两种型号氯化氢合成炉对比

孙龙彬

(陕西北元化工集团有限公司，陕西 榆林 719319)

【材料与设备】

两种型号氯化氢合成炉对比

孙龙彬

(陕西北元化工集团有限公司，陕西 榆林 719319)

氯化氢合成炉；结构；参数；对比

介绍了氯化氢合成工艺流程，从防爆膜固定方式、灯头结构、炉体结构、闪蒸罐连接方式、冷凝酸排放位置、纯水进入位置等方面对两种型号TQZ-140和SZL-1600的副产蒸汽氯化氢合成炉进行了对比，认为SZL-1600合成炉在实际生产中更具优势。

陕西北元化工集团有限公司(以下简称“陕西北元”)一期50万t/a聚氯乙烯、40万t/a烧碱装置于2010年7月开车投运，其中一期氯氢处理工段氯化氢合成装置采用江苏南通某公司生产的副产蒸汽二合一氯化氢石墨合成炉，其中一体式(型号TQZ-140)10台，处理能力均为120 t/d，副产水蒸气2 t/h(0.25 MPa)。后增加独立闪蒸罐式(型号SZL-1600)2台，处理能力均为140 t/d，副产水蒸气4.1 t /h(0.6 MPa)。下面主要对这两种合成炉进行对比分析，一体式对比对象为1#合成炉，独立闪蒸罐对比对象为6#合成炉。

1 工艺简介及参数对比

1.1 工艺流程

由氯气处理工序送来的尾氯经氯气缓冲罐、流量调节阀进入合成炉底部灯头，由氢处理工序送来的氢气经氢气后冷却器、氢气水雾捕集器、流量调节阀、阻火器，进入合成炉底部灯头。氯气和氢气在石墨合成炉内的石英灯头中充分燃烧生成氯化氢，产生的热量一部分用于生产蒸汽，另一部分被循环冷却水带出。生成的氯化氢一部分通过缓冲罐、石墨冷却器、酸雾捕集器送往氯乙烯合成工序，另一部分通过一级降膜、二级降膜、尾气吸收塔制成高纯盐酸送往电解和成品罐区销售。工艺流程如图 1 所示。

1.2 氯氢配比

为保证生产稳定，本装置严格按照设计要求进合成炉氯氢配比为 1∶(1.05 ～1.10)，同时要求氯化氢游离氯为0，氯化氢纯度94%～97%(体积分数)。由于在实际运行过程中氯、氢压力和合成炉出口压力不稳定，为防止过氯或过氢，采用手动调节(陕西北元氯化氢纯度控制指标为93%～95%)。

1.3 蒸汽系统

来自纯水罐的纯水通过纯水泵加压至0.58～0.62 MPa，被送至合成炉底部，产生蒸汽进入闪蒸罐进行汽液分离， 蒸汽经分配台送至用户。

1.4 合成炉工艺参数对比

两种合成炉工艺参数对比见表1。

图1 氯化氢合成工艺流程示意图

表1 合成炉关键参数

2 两种合成炉结构及运行情况对比

2.1 防爆膜固定方式

1#合成炉和6#合成炉防爆膜固定方式见2。

图2 防爆膜固定方式示意图

Fig.2 Diagram of fixing explosion-proof membrane

1#合成炉炉顶压盖法兰和活套法兰连接固定防爆膜，另一活套法兰和炉体法兰相连接密封炉体与石墨短节；6#合成炉防爆膜压盖法兰直接与炉体法兰相连接。1#合成炉连接方式中石墨短节属于薄弱部位，当炉内发生爆炸时，石墨短节处极有可能遭到破坏，压盖法兰和活套法兰及防爆膜被一起炸飞，周围人员及其他设备存在被砸伤的风险。

2.2 灯头结构

1#合成炉和6#合成炉灯头结构如图3所示。1#合成炉灯头结构为3层，分别为氢气、氯气、氢气，要求3层灯头同心安装，但实际安装后这3层灯头不可能完全同心，灯头之间空间分布不均匀，在合成炉开车过程中，氢气与氯气混合不均匀易造成灯头处闪爆事故；6#合成炉灯头为2层结构，分别为氢气、氯气，氯气层灯头末端为圆弧形，且均匀分布着大小相等的圆孔，在实际运行过程中没有发生过点炉时灯头闪爆事故。

图3 灯头结构示意图

2.3 炉体结构

1#合成炉与6#合成炉结构如图4所示。1#合成炉在侧面安装有2块防爆膜。6#合成炉则为钢套结构，没有任何法兰连接。减少防爆膜和法兰连接，可以大幅提升副产蒸汽压力(由表1可知：1#合成炉副产蒸汽压力为0.25 MPa，6#合成炉副产蒸汽压力为0.6 MPa。6#合成炉副产蒸汽压力远高于1#合成炉)，且减少法兰面泄漏风险。

图4 炉体结构图

2.4 闪蒸罐连接、循环水上水和安全阀位置

(1)1#合成炉蒸汽放空安全阀安装在蒸汽管线上(如图5中①所示)，当蒸汽通过蒸汽去分配台阀门送至分配台时，蒸汽在放空阀处会有冷凝液积聚，腐蚀阀门阀芯，须经常排放。排放时，可能会烫伤操作人员，且排放过程中蒸汽总管压力波动，又会浪费一部分蒸汽，不利于节能降耗。6#合成炉蒸汽安全阀直接安装在闪蒸罐上，不存在蒸汽冷凝液积聚问题。

