氯化氫石墨冷卻器運(yùn)行總結(jié)

孫龍彬

(陜西北元化工集團(tuán)股份有限公司，陜西 榆林 719319)

陜西北元化工集團(tuán)股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱“北元化工”)一期40萬t/a燒堿裝置于2010年10月開車投運(yùn)，其中氯化氫生產(chǎn)工序氯化氫冷卻設(shè)備使用的是江蘇南通某公司生產(chǎn)的氯化氫石墨冷卻器。石墨冷卻器是氯化氫合成工序的重要設(shè)備，來自氯化氫緩沖罐的氯化氫氣體經(jīng)冷卻器降溫除水，達(dá)到要求的工藝指標(biāo)后，再輸送到氯化氫酸霧捕集器，去除酸霧后送至聚氯乙烯合成工序。

1 生產(chǎn)工藝

1.1 工藝流程

由氯氣處理工序送來的尾氣經(jīng)氯氣緩沖罐、流量調(diào)節(jié)閥進(jìn)入合成爐底部燈頭，氫處理工序送來的氫氣經(jīng)氫氣后冷卻器、氫氣水霧捕集器，由流量調(diào)節(jié)閥、阻火器，進(jìn)入合成爐底部燈頭。這2種氣體在石英燈頭中充分燃燒生成氯化氫氣體[1]，產(chǎn)生的熱量一部分用于生產(chǎn)蒸汽，另一部分被循環(huán)冷卻水帶出。生成的HCl 氣體一部分通過氯化氫緩沖罐、石墨冷卻器、酸霧捕集器送至氯乙烯合成工序，另一部分通過一級(jí)降膜、二級(jí)降膜和尾氣吸收塔制成高純鹽酸送至罐區(qū)和電解系統(tǒng)。

1.2 石墨冷卻器運(yùn)行方式

一期裝置有兩條氯化氫生產(chǎn)線，每條生產(chǎn)線有氯化氫石墨冷卻器3臺(tái)，生產(chǎn)中采用開二備一的運(yùn)行模式，通過兩級(jí)串聯(lián)冷卻，將氯化氫溫度控制在指標(biāo)范圍，換熱介質(zhì)采用-26 ℃冷凍鹽水。石墨冷卻器工藝流程如圖1所示(紅色部分為在用設(shè)備管線)。

1.3 參數(shù)控制

氯化氫中含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制指標(biāo)小于3×10-4,一級(jí)石墨冷卻器冷卻溫度(-11±2) ℃，二級(jí)石墨冷卻器冷卻溫度(-15±2)℃，氯化氫氣體送聚氯乙烯合成溫度(-14±2)℃。

2 運(yùn)行中易出現(xiàn)的問題及采取的措施

2.1 冷凍鹽水泄漏

石墨冷卻器運(yùn)行過程中冷凍鹽水走殼程，氯化氫氣體走管程。當(dāng)冷凍鹽水泄漏進(jìn)管程內(nèi)時(shí)，氯化氫氣體溶解于冷凍鹽水，并放出大量的熱，導(dǎo)致氯化氫氣體溫度升高,超出指標(biāo)范圍；嚴(yán)重時(shí)冷凍鹽水堵塞氯化氫氣體出口管線，造成壓力波動(dòng)。如處理不及時(shí)可能導(dǎo)致合成爐過氯和聚氯乙烯停車事故。

圖1 石墨冷卻器工藝流程示意圖

日常運(yùn)行按時(shí)觀察石墨冷卻器下酸情況及石墨冷卻器出口氯化氫溫度。如發(fā)現(xiàn)下酸增多、顏色發(fā)黃渾濁，且石墨冷卻器出口溫度升高，則可判斷為石墨冷卻器冷凍鹽水串入氯化氫系統(tǒng)內(nèi)，應(yīng)及時(shí)切換備用石墨冷卻器，對(duì)故障設(shè)備進(jìn)行檢修。

