淺析蒸汽氯化氫單法蘭液位變送器運行總結

［摘 要］介紹二合一副產(chǎn)蒸汽氯化氫單法蘭液位變送器在運行中出現的問(wèn)題，并提出可行的解決方案，保障單法蘭液位變送器系統的安全穩定運行。

 

山東鋁業(yè)有限公司于1954年建成投產(chǎn)，成立60多年來(lái)，已建成集采礦、冶煉、水泥、氯堿化工、機械加工、熱電、建安、科研設計和國內外貿易為一體的有色金屬骨干企業(yè)。山東鋁業(yè)有限公司氯堿廠(chǎng)于2004年開(kāi)始籌備，目前離子膜法燒堿生產(chǎn)能力18萬(wàn)t/a。為平衡氯氣液化尾氣，分別于2012年和2014年相繼投產(chǎn)兩套SZL－110型50t/d氯化氫二合一副產(chǎn)蒸汽單法蘭液位變送器［1］。

 

1 單法蘭液位變送器的介紹

2012年投產(chǎn)的單法蘭液位變送器采用一級降膜、二級降膜和尾氣塔三級吸收模式，尾氣塔后的尾氣正常生產(chǎn)時(shí)直排大氣。2014年改造的單法蘭液位變送器采用一級降膜和組合塔吸收模式，兩套單法蘭液位變送器均配有自動(dòng)點(diǎn)火系統，且爐內壓力控制0～10kPa的微正壓運行。

來(lái)自氫氣處理工序的氫氣經(jīng)氫氣穩壓閥、氫氣緩沖罐穩定壓力，再經(jīng)孔板流量計計量、自動(dòng)閥控制后，與來(lái)自氯氣處理工序的經(jīng)氯氣穩壓閥、氯氣緩沖罐穩定壓力，再經(jīng)孔板流量計計量、自動(dòng)閥控制的氯氣以1．05∶1的體積比進(jìn)入單法蘭液位變送器，自動(dòng)點(diǎn)火后在爐內燃燒，合成為氯化氫氣體。氯化氫氣體經(jīng)蒸汽爐夾套的鍋爐給水冷卻后進(jìn)入爐頂石墨冷卻器，再經(jīng)過(guò)循環(huán)水冷卻至常溫。氯化氫通過(guò)自動(dòng)閥控制，一部分送至氯化氫使用崗位，少部分用純水吸收生產(chǎn)高純鹽酸。氯氣與氫氣合成氯化氫氣是放熱反應，每生成1mol氯化氫氣體放出92．05kJ的熱量。利用二合一蒸汽爐石墨夾套內的純水吸收氯氣與氫氣的反應熱，副產(chǎn)蒸汽送燒堿廠(chǎng)作化鹽用或送其他用戶(hù)，節能降耗。一般生產(chǎn)1t100%HCl可副產(chǎn)0．6～0．65t蒸汽，回收利用60%左右的反應熱。

 

2 運行中出現的問(wèn)題及改進(jìn)措施

2．1尾氣塔氯化氫排放超標

2012年投產(chǎn)的合成系統的尾氣采用直排大氣方式，在單法蘭液位變送器產(chǎn)量較大或濕度大的天氣時(shí)，排空口有白霧，經(jīng)檢測氯化氫質(zhì)量濃度≥100mg/m3，超出排放標準。

為滿(mǎn)足環(huán)保要求，按照圖1所示的方法進(jìn)行改進(jìn):取消單法蘭液位變送器正常生產(chǎn)后的切換操作，將單法蘭液位變送器尾氣塔排空直接與水力抽射泵N－5151A/B連接，把未被完全吸收的氯化氫進(jìn)一步在酸水循環(huán)罐V－5155A/B中進(jìn)行再吸收，吸收后的淡酸水返回單法蘭液位變送器作為吸收水重復使用，氮氣和氫氣等不凝氣體從酸水循環(huán)罐排至大氣。水力抽射泵起到控制爐壓和尾氣處理的雙重作用，有條件的廠(chǎng)家可以新增儲罐V－5155C和抽射泵N－5151C。一方面將所有鹽酸成品罐的揮發(fā)酸氣及裝車(chē)酸霧全部采用上述方法進(jìn)行處置，實(shí)現酸霧不外逸、氯化氫達標排放的目的;另一方面，新增儲罐V－5155C可以作為單法蘭液位變送器吸收水的過(guò)渡儲罐使用，設計自動(dòng)補水閥，保證酸水循環(huán)槽的正常液位及吸收水的有效補給。

