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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]介绍二合一副产蒸汽氯化氢單法蘭液位變送器在运行中出现的问题,并提出可行的解决方案,保障單法蘭液位變送器系统的安全稳定运行。
 
山東鋁業有限公司于1954年建成投産,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爲一體的有色金屬骨幹企業。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産能力18萬t/a。爲平衡氯氣液化尾氣,分別于2012年和2014年相繼投産兩套SZL-110型50t/d氯化氫二合一副産蒸汽單法蘭液位變送器[1]。
 
1 單法蘭液位變送器的介绍
2012年投産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,尾氣塔後的尾氣正常生産時直排大氣。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、自動閥控制後,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,自動點火後在爐內燃燒,合成爲氯化氫氣體。氯化氫氣體經蒸汽爐夾套的鍋爐給水冷卻後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産高純鹽酸。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,副産蒸汽送燒堿廠作化鹽用或送其他用戶,節能降耗。一般生産1t100%HCl可副産0.6~0.65t蒸汽,回收利用60%左右的反應熱。
 
2 运行中出现的问题及改进措施
2.1尾氣塔氯化氫排放超標
2012年投産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産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,超出排放標准。
爲滿足環保要求,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産後的切換操作,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,吸收後的淡酸水返回單法蘭液位變送器作爲吸收水重複使用,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可以作爲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年投产的單法蘭液位變送器在闪蒸罐的液位控制上采用图2所示的双室平衡器液位计。其本质是采用差压原理,测量出平衡容器中的静压力与容器中实际水位的静压力(随水位升降而变化)的差压值,再通过差壓變送器将差压值转变成电流信号传输到集控室计算机上进行水位监测。2012年12月14日22:30,DCS人员发现二合一盐酸單法蘭液位變送器至闪蒸罐蒸汽温度与氯化氢温度异常,氯化氢出口温度由28.7℃升至31.5℃,單法蘭液位變送器至闪蒸罐蒸汽温度由146.4℃上升至 152. 4 ℃,与單法蘭液位變送器负荷不匹配。盐酸岗位人员查看确认闪蒸罐现场磁翻板液位显示 150 mm,远传显示 1 027 mm。DCS 将闪蒸罐加水自动阀改为手动并加水,同时现场发现,冷凝酸罐液位上涨迅速,判断炉体可能泄漏,随即降负荷停运二合一盐酸單法蘭液位變送器。拆除灯头后发现,炉体内部出现裂纹,且有石墨块脱落。
 
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閃蒸罐液位正常控制是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,並在之前呈現規律性補水,每隔約30min補水1次,22:05之後閃蒸罐液位在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,冬季生産時,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幹燒破損事故。經過討論研究,改進如下:①將其變更爲雙法蘭液位計,簡單實用;②將現場磁翻板替換爲石英管雙色液位計,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爲重點監控畫面,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測爆不規範導致防爆膜破裂
副产蒸汽單法蘭液位變送器设定炉内压力超过60kPa即联锁停炉。某次开车,一次点火不成功,二次点火过程中炉内压力瞬间突涨至40kPa,炉内有轻微爆鸣,一级降膜吸收器防爆膜破裂,紧急停炉。分析原因为未严格执行停炉抽空,测爆不规范,应该分析的取样点未执行到位。炉内初次点火时氯气、氢气和空气混合气体置换不彻底,二次点火遇明火发生爆鸣,产生的冲击波使單法蘭液位變送器在薄弱点一级降膜吸收器防爆膜处破裂泄压。
單法蘭液位變送器点火不成功,再次点火时不可着急,禁止频繁点火,要严格执行测爆抽空程序,限定点火间隔时间,按操作要求逐步执行操作。主要步骤如下:①联系DCS操作人员,确认进單法蘭液位變送器的氯气和氢气自动阀完全关闭,打开氯气和氢气进單法蘭液位變送器的手动阀;②确认炉门打开的情况下,水力抽射泵抽空整个單法蘭液位變送器30min左右;抽空过程中务必把單法蘭液位變送器每一级下酸的U形液封酸放净,确保无抽空死角;③手持测爆仪依次探入炉门、一级降膜氯化氢取样口、二级降膜液封排净口、尾气塔排空口及酸水循环槽的放空口进行测爆,测爆结果及测爆人员写入操作票中,确保單法蘭液位變送器系统安全。
 
