氯化氢合成炉使用脱氧纯水的运行总结

高海阳，冯强强 ，曹磊磊 ，白虎雄，高鹏飞，刘文远

(陕西北元化工集团股份有限公司，陕西 榆林 719000)

陕西北元化工集团有限公司化工分公司(以下简称“北元化工”)是一家拥有110万t/a聚氯乙烯、88万t/a烧碱的大型氯碱企业。

1 生产中存在的问题

氯碱生产过程中涉及氯化氢合成装置，北元化工合成装置一、二期4条生产线共有TQZ-140、SZL-140、SZL-1600 3种型号的合成炉。氯气、氢气在合成炉内混合燃烧生成氯化氢气体，反应过程中产生大量反应热，通常采用循环水在合成炉夹套中作为冷却介质，将这部分热量带走。但长时间运行后，会出现合成炉底温度高、合成炉石墨孔堵塞、灯座泄漏、炉膛漏水、蒸汽管线泄漏等异常情况，影响系统的安全稳定运行。

2 原因

分析认为，合成炉异常主要有以下两方面原因。

(1) 采用循环水对合成炉上下相对低温区换热时,由于循环水杂质较多，大量杂质停留在合成炉内，循环水中碳酸钙、泥污等杂质覆盖在石墨块表面及换热孔内，导致结垢严重，发生石墨块干烧，进而出现炉膛漏水、合成炉超温等异常现象。

(2) 蒸汽管线泄漏的另一个重要因素是氧腐蚀。合成炉高温区流通的纯水为未除氧纯水，水中的溶解氧对设备管线造成氧腐蚀。氧腐蚀属于电化学腐蚀，在没有溶解氧存在时，锅炉内的水汽与铁反应生成Fe(OH)2，Fe(OH)2可吸附在金属壁上形成一层保护膜。但这层保护膜并不稳定，在有氧存在时，它会进一步氧化生成高价的Fe(OH)3，使设备不断腐蚀[1]。

3 纯水除氧工艺的引进

根据以上分析情况，北元化工在合成装置采用除氧纯水作为冷却介质，解决了上述问题。

3.1 工艺流程

纯水经过换热器预热后进入除氧器，将低压蒸汽管网0.3～0.4 MPa的蒸汽通入除氧器底部，纯水与蒸汽逆流换热接触。在除氧器内纯水温度升高至100～110 ℃，此过程中纯水中的氧气可降低至50 μg/L以下，不凝性气体从除氧器顶部排空，热水自流进入除氧器给水箱。除氧纯水由输送泵直接供给合成炉夹套使用。循环纯水泵将高温纯水输送至纯水预热器，与低温纯水初步换热，再经过循环纯水冷却器降温至60 ℃以下，进入合成炉底部换热，再回流至纯水罐进行循环。合成炉使用除氧纯水流程如图1所示。

图1 合成炉使用除氧纯水工艺流程示意图

Fig.1 Process flow diagram of using deoxygenated pure water as cooling medium for hydrogen chloride synthesis furnace

3.2 除氧器原理及特点

除氧器应用了射流和旋转技术，并采用了比表面积很大的填料-液汽网盒。除氧器总体设计成两级除氧结构。第一级除氧装置由起膜装置和淋水箅子组成。化学补充水以及其他低于饱和温度下的各种疏水都进入起膜装置的水室中混合，混合后的水经过固定在上、下管板上的起膜喷管的喷孔以射流方式在起膜喷管的内壁上形成高速向下旋转的水膜。向下流动的水膜与上升的加热蒸汽接触后产生强烈的热交换过程，当旋转的水膜流出起膜管时，水温基本上接近了饱和温度，水中的溶解氧将被除掉90%～95%。水膜流出起膜管后形成椎形裙体，并在重力和蒸汽流的作用下被冲破而形成水滴，降落在淋水箅子上。淋水箅子由5层30 mm×30 mm等边角钢构成，除氧水经过各层箅子与蒸汽进一步进行热交换，同时也为除氧水进入液汽网填料盒进行均匀分配。液汽网填料盒是除氧器第二级除氧装置。液汽网填料盒根据实际情况设计成单层或双层。液汽网是一种新型高效填料，它是由不锈钢扁丝(0.1 mm×0.4 mm)以Ω形编织成的网套，把液汽网按其自然状态盘成圆盘，圆盘直径相当于液汽网填料盒框体的内径，在圆盘的上下用扁钢和Φ14钢筋将其固装在液汽网填料盒的框体内，除氧水经过液汽网填料盒，汽水充分接触，将水中溶解氧最大限度地解吸出来。这一除氧过程保证了除氧器在变工况运行时的适应性能和稳定性能。

4 引进工艺前后对比

4.1 炉底循环水变更为除氧纯水对比

采用循环水换热时由于循环水杂质较多，进合成炉管线又从循环水总管底部引出，导致大量杂质停留在合成炉内。循环水改为除氧纯水后，合成炉底温度大大降低，减少了灯座泄漏、炉膛漏水等异常情况的发生。除氧纯水使用前后，合成炉炉底、灯座的温度对比见表1、表2。

表1 循环水降温时合成炉温度

表2 脱氧纯水降温时合成炉温度

4.2 高温区普通纯水变为除氧纯水对比

新装置运行1年以来，合成炉运行平稳，未出现蒸汽管线冲刷泄漏等情况。蒸汽管壁厚由平均每年损失2.5 mm降至0.5 mm。图2是1#炉技改前后蒸汽管线壁厚数据对比效果，图3是5#炉技改前后蒸汽管线壁厚数据对比效果。

图2 1#合成炉蒸汽管线壁厚技改前后对比

图3 5#合成炉蒸汽管线壁厚技改前后对比

4.3 运行稳定性对比

2019年11月解体一期TQZ-140型合成炉B3炉，整体干净，未发现红色污垢；闪蒸罐原来约2个月检修1次，改造后，运行共16个月未检修，且防爆膜接口蒸汽漏点频率降低。至目前，SZL-1600型合成炉最长运行时间为21个月(2018年5月至2020年2月)，未因腐蚀而造成泄漏。

2020年3月，二期合成炉全部改用除氧纯水，目前运行时间最长的合成炉为14个月，其中SZL-140型合成炉底盘温度全部低于50 ℃，远远低于改造前(最高140 ℃)的温度，且蒸汽管线未出现漏点；SZL-1600型合成炉底盘温度正常，蒸汽管线运行正常。

5 结语

除氧纯水的引进，减少了合成炉底温度高、氧腐蚀等异常情况，降低了设备维护检修频次，有利于装置的长周期安全平稳运行，具有较高的经济效益，值得同行业借鉴推广。但由于循环水本身易结垢属性未得到彻底解决，所以改造后出现了纯水冷却器的结垢问题，目前通过开一备一的方式运行，定期对纯水冷却器进行清理，循环水的易结垢问题将是公司下一步的研究方向。