12萬(wàn)t/a三效逆流降膜蒸發(fā)裝置運(yùn)行評(píng)價(jià)分析

張守特，趙軍軍，劉立勤

（天津大沽化工股份有限公司，天津 300455）

根據(jù)國(guó)家制定的氯堿行業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃，要求逐步淘汰金屬陽(yáng)極隔膜法工藝，積極推行氯堿行業(yè)清潔生產(chǎn)，為了順應(yīng)行業(yè)的發(fā)展需要，2011年6月，天津大沽化工股份有限公司決定淘汰原有的隔膜電解槽，新上1套離子膜法電解槽，原有的燒堿蒸發(fā)濃縮裝置不能滿足生產(chǎn)的需要。為此，在離子膜法電解裝置擴(kuò)產(chǎn)的同時(shí)，將原有的一套10萬(wàn)t/a隔膜蒸發(fā)裝置拆除，新上一套12萬(wàn)t/a離子膜燒堿蒸發(fā)裝置。目前國(guó)內(nèi)氯堿企業(yè)離子膜蒸發(fā)工藝主要有升膜蒸發(fā)、雙效逆流降膜蒸發(fā)和三效逆流降膜蒸發(fā)。由于升膜蒸發(fā)工藝僅為一效蒸發(fā)，蒸汽利用率低，汽耗較高，故其應(yīng)用較少。雙效逆流降膜蒸發(fā)工藝汽耗較低，且工藝成熟，操作簡(jiǎn)單，故應(yīng)用非常廣泛。三效逆流降膜蒸發(fā)工藝由于控制較為復(fù)雜，沒(méi)有廣泛應(yīng)用，但其具有能耗低、蒸汽利用率高、設(shè)備生產(chǎn)能力大等優(yōu)點(diǎn)[1]。

經(jīng)過(guò)反復(fù)論證，本項(xiàng)目49%燒堿生產(chǎn)裝置決定采用三效逆流降膜蒸發(fā)工藝，在原有廠房和設(shè)備的基礎(chǔ)上進(jìn)行項(xiàng)目的建設(shè)，從設(shè)計(jì)到試車，僅用4個(gè)月時(shí)間，于2011年10月一次開(kāi)車成功，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行優(yōu)化，解決了開(kāi)車及生產(chǎn)中出現(xiàn)的一些問(wèn)題，對(duì)設(shè)計(jì)中不合理的地方進(jìn)行了改進(jìn)，使得蒸發(fā)裝置穩(wěn)定高效運(yùn)行，提高了49%燒堿的產(chǎn)量，降低了49%燒堿的生產(chǎn)成本[2]。

1 三效逆流降膜蒸發(fā)裝置簡(jiǎn)介

該套裝置采用三效逆流降膜蒸發(fā)工藝，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為49%的折百燒堿12萬(wàn)t/a。主要設(shè)備包括一、二、三效蒸發(fā)器，兩個(gè)列管式換熱器，三個(gè)板式換熱器和DCS控制系統(tǒng)（分散控制系統(tǒng)），其中一、二、三效蒸發(fā)器為關(guān)鍵設(shè)備，由湖北凱毅石化設(shè)備制造有限公司制造。管道、土建、儀表由天津渤?；ぜ瘓F(tuán)規(guī)劃設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)，天津大沽化工股份有限公司施工安裝并調(diào)試開(kāi)車。

