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淺析蒸汽氯化氫單法蘭液位變送器運行總結

作時間:2019-09-10  來源:  作者:
   
[摘 要]介紹二合一副產蒸汽氯化氫單法蘭液位變送器在運行中出現的問題,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。
 
山東鋁業有限公司于1954年建成投產,成立60多年來,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。山東鋁業有限公司氯堿廠于2004年開始籌備,目前離子膜法燒堿生產能力18萬t/a。為平衡氯氣液化尾氣,分別于2012年和2014年相繼投產兩套SZL-110型50t/d氯化氫二合一副產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時直排大氣。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點火系統,且爐內壓力控制0~10kPa的微正壓運行。
來自氫氣處理工序的氫氣經氫氣穩壓閥、氫氣緩沖罐穩定壓力,再經孔板流量計計量、自動閥控制后,與來自氯氣處理工序的經氯氣穩壓閥、氯氣緩沖罐穩定壓力,再經孔板流量計計量、自動閥控制的氯氣以1.05∶1的體積比進入單法蘭液位變送器,自動點火后在爐內燃燒,合成為氯化氫氣體。氯化氫氣體經蒸汽爐夾套的鍋爐給水冷卻后進入爐頂石墨冷卻器,再經過循環水冷卻至常溫。氯化氫通過自動閥控制,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,副產蒸汽送燒堿廠作化鹽用或送其他用戶,節能降耗。一般生產1t100%HCl可副產0.6~0.65t蒸汽,回收利用60%左右的反應熱。
 
2 運行中出現的問題及改進措施
2.1尾氣塔氯化氫排放超標
2012年投產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量較大或濕度大的天氣時,排空口有白霧,經檢測氯化氫質量濃度≥100mg/m3,超出排放標準。
為滿足環保要求,按照圖1所示的方法進行改進:取消單法蘭液位變送器正常生產后的切換操作,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一步在酸水循環罐V-5155A/B中進行再吸收,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酸氣及裝車酸霧全部采用上述方法進行處置,實現酸霧不外逸、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渡儲罐使用,設計自動補水閥,保證酸水循環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爐體破損
2012年投產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。其本質是采用差壓原理,測量出平衡容器中的靜壓力與容器中實際水位的靜壓力(隨水位升降而變化)的差壓值,再通過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行水位監測。2012年12月14日22:30,DCS人員發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 將閃蒸罐加水自動閥改為手動并加水,同時現場發現,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。拆除燈頭后發現,爐體內部出現裂紋,且有石墨塊脫落。
 
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閃蒸罐液位正?刂剖1000mm。液位低于1000mm時,加水自動閥自動打開補水;液位高于1000mm時,閥門自動關閉。查看DCS閃蒸罐補水流量曲線,曲線顯示閃蒸罐在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。通過上述現象及數據推斷,冬季生產時,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、汽包水連管等全部凍結,閃蒸罐液位突發故障,虛假顯示,導致爐內缺水、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,如果現場巡檢不及時,則可能出現爐體缺水干燒破損事故。經過討論研究,改進如下:①將其變更為雙法蘭液位計,簡單實用;②將現場磁翻板替換為石英管雙色液位計,方便遠距離觀測液位,增加遠傳視頻監控。DCS崗位人員將閃蒸罐補水曲線列為重點監控畫面,隨時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
副產蒸汽單法蘭液位變送器設定爐內壓力超過60kPa即聯鎖停爐。某次開車,一次點火不成功,二次點火過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,應該分析的取樣點未執行到位。爐內初次點火時氯氣、氫氣和空氣混合氣體置換不徹底,二次點火遇明火發生爆鳴,產生的沖擊波使單法蘭液位變送器在薄弱點一級降膜吸收器防爆膜處破裂泄壓。
單法蘭液位變送器點火不成功,再次點火時不可著急,禁止頻繁點火,要嚴格執行測爆抽空程序,限定點火間隔時間,按操作要求逐步執行操作。主要步驟如下:①聯系DCS操作人員,確認進單法蘭液位變送器的氯氣和氫氣自動閥完全關閉,打開氯氣和氫氣進單法蘭液位變送器的手動閥;②確認爐門打開的情況下,水力抽射泵抽空整個單法蘭液位變送器30min左右;抽空過程中務必把單法蘭液位變送器每一級下酸的U形液封酸放凈,確保無抽空死角;③手持測爆儀依次探入爐門、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槽的放空口進行測爆,測爆結果及測爆人員寫入操作票中,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鎖導致防爆膜破裂
單法蘭液位變送器擴建時,某次項目施工人員正在進行接線施工,新連接的儀表線搭接在控制柜接線端子排上,現場接頭沒有進行防護,導致儀表線接地,造成主控室DCS控制柜內一組斷路器(43#)過電流跳閘。此組斷路器控制著單法蘭液位變送器的氯氣和氫氣自動調節閥,兩閥門失電后自動關閉,造成單法蘭液位變送器沒有氯氣和氫氣而停車。但是施工人員和值班電工緊接著盲目送電,鹽酸崗位人員還未來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。分析原因時發現,單法蘭液位變送器聯鎖未投用,斷路器失電后,閥門設計故障關閉,但是恢復供電后,因沒有聯鎖的鎖定作用,閥門自動打開,導致氯氣和氫氣混合氣體進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鎖對保證設備運行至關重要,單法蘭液位變送器的氫氣和氯氣流量、閃蒸罐液位、循環水流量、火焰信號檢測、爐內壓力等聯鎖務必在順利開車后及時投用。每次緊急停爐和計劃停車,均應及時關閉進爐前的氯氣和氫氣手動閥,防止誤操作導致爆炸性混合氣體進入爐內,引發事故。
 
