合成系统热水工况问题分析

2021-05-22王红礼

中国氯碱 2021年4期

王红礼

（唐山三友氯碱有限责任公司，河北唐山063305）

唐山三友氯碱有限责任公司隶属于唐山三友集团，公司主要产品有32%液碱、50%液碱、32%盐酸、36%盐酸、液氯以及多种型号聚氯乙烯树脂。其中烧碱产能53 万t/a，全部采用离子膜法制碱工艺。烧碱电解工序产出的烧碱用于外售和自用，产出的氢气和氯气主要用于合成工序制取氯化氢气体。

1 氯化氢合成反应热回用状况

烧碱系统共3 条生产线，对应合成工序配套氯化氢合成炉见表1。

氯化氢合成过程中释放大量的热，50%的热量用于生产0.4 MPa 的蒸汽，所有副产蒸汽可有效供给聚氯乙烯干燥系统耗用。其余50%的热量供给溴化锂制冷系统，进而实现降温-制冷平衡。水汽车间有4 台机组使用合成炉热水换热，溴化锂制冷系统见表2。

表1 合成工序合成炉分配表

2 合成炉热水工艺流程

烧碱热水合成炉其热水为闭路循环，一二期生产线热水均配有热水罐，两期热水罐罐体联通，用以平衡温度及液位。每期热水罐内热水经热水泵加压后（压力约0.25 MPa）进入热水合成炉，吸收氯化氢的热量后大部分送往溴化锂、一次盐水及电解工序，在换热器内与介质换热后返回至合成岗位热水罐。小部分热水通过压力回流阀直接返回热水罐（见图1）。溴化锂系统是合成炉热水主要的热平衡装置，其中一期合成炉热水供01#、03# 溴化锂机组，二期合成热水供北02#、03#、04# 溴化锂机组使用（见图2）。

表2 溴化锂制冷系统表

图1 合成炉热水供应示意图

图2 一二期合成热水供溴化锂示意图

3 溴化锂机组运行原理及流程

温水吸收式制冷机是以热水作为加热源的单效吸收式制冷机组。制冷剂采用纯水，吸收剂采用溴化锂溶液。单效吸收式制冷机主要包括蒸发器、吸收器、冷凝器、发生器（再生器）、热交换器、冷剂泵、溶液泵、喷淋泵以及抽气装置等。制冷剂（冷剂水）经冷剂泵喷淋进入蒸发器，在真空（4 kPa）状态下，吸热蒸发，使管内冷水降温。蒸发产生的制冷剂蒸气在吸收器中被来自发生器的具有强吸湿能力的浓溴化锂溶液吸收，以保持容器的真空状态，吸收制冷剂蒸气后的稀溴化锂溶液由溶液泵加压经热交换器换热后送入发生器，在发生器中稀溶液经热水换热，解吸出制冷剂蒸气与浓溶液。制冷剂蒸气进入冷凝器中，被冷却凝结成液体后，进入冷剂箱继续循环使用。高温浓溶液经热交换器与稀溶液换热，回到吸收器，完成制冷循环。

溴化锂机组的热水来自烧碱合成岗位，由合成岗位的热水泵送入管网后，进入溴化锂机组换热使用后再回到热水回水总管，实现热水的降温循环使用。

4 热水系统压力与温度波动问题

案例分析：溴化锂机组运行不稳，造成合成炉热水压力、温度波动，原因分析及解决措施见表3。

表3 热水系统压力与温度波动问题及解决措施

2020 年3 月13 日，水汽车间溴化锂机组运行状态为01#、02#、04# 运行，03# 溴化锂机组停机检修。18 点30 分两条线合成岗位主控人员发现，热水泵出口压力约有30 kPa 的波动，供水温度约有5 ℃的波动。怀疑因北3#溴化锂机组同时使用两期合成热水，机组进口热水两条线互串影响压力波动。及时联系化工操作人员，关闭一期合成热水进北3#溴化锂机组进口阀门。经过一段时间观察，一期合成炉热水压力继续波动，二期热水压力稳定无波动。现场检查北1#溴化锂机组运行情况，发现机组热水容量阀每间隔4 min 波动一次，阀门开度由100%关至50%，每次持续时长约10 min。检查机组PLC 控制面板，发现因蒸发器冷剂水液位高，机组强制减载控制机组发生器热水量，来降低冷剂水液位；待冷剂水液位降低时，热水容量阀自动加载至100%，提高机组负载量。分析冷剂水液位波动原因：在机组满载时，一期合成炉热水进01#溴化锂机组热水量约为350 m3/h；机组进口热水温度为94 ℃，出口温度为82 ℃；机组消耗热量为4.2×103×350×（94-82）×70%=1.234 8×107（J）。

机组满负荷时制冷量约为0.837×107J。

根据以上判断，因一期合成热水炉有点炉操作，合成炉热水量增加，又因03#溴化锂机组检修停用，01# 溴化锂机组加至满载无法满足当前一期合成炉热水循环热量，故判定合成炉热水热量大于机组满载制冷量，引起冷剂水量波动，溴化锂机组热水容量阀阀位变化，引发合成炉热水压力波动。