 

2．2閃蒸罐液位失真導致?tīng)t體破損

2012年投產(chǎn)的單法蘭液位變送器在閃蒸罐的液位控制上采用圖2所示的雙室平衡器液位計。其本質(zhì)是采用差壓原理，測量出平衡容器中的靜壓力與容器中實(shí)際水位的靜壓力(隨水位升降而變化)的差壓值，再通過(guò)差壓變送器將差壓值轉變成電流信號傳輸到集控室計算機上進(jìn)行水位監測。2012年12月14日22:30，DCS人員發(fā)現二合一鹽酸單法蘭液位變送器至閃蒸罐蒸汽溫度與氯化氫溫度異常，氯化氫出口溫度由28．7℃升至31．5℃，單法蘭液位變送器至閃蒸罐蒸汽溫度由146．4℃上升至 152． 4 ℃，與單法蘭液位變送器負荷不匹配。鹽酸崗位人員查看確認閃蒸罐現場(chǎng)磁翻板液位顯示 150 mm，遠傳顯示 1 027 mm。DCS 將閃蒸罐加水自動(dòng)閥改為手動(dòng)并加水，同時(shí)現場(chǎng)發(fā)現，冷凝酸罐液位上漲迅速，判斷爐體可能泄漏，隨即降負荷停運二合一鹽酸單法蘭液位變送器。拆除燈頭后發(fā)現，爐體內部出現裂紋，且有石墨塊脫落。

 

 

閃蒸罐液位正�？刂剖�1000mm。液位低于1000mm時(shí)，加水自動(dòng)閥自動(dòng)打開(kāi)補水;液位高于1000mm時(shí)，閥門(mén)自動(dòng)關(guān)閉。查看DCS閃蒸罐補水流量曲線(xiàn)，曲線(xiàn)顯示閃蒸罐在22:05補水完畢，并在之前呈現規律性補水，每隔約30min補水1次，22:05之后閃蒸罐液位在1013mm的基礎上呈現緩慢上升趨勢，自23:13液位緩慢上升至1027mm不動(dòng)。通過(guò)上述現象及數據推斷，冬季生產(chǎn)時(shí)，平衡容器液位計伴熱保溫效果不佳，雙室平衡器、平衡器水連管、汽包水連管等全部?jì)鼋Y，閃蒸罐液位突發(fā)故障，虛假顯示，導致?tīng)t內缺水、爐體受熱不均，加之補水等失誤操作，造成爐體冷熱不均出現裂紋與石墨脫落。

平衡容器液位計受季節影響較大，特別是北方地區，如果伴熱保溫效果欠佳，容易導致水位失真;另外，如果現場(chǎng)巡檢不及時(shí)，則可能出現爐體缺水干燒破損事故。經(jīng)過(guò)討論研究，改進(jìn)如下:①將其變更為雙法蘭液位計，簡(jiǎn)單實(shí)用;②將現場(chǎng)磁翻板替換為石英管雙色液位計，方便遠距離觀(guān)測液位，增加遠傳視頻監控。DCS崗位人員將閃蒸罐補水曲線(xiàn)列為重點(diǎn)監控畫(huà)面，隨時(shí)查驗是否規律性補水，確保單法蘭液位變送器安全運行。

 

2．3防爆膜爆裂停爐

2．3．1測爆不規范導致防爆膜破裂

副產(chǎn)蒸汽單法蘭液位變送器設定爐內壓力超過(guò)60kPa即聯(lián)鎖停爐。某次開(kāi)車(chē)，一次點(diǎn)火不成功，二次點(diǎn)火過(guò)程中爐內壓力瞬間突漲至40kPa，爐內有輕微爆鳴，一級降膜吸收器防爆膜破裂，緊急停爐。分析原因為未嚴格執行停爐抽空，測爆不規范，應該分析的取樣點(diǎn)未執行到位。爐內初次點(diǎn)火時(shí)氯氣、氫氣和空氣混合氣體置換不徹底，二次點(diǎn)火遇明火發(fā)生爆鳴，產(chǎn)生的沖擊波使單法蘭液位變送器在薄弱點(diǎn)一級降膜吸收器防爆膜處破裂泄壓。