2.2 冷卻器進(jìn)出口壓差升高

第1臺(tái)石墨冷卻器進(jìn)口和第3臺(tái)石墨冷卻器出口分別裝有遠(yuǎn)傳壓力變送器，用來觀察3臺(tái)石墨冷卻器總壓差。正常運(yùn)行時(shí)壓差范圍在5 kPa左右(根據(jù)經(jīng)驗(yàn),每臺(tái)石墨冷卻器壓差在2 kPa左右)，當(dāng)進(jìn)出口壓差大于7 kPa，或者壓力較正常運(yùn)行時(shí)高2 kPa時(shí)，可認(rèn)定石墨冷卻器壓差升高，須檢查處理。

通常石墨冷卻器壓差增高原因有3個(gè)。①石墨冷卻器在運(yùn)行時(shí)溫度設(shè)置過低，導(dǎo)致石墨冷卻器內(nèi)鹽酸結(jié)晶(通常發(fā)生在石墨冷卻器投用初始階段)。處理措施為緩慢調(diào)節(jié)冷凍鹽水閥門開度，提高氯化氫溫度，但要保證在指標(biāo)范圍內(nèi)。②石墨冷卻器進(jìn)出口襯塑管線襯塑鼓泡或者翹起，氯化氫氣體流通面積減小，導(dǎo)致壓差升高。處理措施為調(diào)節(jié)氯化氫氣體流量，檢查、更換管線。③遠(yuǎn)傳壓力變送器故障。處理措施為聯(lián)系儀表人員重新標(biāo)定校正。

2.3 冷卻器管線泄漏

氯化氫石墨冷卻器進(jìn)出口為鋼襯塑管線，由于這兩種材質(zhì)熱脹冷縮參數(shù)不同，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，襯塑脫離鋼管線，在法蘭面連接處易造成泄漏。另外，北元化工一期裝置石墨冷卻器進(jìn)出口襯塑管線的大部分管件是在后期加工連接的，并非前期一體成型，因此，連接部位也容易開裂鼓起，使氯化氫氣體滲漏進(jìn)管線夾層，腐蝕鋼管線，造成泄漏，如圖2所示。

圖2 石墨冷卻器管線短節(jié)腐蝕情況

巡檢時(shí)多注意觀察，發(fā)現(xiàn)管線外壁有酸漬時(shí)，及時(shí)處理;發(fā)現(xiàn)泄漏時(shí),及時(shí)切換。

2.4 切換過程中出現(xiàn)的問題及注意事項(xiàng)

當(dāng)設(shè)備管線存在問題時(shí)，要及時(shí)切換備用石墨冷卻器。切換前務(wù)必檢查確認(rèn)到位，否則可能引發(fā)事故。切換石墨冷卻器前應(yīng)從以下幾方面做好檢查確認(rèn)工作。

2.4.1 切換前的檢查

檢查備用石墨冷卻器進(jìn)口和出口排酸閥門的開關(guān)情況；檢查備用石墨冷卻器內(nèi)部有無積酸，若有積酸，應(yīng)排凈。當(dāng)班崗位人員還應(yīng)了解備用石墨冷卻器備用期有無檢修情況，了解石墨冷卻器內(nèi)介質(zhì)濃度，避免發(fā)生事故。

案例:某日，在切換石墨冷卻器過程中，當(dāng)班崗位人員按照操作規(guī)程，檢查石墨冷卻器閥門開關(guān)和內(nèi)部積酸情況。崗位人員發(fā)現(xiàn)石墨冷卻器內(nèi)有積酸，隨即打開放凈閥門排放積酸，積酸排放完后，即聯(lián)系DCS操作人員進(jìn)行石墨冷卻器切換。在切換過程中，崗位人員緩慢打開石墨冷卻器進(jìn)口閥門，瞬間聽見大量氣流流動(dòng)聲音，立即關(guān)閉閥門，并詢問DCS流量、壓力情況。DCS參數(shù)顯示，總管流量瞬間波動(dòng)4 000 m3/h，導(dǎo)致聚氯乙烯合成崗位流量報(bào)警。事件原因?yàn)?，備用石墨冷卻器備用期間曾經(jīng)檢修過進(jìn)口短節(jié)，檢修期間檢修人員為稀釋進(jìn)口處酸霧，曾用純水沖洗進(jìn)口，導(dǎo)致純水進(jìn)入石墨冷卻器內(nèi)，檢修完成后未及時(shí)排放。切換前，崗位人員雖排放了石墨冷卻器內(nèi)部稀酸，但在石墨冷卻器內(nèi)壁上懸掛有大量水滴，氯化氫氣體極易溶于水，在打開石墨冷卻器進(jìn)口瞬間，大量氯化氫被水吸收使石墨冷卻器內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，導(dǎo)致氯化氫總管流量波動(dòng)。