2.3.3停爐后爐門打開過早導致防爆膜破裂
單法蘭液位變送器氯氣和氫氣燃燒時,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,如果此時盲目打開爐門,空氣從外界進入爐內,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生爆鳴,防爆膜破裂。
為保證停爐后不發生意外,應對的措施如下:①停爐前確認氮氣壓力和進爐前的氮氣手動閥完全打開,保證聯鎖停爐時,惰性氮氣第一時間進入爐內,迅速降低燈頭溫度的同時稀釋殘留混合氣體;②可小開閃蒸罐低排閥,確保鍋爐給水和循環水持續供給,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根據生產經驗,鍋爐段溫度高于100℃,不允許打開爐門,通過觀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,進而影響各級降膜吸收的效果。循環冷卻水壓力達不到工藝要求、循環側結垢都可能導致下酸溫度高,有條件的生產單位一般采用純水作為冷卻介質,但受外界環境影響,仍然在一級降膜吸收器內產生結垢。應利用檢修時機,或者根據使用情況,定期用檸檬酸等進行在線清洗,確保冷卻效果。一般各級降膜吸收器的循環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家在設計降膜吸收器純水分布管的構造時略有不同。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值低導致爐水發紅
如果石墨外筒體采用碳鋼材質,運行一段時間后,鍋爐段和閃蒸罐的排污水會呈現明顯的紅色,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、閃蒸罐都會有不同程度的腐蝕,嚴重時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汽部分的進水水質要求如表1所示)。
 
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鍋爐給水在進入單法蘭液位變送器之前,必須滿足表1所示的pH值在7.0~9.5的要求。堿性太高會腐蝕樹脂,極易結垢。pH值調節劑采用弱堿性介質(如氨水),配制成0.5%(質量分數)加入純水槽。產汽部分爐水要經常排污,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用作化鹽,為避免將銨離子帶入系統,非常終形成三氯化氮,建議采用磷酸三鈉調節pH值。
 
3 結語
選用SZL-110型副產蒸汽二合一石墨氯化氫單法蘭液位變送器,結構按爐內自動點火方案設計。操作彈性范圍在30%~110%,極大地提高了氯化氫生產的自動化水平,減輕了員工操作負擔。同時,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≥0.60MPa的低壓蒸汽,可以為用戶非常大限度節能降耗。一系列的聯鎖設計可保障設備的安全,但是在火焰檢測器配備、爐水在線監測方面應當持續改進,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入,定期巡檢循環水等關鍵參數并確保不超標,可保障本體設備長周期安全穩定運行。
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