结晶外冷器热氨Ⅰ母液清洗工艺的研究与应用

赵 川

(连云港市福源德邦科技发展有限公司，江苏 连云港 222300)

1 背景技术

联碱法纯碱生产中因氯化铵母液在外冷器中与冷媒介质换热，母液因降温产生过饱和度，若过饱和度消失在外冷器换热管内壁，使得外冷器换热管内产生氯化铵结疤，造成外冷器换热效果差，需要定期倒换清洗。联碱法结晶外冷器清洗通常采用热氨Ⅰ母液进行热洗，虽然热AⅠ母液固定铵含量高，但其温度也较高，正常生产中，氨Ⅰ母液含固定铵80～84 tt，吸氨后的热氨Ⅰ母液温度在40 ℃以上，此温度下其固定铵饱和含量约为94 tt，即浓度差可达10 tt以上，这个浓度差是溶解结疤的主要推动力。

传统联碱法纯碱生产中结晶外冷器热氨Ⅰ母液清洗工艺是将吸氨来的热AⅠ母液自流回热氨Ⅰ母液桶，用热氨Ⅰ清洗泵送至清洗外冷器管程，清洗外冷器管内结疤，每套冷析的结晶外冷器配置一台热氨Ⅰ清洗泵，清洗完热氨Ⅰ再返回热氨Ⅰ桶，完成循环清洗。这种清洗工艺存在以下缺陷：选用的热氨Ⅰ清洗泵扬程高，且流量偏低，增加动力消耗，需配置大功率电机，增加能耗，另循环量偏低，影响外冷器清洗效果。

所以，通过技术创新，我公司研究一种联碱法纯碱生产中结晶外冷器热氨Ⅰ母液清洗新型工艺技术，取消传统工艺的高扬程低流量的热AⅠ清洗泵，选用低扬程、大流量的清洗轴流泵，配套小功率电机，采用本工艺技术热氨Ⅰ母液温度较高，且清洗轴流泵母液循环量大，提高了外冷器清洗效果，另外选用低扬程的轴流泵，配套电机功率较小，节约能耗。

2 工艺技术介绍

本工艺技术主要研究内容是针对现有技术的不足，提供一种新的、可降低系统能耗的联碱法纯碱生产过程中结晶外冷器热氨Ⅰ母液清洗新型工艺技术。

其工艺流程大致为：

1)先提高母Ⅰ吸氨器位置，高于结晶外冷器，吸氨后的热氨Ⅰ母液分两路，利用高位差一路去结晶外冷器，另一路去热氨Ⅰ桶，回热氨Ⅰ桶管路设置上液封，正常生产时，吸氨后的热氨Ⅰ母液优先去结晶外冷器进行清洗外冷器，若不清洗时，将去结晶外冷器管路阀门关闭，则热氨Ⅰ母液直接回热氨Ⅰ母液桶。

2)取消目前的高扬程热氨Ⅰ清洗泵，改为低扬程大流量轴流泵，每套结晶器配置一台低扬程大流量热氨Ⅰ清洗轴流泵，替代目前的高扬程热氨Ⅰ清洗泵。

3)吸氨后的热氨Ⅰ母液自流进热氨Ⅰ清洗轴流泵进口总管热氨Ⅰ清洗轴流泵进出口配管连接到此套结晶系统的各台外冷器，并加切断阀进行倒换清洗，循环清洗外冷器管程结疤，清洗完的热氨Ⅰ母液再溢流回热氨Ⅰ母液桶。见图1。

