氯乙烯合成混合气脱水石墨冷凝器的泄漏治理

夏汝焱 王 凌

（浙江巨化股份有限公司电化厂，浙江 衢州 324004）

经验交流

氯乙烯合成混合气脱水石墨冷凝器的泄漏治理

夏汝焱 王 凌

（浙江巨化股份有限公司电化厂，浙江 衢州 324004）

分析了电石法聚氯乙烯生产中，乙炔和氯化氢混合气体脱水用浮头列管式石墨冷凝器频繁泄漏的原因，一是频繁停车破坏了石墨列管中的冰层厚度与气相物料之间的动态平衡，导致列管冻裂；二是气相出口短节过短导致部分石墨列管在伸缩时受力较大而破裂。提出了预防和改进措施，尽量避免无计划停车，新增DCS监测和视频监控、安装盐水放净管道、气相出口短节更换为软连接、改人工为自动控制放凝酸。实施后，取得较好效果。

氯乙烯；石墨冷凝器；泄漏；预防；改进

某公司电石法聚氯乙烯（PVC）生产车间中，脱去水分后相对干燥的乙炔和氯化氢混合气体进入转化器里进行合成反应得到氯乙烯（VC）。混合气体脱水工序的浮头列管式石墨冷凝器使用情况一直较好，但自2008年9月以来，冷凝器列管泄漏事故频发，2006年1月至2008年8月2年多冷凝器共泄漏11次；而自2008年9月至2009年3月的7个月里泄漏20次，影响了生产的安全和稳定。因此必须找出事故原因，提出相应的预防及改进措施，降低冷凝器泄漏率。

1 混合脱水工艺简介

混合脱水工艺流程简图见图1。

由乙炔装置送来的精制乙炔气，经乙炔砂封除尘后进入乙炔预冷器，在乙炔预冷器中用0℃盐水冷却除去部分水分后，再进入气水分离器进一步脱去部分水分，排出的水分去污水井，而乙炔气与氯化氢装置送来的干燥氯化氢通过流量计调节分子配比，使 n(HCl):n(C2H2)=1.04～1.10:1，进入混合器中混合，充分混合后的混合气体再进入并列的3组6台冷凝器中，2台串联成1组。

冷凝器的型号为 GH110-210，公称直径是1 100 mm，换热面积210 m2，设计温度是-20～130℃，管程和壳程设计压力分别为0.2和0.3 MPa，是典型的石墨换热容器。其夹套中通入-35℃盐水对混合气体进一步冷却，通过冷却使混合气体中的大部分水分变成凝酸析出，最后带有细小酸雾的混合气体进入2台串联的酸雾过滤器中，其夹套也通以-35℃盐水来保持温度，经酸雾过滤器中的含氟硅油浸渍玻璃棉对酸雾进行捕集，得到相对干燥的乙炔和氯化氢混合气体（水的质量分数控制在0.06%以下）。最后将干燥的混合气体再送至转化器进行合成得到VC。

2 泄漏原因分析

对2008年9月以后频发的冷凝器列管泄漏事故进行分析，发现泄漏基本上都是在冷凝器开停车后发生的。受国际金融风暴的影响，PVC行业不景气，为减少损失经常降低生产流量或停车，在生产上极不稳定，也就直接导致了冷凝器开停频繁，而正是在冷凝器开停频繁的状况下引起了石墨列管频繁泄漏，其具体原因有以下2点：

1)冷凝器的频繁停车导致石墨列管因冻裂而泄漏。冷凝器壳程所用盐水均是从底部进入，由上部流出；气相从顶部进入，经列管由底部排出；气相中所含的水分被冷凝后变成凝酸，由列管壁流下，至下封头聚集，最后通过底部有放酸视镜的排酸管定期排放到放酸缸中。

冷凝器壳程底部进入的是-28～-36℃的盐水，石墨导热系数是139 W/(m℃)，而碳钢和不锈钢在0℃时导热系数是分别为52.3和16.3 W/(m℃)，石墨比常见金属材料如碳钢、不锈钢的传热速度快，所以列管内壁的温度是远远低于-18℃，而当其温度低于-18℃时，附着于列管内壁的凝酸就会析出HCl·2H2O的结晶，即出现结冰现象，而且冰层沿列管向下越来越厚，自上而下呈锥形分布。