2 三效逆流降膜蒸發(fā)工藝流程（見(jiàn)圖1）

圖1 三效逆流降膜蒸發(fā)工藝流程

由離子膜電解工序來(lái)的32%燒堿首先進(jìn)入原料液堿貯罐，經(jīng)電解液泵加入三效蒸發(fā)器頂部，堿液經(jīng)過(guò)分布器后沿三效蒸發(fā)器列管內(nèi)壁形成均勻完整的液膜向下流動(dòng)，被二效蒸發(fā)器產(chǎn)生的二次蒸汽加熱，在真空操作壓力下，濃縮后堿液濃度提高至36.5%，產(chǎn)生的汽液混合物進(jìn)入分離室，液體經(jīng)三效泵一部分送至堿液預(yù)熱器EG-2308與一效蒸發(fā)器出來(lái)的49%燒堿進(jìn)行熱交換，另一部分送至堿液預(yù)熱器EG-2307與一效蒸發(fā)器的蒸汽冷凝水進(jìn)行熱交換，兩部分匯合后送至二效蒸發(fā)器的頂部；二次蒸汽進(jìn)入表面冷凝器被冷凝，其中的不凝氣由水環(huán)真空泵抽出，表面冷凝器冷凝水及三效蒸發(fā)器的蒸汽冷凝水進(jìn)入含堿冷凝水罐，然后由冷凝水泵送出界區(qū)。

三效蒸發(fā)器出來(lái)的36.5%燒堿進(jìn)入二效蒸發(fā)器頂部，堿液經(jīng)過(guò)分布器后沿二效蒸發(fā)器列管內(nèi)壁形成均勻完整的液膜向下流動(dòng)，被一效蒸發(fā)器出來(lái)的二次蒸汽加熱，在真空操作壓力下，進(jìn)一步濃縮后堿液濃度提高至41.8%，產(chǎn)生的汽液混合物進(jìn)入分離室，液體經(jīng)二效泵一部分送至堿液預(yù)熱器EG-2305與一效蒸發(fā)器出來(lái)的49%燒堿進(jìn)行熱交換，另一部分送至堿液預(yù)熱器EG-2306與一效蒸發(fā)器的蒸汽冷凝水進(jìn)行熱交換，兩部分匯合后送至一效蒸發(fā)器的頂部；二次蒸汽通往三效蒸發(fā)器，作為三效蒸發(fā)器的加熱熱源。二效蒸發(fā)器的蒸汽冷凝水通過(guò)三效進(jìn)入含堿冷凝水罐。

二效蒸發(fā)器出來(lái)的41.8%燒堿進(jìn)入一效蒸發(fā)器頂部，堿液經(jīng)過(guò)分布器后沿一效蒸發(fā)器列管內(nèi)壁形成均勻完整的液膜向下流動(dòng)，被電站送來(lái)的生蒸汽加熱，蒸發(fā)濃縮后堿液濃度提高至49%，產(chǎn)生的汽液混合物進(jìn)入分離室，液體經(jīng)一效泵分別送至堿液預(yù)熱器EG-2305、EG-2306，最后經(jīng)過(guò)冷卻器EG-2309冷卻，冷卻至45℃送入成品燒堿貯罐；產(chǎn)生的二次蒸汽通往二效蒸發(fā)器，作為二效蒸發(fā)器的加熱熱源。一效蒸發(fā)器的蒸汽冷凝水進(jìn)入冷凝水罐，經(jīng)兩臺(tái)堿液預(yù)熱器EG-2306、EG-2307后送至乏水罐，由乏水泵送出界區(qū)。

3 三效逆流降膜蒸發(fā)裝置特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)

與我公司現(xiàn)有的升膜、雙效逆流降膜工藝相比，三效逆流降膜燒堿蒸發(fā)工藝具有能耗低、設(shè)備能力大、堿損失少和環(huán)保等特點(diǎn)，是非常先進(jìn)的燒堿蒸發(fā)技術(shù)。

3.1 蒸發(fā)器設(shè)計(jì)合理

3.1.1 每臺(tái)蒸發(fā)器頂部都設(shè)計(jì)有分布器，由蒸發(fā)器頂部進(jìn)來(lái)的堿液經(jīng)分布器，分布器是一個(gè)短圓管，上面開(kāi)有四個(gè)條形窄槽，使堿液均勻的流入每根換熱管，并在重力、真空誘導(dǎo)及氣流作用下，呈膜狀向下流動(dòng)，使得傳熱系數(shù)非常高。