图1 结晶外冷器热氨Ⅰ清洗技术改造工艺流程

本工艺技术具有以下技术优势：

1)采用低扬程大流量热氨Ⅰ清洗轴流泵代替高扬程热氨Ⅰ清洗泵，因吸氨后的热氨Ⅰ母液温度较高，且清洗轴流泵母液循环量大，提高了外冷器清洗效果。

2)选用低扬程的轴流泵，配套电机功率较小，节约能耗。节约能耗计算如下：以60万t/a的纯碱生产能力计算，年产60万t纯碱，正常设计是三套V=860 m3冷析结晶器，每套冷析结晶器配套三台φ2400×6000外冷器，每套冷析结晶系统配置一台热氨I清洗泵(Q=600 m3/h，H=40 m，N=132 kW)，正常生产电耗约为132×3=396 kWh，与传统工艺对比，采用本工艺技术，外冷器清洗选用三台低扬程大流量热氨Ⅰ清洗轴流泵(Q=1 000 m3/h，H=2 m，N=15 kW)，正常生产电耗约为15×3=45 kWh，则每小时可节约电耗约351 kWh，即吨碱电耗下降4.68 kWh/t碱。以每度电0.6元计算，则年产60万t纯碱，每年可节约电费168万元。

3)本项目实施取消传统工艺高扬程热氨Ⅰ清洗泵，其电机功率大，且为二级电机，而选用低扬程热氨Ⅰ清洗轴流泵，其电机功率小，且为四级电机，可以减少设备损伤及故障率，延长设备使用寿命，同时，也减少大功率高转速的热氨Ⅰ清洗泵运行产生的噪音污染，更加安全环保。

3 技术应用

目前，该工艺技术已在安徽德邦化工有限公司推广应用，安徽德邦化工有限公司年产60万t纯碱，取消其原有工艺的三台高扬程热氨Ⅰ清洗泵(Q=600 m3/h，H=40 m，N=132 kW)，已将三套结晶系统外冷器热氨Ⅰ清洗改为低扬程大流量热氨Ⅰ清洗轴流泵进行清洗。

其实施改造方案为：

1)利用大修停车检修机会，将母I吸氨器搬迁至结晶外冷器框架厂房楼顶，目的是将吸氨后热氨Ⅰ母液利用高位差，自流进结晶外冷器中。

2)取消原高扬程热氨Ⅰ清洗泵清洗流程，原有的设备及管线仅作为备用使用。在三套结晶外冷器上管箱处边侧位置，各安装三台低扬程大流量热氨Ⅰ清洗轴流泵(Q=1 000 m3/h，H=2 m，N=15 kW)。

3)将吸氨后的热氨Ⅰ母液配管分别进三套热氨Ⅰ清洗轴流泵进口总管，并加装阀门。

4)每台热氨Ⅰ清洗轴流泵进出口配管连接到此套冷析系统的各台外冷器，并加切断阀进行倒换清洗。

5)正常清洗流程为热氨I清洗轴流泵出口的热氨Ⅰ母液从外冷器下部进，从外冷器上管箱出，清洗后的热氨Ⅰ母液再溢流回热氨Ⅰ母液桶。

表1 是安徽德邦冷析系统结晶外冷器热氨Ⅰ清洗技术改造项目实施后的查定数据。

表1 结晶外冷器热氨Ⅰ清洗技术改造后查定数据

项目经济效益核算：

项目完工投用后，联碱停用三台高扬程热氨Ⅰ清洗泵(Q=600 m3/h，H=40 m，N=132 kW)，而选用三台低扬程大流量热氨Ⅰ清洗轴流泵(Q=1 000 m3/h，H=2 m，N=15 kW)，全年以8 000 h计，全年节电量为280万kWh，电费以0.6元/kWh度计算，每年节约电费168万元。

项目社会效益核算：

项目完工投用后，按1.229 tce/万kWh计算节能量，每年节约345 t标准煤，按0.68 kgCO2/kg标煤计算减排，每年可减少235 t CO2排放。

另外，本项目实施取消传统工艺高扬程热氨Ⅰ清洗泵，其电机功率大，且为二级电机，而选用低扬程热氨Ⅰ清洗轴流泵，其电机功率小，且为四级电机，可以减少设备损伤及故障率，延长设备使用寿命，同时，也减少大功率高转速的热氨Ⅰ清洗泵运行产生的噪音污染，更加安全环保。

4 小 结

本工艺技术我公司获得授权发明专利一项，发明专利名称：联碱法纯碱生产过程中结晶工段溴化锂制冷降温及外冷器热氨Ⅰ母液清洗装置与方法，专利号：ZL201610085651.4。本工艺技术改造节能降耗、项目运行安全稳定，达到预期效果，可推广至联碱行业使用。