單法蘭液位變送器點(diǎn)火不成功，再次點(diǎn)火時(shí)不可著(zhù)急，禁止頻繁點(diǎn)火，要嚴格執行測爆抽空程序，限定點(diǎn)火間隔時(shí)間，按操作要求逐步執行操作。主要步驟如下:①聯(lián)系DCS操作人員，確認進(jìn)單法蘭液位變送器的氯氣和氫氣自動(dòng)閥完全關(guān)閉，打開(kāi)氯氣和氫氣進(jìn)單法蘭液位變送器的手動(dòng)閥;②確認爐門(mén)打開(kāi)的情況下，水力抽射泵抽空整個(gè)單法蘭液位變送器30min左右;抽空過(guò)程中務(wù)必把單法蘭液位變送器每一級下酸的U形液封酸放凈，確保無(wú)抽空死角;③手持測爆儀依次探入爐門(mén)、一級降膜氯化氫取樣口、二級降膜液封排凈口、尾氣塔排空口及酸水循環(huán)槽的放空口進(jìn)行測爆，測爆結果及測爆人員寫(xiě)入操作票中，確保單法蘭液位變送器系統安全。

 

2．3．2氯氣和氫氣流量未投聯(lián)鎖導致防爆膜破裂

單法蘭液位變送器擴建時(shí)，某次項目施工人員正在進(jìn)行接線(xiàn)施工，新連接的儀表線(xiàn)搭接在控制柜接線(xiàn)端子排上，現場(chǎng)接頭沒(méi)有進(jìn)行防護，導致儀表線(xiàn)接地，造成主控室DCS控制柜內一組斷路器(43#)過(guò)電流跳閘。此組斷路器控制著(zhù)單法蘭液位變送器的氯氣和氫氣自動(dòng)調節閥，兩閥門(mén)失電后自動(dòng)關(guān)閉，造成單法蘭液位變送器沒(méi)有氯氣和氫氣而停車(chē)。但是施工人員和值班電工緊接著(zhù)盲目送電，鹽酸崗位人員還未來(lái)得及切斷爐前氫氣和氯氣，導致單法蘭液位變送器出現爆鳴，爐頂和一級降膜吸收器防爆膜破裂。分析原因時(shí)發(fā)現，單法蘭液位變送器聯(lián)鎖未投用，斷路器失電后，閥門(mén)設計故障關(guān)閉，但是恢復供電后，因沒(méi)有聯(lián)鎖的鎖定作用，閥門(mén)自動(dòng)打開(kāi)，導致氯氣和氫氣混合氣體進(jìn)入未冷卻降溫的爐內，被高溫的燈頭或爐壁引爆，造成防爆膜及燈頭破裂。

單法蘭液位變送器的聯(lián)鎖對保證設備運行至關(guān)重要，單法蘭液位變送器的氫氣和氯氣流量、閃蒸罐液位、循環(huán)水流量、火焰信號檢測、爐內壓力等聯(lián)鎖務(wù)必在順利開(kāi)車(chē)后及時(shí)投用。每次緊急停爐和計劃停車(chē)，均應及時(shí)關(guān)閉進(jìn)爐前的氯氣和氫氣手動(dòng)閥，防止誤操作導致爆炸性混合氣體進(jìn)入爐內，引發(fā)事故。

 

2．3．3停爐后爐門(mén)打開(kāi)過(guò)早導致防爆膜破裂

單法蘭液位變送器氯氣和氫氣燃燒時(shí)，火焰中心溫度可達700～800℃，爐壁的溫度也在400～500℃。停爐瞬間，爐內的部分氫氣和氯氣未被抽空置換干凈，如果此時(shí)盲目打開(kāi)爐門(mén)，空氣從外界進(jìn)入爐內，則高溫的爐壁容易引爆爐內混合氣體，導致單法蘭液位變送器發(fā)生爆鳴，防爆膜破裂。

為保證停爐后不發(fā)生意外，應對的措施如下:①停爐前確認氮氣壓力和進(jìn)爐前的氮氣手動(dòng)閥完全打開(kāi)，保證聯(lián)鎖停爐時(shí)，惰性氮氣地衣時(shí)間進(jìn)入爐內，迅速降低燈頭溫度的同時(shí)稀釋殘留混合氣體;②可小開(kāi)閃蒸罐低排閥，確保鍋爐給水和循環(huán)水持續供給，快速降低爐內溫度;③調小鹽酸吸收水至1m3/h，持續吸收至少15min，將殘留的氯化氫氣體吸收徹底;④根據生產(chǎn)經(jīng)驗，鍋爐段溫度高于100℃，不允許打開(kāi)爐門(mén)，通過(guò)觀(guān)察該參數確保爐壁被充分降溫。