3.1.2 在每臺(tái)蒸發(fā)器分離室二次汽出口處安裝了除沫器，降低冷凝液中含堿量，降低了堿損失。

3.2 設(shè)備材質(zhì)優(yōu)選

逆流對(duì)設(shè)備的材質(zhì)要求很高，一、二、三效泵材質(zhì)為鎳，選用西安泵閥廠生產(chǎn)的，一、二效蒸發(fā)器加熱室列管及汽液分離室材質(zhì)為鎳，三效蒸發(fā)器加熱室列管材質(zhì)為鎳，以避免高溫、高濃度堿液的腐蝕；而汽液分離室溫度較低，采用310s不銹鋼，滿足生產(chǎn)需要的前提下，減少了投資。

3.3 預(yù)熱器選型獨(dú)特

二效蒸發(fā)器向一效蒸發(fā)器過(guò)料時(shí)，通過(guò)兩個(gè)材質(zhì)為鎳的列管換熱器EG-2305、EG-2306預(yù)熱，而不是板式換熱器。與板式換熱器相比，列管換熱器具有耐高溫、高壓、耐腐蝕的優(yōu)點(diǎn)，可以避免堿液泄漏造成的頻繁停車及經(jīng)濟(jì)損失，保證生產(chǎn)平穩(wěn)運(yùn)行。

3.4 回流設(shè)計(jì)確保流量穩(wěn)定

三個(gè)蒸發(fā)器的泵出口管路上都設(shè)有回流管，這樣既可以保證蒸發(fā)器內(nèi)有一定的流量，成膜效果好，又不至于干蒸蒸發(fā)器列管，達(dá)到保護(hù)蒸發(fā)器的目的，同時(shí)保證了泵的出口壓力在一定范圍內(nèi)。

3.5 連鎖裝置保障液位穩(wěn)定

每臺(tái)蒸發(fā)器均有液位高低連鎖，確保蒸發(fā)器液位穩(wěn)定，在蒸發(fā)過(guò)程中蒸發(fā)器液位過(guò)高會(huì)使蒸發(fā)量減少，增加液柱靜壓頭引起沸點(diǎn)升高，使傳熱有效溫差減小，導(dǎo)致蒸發(fā)能力下降，液位過(guò)高時(shí)還會(huì)沿二次汽管進(jìn)入下一個(gè)蒸發(fā)器，使冷凝液中大量帶堿，污染環(huán)境，增加堿損失。蒸發(fā)器液位過(guò)低，燒堿蒸發(fā)劇烈，二次汽夾帶堿液量大，使冷凝器下水帶堿甚至跑堿，污染環(huán)境，增加堿損失。因此，操作中維持蒸發(fā)室液位穩(wěn)定是保證安全生產(chǎn)，降低堿損失，降低汽耗的重要環(huán)節(jié)。

3.6 采用先進(jìn)的DCS控制系統(tǒng)

采用DCS控制系統(tǒng)，PID控制模塊，自動(dòng)化程度高，液位、壓力、溫度、流量及泵的運(yùn)行狀態(tài)，在顯示器上清晰顯示，其控制核心是一、二、三效蒸發(fā)器的液位，工藝參數(shù)均可通過(guò)微機(jī)自動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，大大減少了現(xiàn)場(chǎng)操作強(qiáng)度。在成品堿管線上裝有在線密度計(jì)，信號(hào)遠(yuǎn)傳至主控室微機(jī)上，保證放堿濃度的穩(wěn)定。

3.7 總有效傳熱溫差得以提高

為使燒堿溶液在較低溫度下沸騰，減少能耗，須使二效蒸發(fā)器和三效蒸發(fā)器在真空下操作。三效蒸發(fā)器出來(lái)的二次蒸汽在表面冷凝器進(jìn)行冷凝形成真空，不凝氣體由水環(huán)真空泵抽出。表面冷凝器是換熱面積為430m2的列管式換熱器，設(shè)計(jì)有折流板和導(dǎo)流管，使二次汽能夠與循環(huán)水充分換熱，冷卻水流量在500m3/h左右，冷凝效果非常好，形成95kPa以上的高真空，充分降低了三效堿液的沸點(diǎn)（63℃～65℃），降低了三效二次汽的飽和溫度，提高了總有效傳熱溫差，降低了能耗。