2.3.2氯氣和氫氣流量未投聯鎖導致防爆膜破裂
單法蘭液位變送器扩建时,某次项目施工人员正在进行接线施工,新连接的仪表线搭接在控制柜接线端子排上,现场接头没有进行防护,导致仪表线接地,造成主控室DCS控制柜内一组断路器(43#)过电流跳闸。此组断路器控制着單法蘭液位變送器的氯气和氢气自动调节阀,两阀门失电后自动关闭,造成單法蘭液位變送器没有氯气和氢气而停车。但是施工人员和值班电工紧接着盲目送电,盐酸岗位人员还未来得及切断炉前氢气和氯气,导致單法蘭液位變送器出现爆鸣,炉顶和一级降膜吸收器防爆膜破裂。分析原因时发现,單法蘭液位變送器联锁未投用,断路器失电后,阀门设计故障关闭,但是恢复供电后,因没有联锁的锁定作用,阀门自动打开,导致氯气和氢气混合气体进入未冷却降温的炉内,被高温的灯头或炉壁引爆,造成防爆膜及灯头破裂。
單法蘭液位變送器的联锁对保证设备运行至关重要,單法蘭液位變送器的氢气和氯气流量、闪蒸罐液位、循环水流量、火焰信号检测、炉内压力等联锁务必在顺利开车后及时投用。每次紧急停炉和计划停车,均应及时关闭进炉前的氯气和氢气手动阀,防止误操作导致爆炸性混合气体进入炉内,引发事故。
 
2.3.3停爐後爐門打開過早導致防爆膜破裂
單法蘭液位變送器氯气和氢气燃烧时,火焰中心温度可达700~800℃,炉壁的温度也在400~500℃。停炉瞬间,炉内的部分氢气和氯气未被抽空置换干净,如果此时盲目打开炉门,空气从外界进入炉内,则高温的炉壁容易引爆炉内混合气体,导致單法蘭液位變送器发生爆鸣,防爆膜破裂。
爲保證停爐後不發生意外,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根據生産經驗,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,有條件的生産單位一般采用純水作爲冷卻介質,但受外界環境影響,仍然在一級降膜吸收器內産生結垢。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下酸温度高的内部原因不同單法蘭液位變送器的厂家在设计降膜吸收器纯水分布管的构造时略有不同。如果是使用年限达到三四年的單法蘭液位變送器,排除了外部原因导致的下酸温度高后,就要停炉检查各级降膜吸收器的分布器。分布器丝接口或者负责布水的楔形口容易在运行过程中损伤,导致氯化氢走短路,纯水吸收不均匀,失去降膜吸收作用,影响下酸温度。此外,降膜吸收器的安装是否水平也影响吸收效果。
 
2.5鍋爐水pH值低導致爐水發紅
如果石墨外筒体采用碳钢材质,运行一段时间后,锅炉段和闪蒸罐的排污水会呈现明显的红色,即铁锈成分的影响。如果不采取处置措施,则锅炉段的出水管道、锅炉段外筒体、闪蒸罐都会有不同程度的腐蚀,严重时每年腐蚀速度可达到1mm以上,轻则造成管道腐蚀,严重的可导致设备损坏。其主要原因还是锅炉给水不达标(單法蘭液位變送器产汽部分的进水水质要求如表1所示)。
 
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锅炉给水在进入單法蘭液位變送器之前,必须满足表1所示的pH值在7.0~9.5的要求。碱性太高会腐蚀树脂,极易结垢。pH值调节剂采用弱碱性介质(如氨水),配制成0.5%(质量分数)加入纯水槽。产汽部分炉水要经常排污,每班至少要排污1次(从闪蒸罐、單法蘭液位變送器夹套产汽排污口排水),排出积存的残渣和有机物等。如果單法蘭液位變送器蒸汽并入管网用作化盐,为避免将铵离子带入系统,非常终形成三氯化氮,建议采用磷酸三钠调节pH值。
 
3 结语
选用SZL-110型副产蒸汽二合一石墨氯化氢單法蘭液位變送器,结构按炉内自动点火方案设计。操作弹性范围在30%~110%,极大地提高了氯化氢生产的自动化水平,减轻了员工操作负担。同时,氯化氢單法蘭液位變送器夹套采用锅炉给水移热,尽可能将氯化氢气体合成热吸收,副产≥0.60MPa的低压蒸汽,可以为用户非常大限度节能降耗。一系列的联锁设计可保障设备的安全,但是在火焰检测器配备、炉水在线监测方面应当持续改进,保证效果。由多年运行结果看,只要單法蘭液位變送器不缺水、不灭火或灭火后严禁混合气体进入,定期巡检循环水等关键参数并确保不超标,可保障本体设备长周期安全稳定运行。
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