在正常开车状态下，冰层厚度与气相物料达到动态平衡，不至于堵塞整个列管。但是冷凝器一旦停车，列管内壁的冰层厚度与气相物料之间的动态平衡就被破坏，列管上部冰层在停车期间就会不断溶化向下流动，在流动过程中又由于壳程内是-28～-36℃的盐水，所以在盐水的冷却作用下向下流动的酸水在列管下部又被冻结堵塞，填满冰层锥体，进而冻裂列管造成泄漏。

2）冷凝器开停频繁使石墨列管在温度变化较大时有一定量的伸缩，但气相出口短节过短导致部分石墨列管在伸缩时受力较大而破裂。

冷凝器是由不透性石墨换热管与上、下管板用粘接剂粘接组成管束，置于钢制圆筒壳体内，其中上管板是固定的，下管板与圆筒壳体间是用盘根密封的，可以浮动。上封头是石墨材质，与筒体用螺栓联接紧固；下封头是钢衬塑，与卡在筒体最下端的石墨锥形段上的卡环通过螺栓直接联接紧固的。因此在冷凝器频繁开停时，列管由于温差较大就有一定量的伸长或收缩，于是下管板也就会上下浮动，但下封头是与卡在筒体最下端的石墨锥形段上的卡环通过螺栓直接联接紧固的，所以下封头也会有一定的上升或下降。同理，与下封头通过紧固螺丝相联接的气相出口短节也就随之有一定的上升或下降。

如图2，如果出口短节（长度为L）较长时，上升或下降的高度h相对L就基本可忽略不计；但如果短节较短，h相对L就较大，此时列管伸缩时受力也就很大。而在冷凝器配管安装时，由于厂房的局限使其气相去酸雾过滤器的出口短节过短，致使在冷凝器频繁开停时部分列管就由于伸缩时受力较大而破裂，造成泄漏。

3 预防和改进措施

1)在生产管理方面，生产调度系统统筹安排生产，避免无计划的停车，提高PVC生产系统的稳定性，通过减少系统的开停车次数来降低冷凝器的开停频次；

2)对冷凝器新增DCS监测和视频监控，即对气相进出口温度、压力和底部放酸视镜进行全程监控。一旦冷凝器列管结冰堵塞，那么DCS监测数据就会立即给出提示，即冷凝器出口温度迅速上升、气相进出口压差立即增大，视频将发现底部放酸视镜无凝酸析出。一旦发现列管堵塞，冷凝器立即停止进盐水和进混合气来化冰，从而避免列管被冻裂；

3)给冷凝器安装盐水放净管道。若停车时间较长，一般3 h就应放净设备内的盐水，防止列管上部酸水溶化后又在下部重新冰冻堵塞住列管，进而冻裂列管；

4)将冷凝器人工放凝酸的操作改为自动控制放酸，加大放酸密度，减少冷凝器内大量凝酸聚集，避免列管下部被冻结堵塞；

5)将冷凝器底部封头上去酸雾过滤器的气相出口短节更换为软连接，使列管在温差较大时伸缩变形不受过短的气相出口短节限制而受力破裂。

4 结束语

采取上述针对性的措施后，冷凝器列管的泄漏情况明显好转，从2009年5月到12月的8个月里冷凝器列管仅泄漏了4次，既延长了冷凝器的运行时间，增加了系统的稳定性；同时，冷凝器列管泄漏次数较少后，其酸雾和盐水的排放量就大大减少，较好地改善了生产和检修环境。

Leakage Control for Graphite Condenser of Dehydrated Vinyl Chloride Gas Mixture

Xia Ruyan,Wang Ling

(Zhejiang Juhua Co.,Ltd.Electric Factory,Quzhou,Zhejiang 324004)

The usage condition of shell and tube floating head graphite condenser used for vinyl chloride gas mixture dehydrating during the production of calcium carbide method-PVC is introduced.Mixed dehydration process is briefly summarized.The basic parameters of the used condenser is described.The cause of frequently leaks on graphite tube on the condition of frequently condenser start-stop is analyzed and corresponding prevention and improvement measures for controlling leakage is put forward.Good results after its implementation are achieved.

chloroethylene;graphite condenser;leakage;prevention;improvement

TQ222.4+23

BDOI10.3969/j.issn.1006-6829.2010.02.017

2010-01-25；

2010-02-25