2.4.2 注意氯化氫總管壓力參數(shù)變化

在切換石墨冷卻器時(shí)，一定要與DCS密切配合，隨時(shí)詢問氯化氫總管壓力及流量變化，避免引起壓力波動(dòng)而造成的過氯停車事故，且切換前應(yīng)適當(dāng)增大合成爐氫氣、氯氣配比。

案例:某日，在切換石墨冷卻器過程中，A線氯化氫石墨冷卻器出口管線襯塑脫落(如圖3所示)，堵塞管線，造成合成爐爐壓上漲至66.33 kPa，3#合成爐防爆膜瞬間爆破，然后，系統(tǒng)壓力降至9.01 kPa，有機(jī)系統(tǒng)氯化氫低流量聯(lián)鎖停車，氯化氫A線出酸。分析原因認(rèn)為,在石墨冷卻器切換過程中，由于流量及流動(dòng)方向變化導(dǎo)致襯塑管線連接部位鼓泡翹起，導(dǎo)致壓力升高，合成爐防爆膜爆破。

圖3 石墨冷卻器管線襯塑接口翹起圖示

2.4.3 切換前冷凍鹽水開度影響

切換前，應(yīng)適當(dāng)開啟冷凍鹽水閥門，給備用石墨冷卻器降溫。閥門開度過小，不能及時(shí)將氯化氫氣體溫度控制到指標(biāo)范圍內(nèi)，導(dǎo)致總管氯化氫溫度超標(biāo)；閥門開度過大，會(huì)導(dǎo)致石墨冷卻器內(nèi)氣體(主要包含為氯化氫氣體、空氣等)結(jié)晶，嚴(yán)重時(shí)凍壞石墨冷卻器，并系統(tǒng)時(shí)導(dǎo)致石墨冷卻器壓差升高無法控制，最終導(dǎo)致無法并入系統(tǒng)。另外，石墨冷卻器溫度檢測(cè)點(diǎn)設(shè)置在石墨冷卻器出口位置，當(dāng)冷凍水打開時(shí)，由于石墨冷卻器內(nèi)氣體不流動(dòng)，出口位置溫度變化遲緩，不能有效反映石墨冷卻器內(nèi)真實(shí)溫度?？梢晕㈤_石墨冷卻器進(jìn)出口閥門，讓氣體流動(dòng)起來，保證出口溫度的真實(shí)客觀性。

2.4.4 閥門日常維護(hù)保養(yǎng)，避免閥門無法動(dòng)作

本系統(tǒng)石墨冷卻器進(jìn)出口閥門均為DN600的襯塑蝶閥，在室外情況下，閥門傳動(dòng)機(jī)構(gòu)銹蝕情況時(shí)有發(fā)生，導(dǎo)致閥門動(dòng)作困難。日常運(yùn)行時(shí),要注意閥門的維護(hù)保養(yǎng)，經(jīng)常性潤(rùn)滑防腐，保證閥門完好。

3 總結(jié)

石墨冷卻器是氯化氫送氣系統(tǒng)中的重要設(shè)備，它承擔(dān)著給氯化氫降溫除水的重要任務(wù)，日常運(yùn)行中一定要認(rèn)真巡檢，及時(shí)排除隱患，避免事故發(fā)生。