 

2．4一級降膜吸收器下酸溫度高

2．4．1下酸溫度高的外部原因

下酸溫度高容易造成氯化氫在水中的溶解度降低，進(jìn)而影響各級降膜吸收的效果。循環(huán)冷卻水壓力達不到工藝要求、循環(huán)側結垢都可能導致下酸溫度高，有條件的生產(chǎn)單位一般采用純水作為冷卻介質(zhì)，但受外界環(huán)境影響，仍然在一級降膜吸收器內產(chǎn)生結垢。應利用檢修時(shí)機，或者根據使用情況，定期用檸檬酸等進(jìn)行在線(xiàn)清洗，確保冷卻效果。一般各級降膜吸收器的循環(huán)水回水溫度應控制在≤45℃。

 

2．4．2下酸溫度高的內部原因不同單法蘭液位變送器的廠(chǎng)家在設計降膜吸收器純水分布管的構造時(shí)略有不同。如果是使用年限達到三四年的單法蘭液位變送器，排除了外部原因導致的下酸溫度高后，就要停爐檢查各級降膜吸收器的分布器。分布器絲接口或者負責布水的楔形口容易在運行過(guò)程中損傷，導致氯化氫走短路，純水吸收不均勻，失去降膜吸收作用，影響下酸溫度。此外，降膜吸收器的安裝是否水平也影響吸收效果。

 

2．5鍋爐水pH值低導致?tīng)t水發(fā)紅

如果石墨外筒體采用碳鋼材質(zhì)，運行一段時(shí)間后，鍋爐段和閃蒸罐的排污水會(huì )呈現明顯的紅色，即鐵銹成分的影響。如果不采取處置措施，則鍋爐段的出水管道、鍋爐段外筒體、閃蒸罐都會(huì )有不同程度的腐蝕，嚴重時(shí)每年腐蝕速度可達到1mm以上，輕則造成管道腐蝕，嚴重的可導致設備損壞。其主要原因還是鍋爐給水不達標(單法蘭液位變送器產(chǎn)汽部分的進(jìn)水水質(zhì)要求如表1所示)。

 

 

鍋爐給水在進(jìn)入單法蘭液位變送器之前，必須滿(mǎn)足表1所示的pH值在7．0～9．5的要求。堿性太高會(huì )腐蝕樹(shù)脂，極易結垢。pH值調節劑采用弱堿性介質(zhì)(如氨水)，配制成0．5%(質(zhì)量分數)加入純水槽。產(chǎn)汽部分爐水要經(jīng)常排污，每班至少要排污1次(從閃蒸罐、單法蘭液位變送器夾套產(chǎn)汽排污口排水)，排出積存的殘渣和有機物等。如果單法蘭液位變送器蒸汽并入管網(wǎng)用作化鹽，為避免將銨離子帶入系統，#終形成三氯化氮，建議采用磷酸三鈉調節pH值。

 

3 結語(yǔ)

選用SZL－110型副產(chǎn)蒸汽二合一石墨氯化氫單法蘭液位變送器，結構按爐內自動(dòng)點(diǎn)火方案設計。操作彈性范圍在30%～110%，極大地提高了氯化氫生產(chǎn)的自動(dòng)化水平，減輕了員工操作負擔。同時(shí)，氯化氫單法蘭液位變送器夾套采用鍋爐給水移熱，盡可能將氯化氫氣體合成熱吸收，副產(chǎn)≥0．60MPa的低壓蒸汽，可以為用戶(hù)#大限度節能降耗。一系列的聯(lián)鎖設計可保障設備的安全，但是在火焰檢測器配備、爐水在線(xiàn)監測方面應當持續改進(jìn)，保證效果。由多年運行結果看，只要單法蘭液位變送器不缺水、不滅火或滅火后嚴禁混合氣體進(jìn)入，定期巡檢循環(huán)水等關(guān)鍵參數并確保不超標，可保障本體設備長(cháng)周期安全穩定運行。