少1.2 t/h，并且因工藝蒸汽冷凝液溫度較高，對(duì)循環(huán)堿起到升溫作用， 所以電解A/B 廠房用于循環(huán)堿升溫的蒸汽消耗下降2.9 t/h，根據(jù)當(dāng)前循環(huán)水以及蒸汽價(jià)格，可節(jié)約循環(huán)水費(fèi)用0.19 萬元/a，蒸汽費(fèi)用464 萬元/a。 綜上， 此改進(jìn)方案節(jié)約生產(chǎn)成本827.39 萬元/a。

6 結(jié)語

海灣化學(xué)堿蒸發(fā)產(chǎn)生的蒸汽冷凝液及工藝蒸汽冷凝液由以前的全部送一次鹽水配水罐和脫鹽水站，又增加了向氫氣鍋爐和電槽循環(huán)堿加水兩路，使蒸汽冷凝液的回收利用更加合理， 最大程度節(jié)約了生產(chǎn)成本，降低了生產(chǎn)消耗，目前運(yùn)行效果良好，各項(xiàng)指標(biāo)穩(wěn)定。