3.8 熱量利用充分

兩臺(tái)列管式預(yù)熱器和兩臺(tái)板式預(yù)熱器的利用，充分利用了一效高溫?zé)龎A和一效高溫乏水的熱量，經(jīng)過(guò)兩臺(tái)列管式預(yù)熱器和兩臺(tái)板式預(yù)熱器后一效堿液和一效乏水的溫度分別被冷凝到85℃和75℃以下，將進(jìn)入二效蒸發(fā)器和一效蒸發(fā)器的堿液的溫度分別預(yù)熱到104℃和150℃以上，提高了進(jìn)入二效蒸發(fā)器和一效蒸發(fā)器的堿液的溫度，減少了一次蒸汽的消耗。同時(shí)也降低了堿冷卻器的冷卻負(fù)荷，減少了循環(huán)水水量。

3.9 不凝氣及時(shí)排出保證蒸發(fā)器的換熱效率

表1 三效逆流降膜蒸發(fā)裝置運(yùn)行數(shù)據(jù)

一效蒸發(fā)器加熱室頂部與一效二次汽管連有一根一寸排不凝氣管，二效蒸發(fā)器加熱室頂部與二效二次汽管連有一根一寸排不凝氣管，三效蒸發(fā)器加熱室頂部與三效二次汽管連有一根一寸排不凝氣管，定期排除每效加熱室內(nèi)的不凝氣體，保證蒸發(fā)器的換熱效率。

4 三效逆流降膜蒸發(fā)裝置運(yùn)行情況

4.1 三效逆流降膜蒸發(fā)運(yùn)行效果

2011年10月試車成功至今，裝置生產(chǎn)運(yùn)行正常，產(chǎn)品各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)行數(shù)據(jù)如表1、表2。

表2 堿品質(zhì)及消耗考核結(jié)果

由表1可以看出，32%燒堿進(jìn)料流量非常平穩(wěn)，生蒸汽壓力由公司電站提供，蒸汽壓力有比較大的波動(dòng)，但在DCS自動(dòng)控制系統(tǒng)PID控制模塊下控制下，一、二、三效蒸發(fā)器工藝參數(shù)變化幅度小，裝置進(jìn)行平穩(wěn)。由表2可以看出，產(chǎn)品質(zhì)量合格，裝置運(yùn)行負(fù)荷達(dá)到并超過(guò)設(shè)計(jì)。

經(jīng)過(guò)運(yùn)行計(jì)算，49%堿汽耗為0.5～0.55t/t。目前我公司雙效汽耗為0.7～0.75t/t，三效平均汽耗比雙效低0.20t/t。以12萬(wàn)t/a49%燒堿為例，蒸汽價(jià)格以150元/t計(jì)算，三效比雙效蒸發(fā)工藝每年可節(jié)約生產(chǎn)成本：0.20×12×150=360萬(wàn)元，綜合我廠實(shí)際情況，蒸發(fā)裝置使用壽命按8年計(jì)算，8年可節(jié)約蒸汽成本360×8=2880萬(wàn)元，除去比雙效多加的投入，整套裝置在其使用周期內(nèi)仍可節(jié)約上千萬(wàn)的生產(chǎn)成本，可見(jiàn)經(jīng)濟(jì)效益非常顯著。