(2)1#合成炉平衡管上部直接和闪蒸罐连接(如图5中②所示)，下部连接至合成炉底部，中间有合成炉活套法兰，所以在平衡管上也设计一个活套法兰满足工艺要求，但同时存在泄漏风险。6#合成炉平衡管与炉体连接没有任何活套法兰，不存在泄漏风险。

(3)1#合成炉通过上液管将汽水混合液输送至闪蒸罐内，进行汽液分离。而合成炉冷却段循环水上水管线须通过合成炉夹套将循环水输送至石墨块内(如图5中③所示)。存在于夹套内的这段循环水管线经常泄漏造成循环水和纯水互串。分析认为有以下2种原因造成泄漏。①冲刷腐蚀。夹套内纯水流速较高，相对管线高速运动，引起了金属损坏，是机械性冲刷和电化学腐蚀交互作用的结果。②气蚀。在压力变化的情况下，流体接触的金属表面上发生洞穴状腐蚀。6#合成炉为独立闪蒸罐设计，冷却段循环水直接进入冷却室，不存在蒸汽腐蚀问题。

(4)1#合成炉为一体式闪蒸罐，内部为合成炉冷却段(如图5中④所示)。冷却段工作温度<40 ℃，闪蒸罐工作温度<165 ℃，正常运行中冷却段回水温度为25 ℃左右，闪蒸罐为135 ℃。由于温差较大，闪蒸罐内壁所受的内外应力差较大，加快闪蒸罐内壁破损泄漏。6#合成炉为独立闪蒸罐，不存在这种问题。

图5 闪蒸罐连接方式示意图

2.5 冷凝酸排放

1#合成炉在氯化氢出口管线排放冷凝酸，6#合成炉在氯化氢出口和冷却段底部分别设置了冷凝酸排放管线。冷凝酸排放位置如图6所示。

2.6 纯水进入合成炉位置

1#合成炉与6#合成炉进水位置如图7所示。1#合成炉从下部到上部直至闪蒸罐为连通结构，纯水从底部进入合成炉直至闪蒸罐，燃烧热量全部由夹套纯水带走。该种纯水进入方式由于在冷却过程中无回水设计，纯水在夹套中流动性差导致炉底容易沉积淤泥等杂物，因此合成炉底盘积泥严重时将堵塞石墨块换热通道，造成石墨块烧损。6#合成炉为分层分段进行冷却，炉底冷却为纯水循环冷却，纯水进入方式为低进高出。此种冷却方式既可以保证冷却效果，又避免了因水流动性差而造成底盘积泥的情况。

图6 合成炉内冷凝酸排放位置示意图

3 其他

合成炉正常工作时火焰温度为800 ℃左右，利用给合成炉供水的纯水罐，安装2台流量为20 m3/h的离心泵给燃烧段换热。为防止合成炉燃烧段缺水而烧坏石墨块，对新增合成炉采取了以下防范措施。①给2台泵出口安装止回阀，增加互锁功能，一旦1台泵出现故障，另外1台泵立即启动给合成炉补水。②在回水管线上增加远传温度显示，DCS 24 h监控。③设定燃烧段回水温度范围，通过对石墨块制造数据进行分析，最高值设定为80 ℃，一旦运行超温立即熄炉。通过改造可有效延长合成炉连续运行时间[1]。

图7 纯水进入合成炉位置示意图

4 结语

合成炉是合成氯化氢气体最为重要的设备，合成炉的稳定性直接影响氯碱生产的安全与稳定。通过对比两种合成炉不难发现，SZL-1600合成炉比TQZ-140合成炉存在诸多优势和技术改进，必将给氯化氢合成工序的长周期满负荷运行提供强有力的保障。

[1] 张波,边伟军,张国奇.氯化氢合成炉工艺技术改造[J].氯碱工业,2016,52(8):38-39.

[编辑：董红果]

Comparison of two types of hydrogen chloride synthesis furnace

SUNLongbin,ZHANGGuoqi,HEXiaoming,LIUJianlou,HOUXuewen(Shaanxi Beiyuan Chemical Industry Group Co., Ltd., Yulin 719319, China)

hydrogen chloride synthetic furnace; structure; parameter; comparison

The synthetic process of hydrogen chloride was introduced. Two types of by-product steam hydrogen chloride synthesis furnace, TQZ-140 and SZL-1600, were compared from the aspects of fixed mode of explosion-proof film, structure of burner, structure of furnace body, connection mode of flash drum, discharge position of condensed acid, and inlet position of pure water, etc. The SZL-1600 synthesis furnace was found to be superior in actual production.

孙龙彬(1988—)，男，2011年毕业于陕西科技大学化学教育专业，现于陕西北元化工集团有限公司氯氢处理工序从事技术管理工作。

2016-11-24，张国奇，贺小明，刘建楼，侯学文

TQ124.42

B

1008-133X(2017)04-0039-04