4.2 放堿濃度的控制改造

原設(shè)計(jì)中一效蒸發(fā)器放堿濃度由成品堿管線上的在線密度計(jì)進(jìn)行控制，但由于一效蒸發(fā)器出口與密度計(jì)之間管路較長(zhǎng)，需要經(jīng)過(guò)一個(gè)列管換熱器和一個(gè)板式換熱器，在生蒸汽壓力頻繁波動(dòng)時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)有延遲，造成測(cè)量不準(zhǔn)確的假現(xiàn)象。在公司計(jì)控處的協(xié)助下，設(shè)置了根據(jù)二次蒸汽壓力與堿液溫度計(jì)算出一效堿液濃度，根據(jù)一效堿液計(jì)算濃度串級(jí)控制設(shè)定蒸汽瞬時(shí)流量，通過(guò)設(shè)定的蒸汽瞬時(shí)流量來(lái)串級(jí)控制蒸汽自動(dòng)控制閥的開(kāi)啟度以實(shí)現(xiàn)設(shè)定的蒸汽流量和實(shí)際蒸汽用量的平衡從而達(dá)到控制放堿濃度的目的，這樣既可以實(shí)現(xiàn)了放堿的全自動(dòng)控制，又可以實(shí)現(xiàn)蒸汽流量根據(jù)放堿濃度的變化及時(shí)調(diào)整，最大限度的降低了蒸汽壓力不穩(wěn)定對(duì)放堿濃度帶來(lái)的影響，同時(shí)利用系統(tǒng)原有在線密度計(jì)作參考，有效保證了放堿濃度的精確度。改造后自動(dòng)控制裝置實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的全自動(dòng)控制放堿，達(dá)到了預(yù)期的效果。

4.3 二次蒸汽冷凝水的回收利用

二次蒸汽經(jīng)表面冷凝器冷水后進(jìn)入含堿冷凝水罐，對(duì)含堿冷凝水罐含堿量進(jìn)行測(cè)定，其含堿平均值為0.09g/L，含堿量低，分廠進(jìn)行了技術(shù)改造，對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的冷凝水進(jìn)行了回收利用，將系統(tǒng)產(chǎn)生的冷凝水經(jīng)過(guò)河水冷卻后補(bǔ)充到?jīng)鏊到y(tǒng)中，替代一部分井水補(bǔ)充進(jìn)入蒸發(fā)涼水塔系統(tǒng)，減少了井水的使用量，降低了生產(chǎn)成本。

4.4 增加真空度遠(yuǎn)傳顯示

二效、三效蒸發(fā)器二次汽管上真空表未加遠(yuǎn)傳變送裝置，控制室不能及時(shí)、準(zhǔn)確知道二效、三效蒸發(fā)器內(nèi)的真空度，出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)調(diào)整。在公司計(jì)控處的協(xié)助下，將真空表遠(yuǎn)傳顯示在控制室微機(jī)上，方便了內(nèi)操進(jìn)行檢測(cè)調(diào)整。

5 三效逆流降膜蒸發(fā)裝置缺點(diǎn)及不足

5.1 三效蒸發(fā)與單效、雙效蒸發(fā)相比，系統(tǒng)開(kāi)停車時(shí)間較長(zhǎng)，操作較復(fù)雜，對(duì)員工的要求較高，需要對(duì)員工及時(shí)進(jìn)行培訓(xùn)考核。

5.2 進(jìn)一效蒸發(fā)器的生蒸汽壓力不穩(wěn)定，有時(shí)變化較大，系統(tǒng)再次平衡需要的時(shí)間較長(zhǎng)，造成放堿濃度波動(dòng)較大，若在生蒸汽管上加一個(gè)穩(wěn)壓器效果會(huì)更好。

6 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行，三效逆流降膜蒸發(fā)裝置發(fā)揮出了蒸發(fā)強(qiáng)度大，傳熱系數(shù)高，蒸發(fā)消耗低，能源利用率高的特點(diǎn)，具有較強(qiáng)的適用性，填補(bǔ)了公司對(duì)于三效逆流降膜蒸發(fā)技術(shù)的空白，對(duì)于降低生產(chǎn)成本，提高成品49%燒堿的質(zhì)量，提高公司的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力具有重要的意義。

［1］邵成香.國(guó)產(chǎn)10萬(wàn)t/a三效逆流降膜蒸發(fā)裝置運(yùn)行總結(jié)[J].氯堿工業(yè),2010,46(7)：16-19.

［2］宋春林,任宗凱.SET三效逆流降膜蒸發(fā)裝置的特點(diǎn).[J].氯堿工業(yè),2010,46(11)：22-24.