氯碱废氯气抽空泵的改进和运行维保

段志善，王 正

（1.西安建筑科技大学，陕西 西安 710055；2.山东铝业公司氯碱厂，山东 淄博 255051）

氯碱废氯气抽空泵的改进和运行维保

段志善1，王 正2

（1.西安建筑科技大学，陕西 西安 710055；2.山东铝业公司氯碱厂，山东 淄博 255051）

分析了氯碱工业生产中废氯气（尾气）的产生原因和流量，介绍了山东铝业公司氯碱厂新建二期项目扩产后抽空泵的设计及改进，提出了优化抽空设备和管道运行维保的措施。

废氯气；抽空泵；运行维保

1 废氯气的产生

氯碱生产中氯气与折百烧碱的理论质量之比为0.887 5∶1.000 0，但在实际生产中，由于氯气微溶于淡盐水不能完全分离和低温冷却液化效率达不到100%等因素的影响，氯气所形成的销售成品—液氯与折百烧碱的实际质量比仅为 0.885∶1.000，所损失的0.25%的氯气全部成为尾气（即废氯气）。按山东铝业公司氯碱厂16万t/a的氯碱生产装置来说，将年产废气400 t，折合成标准状态下的废氯气，其体积约为126 120 m3。这些尾气最终都需要作无害处理。

此外，在液氯产品包装外售时，无论是采用钢瓶包装还是槽车充装，充装台铜阀与包装容器阀门之间的充装管内必然存满液氯，即使是连续不断地包装外售，这部分液氯也不得不因更换包装容器、拆卸管道而抽空气化成氯气并送往尾气吸收处理装置。

为保证废气处理及时有效，且不影响电解装置氯氢压差稳定，需要在不与氯气总管直接相连接的工艺管路中增加1台尾气抽空泵来单独抽空废氯气，鉴于包装废氯气的不连续性且易于直接抽入空气，目前，该类设备最常用的选型是硫酸液环式尾气抽空泵（即纳氏泵）。

2 废氯气量的计算

2.1 生产中产生的废气

生产中产生的废氯如果不能有效利用，则完全需要进废气处理工序作无害处理后外排。对该部分氯气，该厂是将其输送至盐酸合成炉燃烧，制备高纯盐酸，这是目前较为经济便捷的处理工艺。不仅充分有效利用氯气资源，避免作无害处理时自耗碱，又极大降低了液化效率要求，尾氯含量可由35%提高至65%，相当于提高了液化机组的设备能力。

2.2 包装销售产生的废气

液氯产品目前主要有液氯钢瓶和液氯槽车销售方式。包装时，用易弯曲的铜管或能转向的钢管来连接充装，但充装完成后，该段充装管内的氯气要做无害处理。2种充装方式残留于管内的氯气量的计算如下，按每小时处理量进行核算。

（1）钢瓶包装

单个钢瓶充装时，使用内径Ø10 mm，长约2.5 m的铜管，则其体积为：

有时，为提高充装速度，采用双管充装，则需处理的氯气量翻倍。

（2）槽车包装

单个槽车充装时，使用内径Ø50 mm，长约3 m的铜管，则其体积为：

（3）同时包装

该厂实际共有4处液氯槽车充装台和14个钢瓶充装称，按其同时抽空，则估算出最大液氯处理量为：

液氯充装液下泵压力一般维持在0.8 MPa，充装后残留液氯压力为0.82 MPa，但尾气抽空泵只能输送液氯气化后的氯气，因此，在设计选型抽空泵时，不仅需要将上述残留液氯进行常压折算，还需要根据液氯在标准状况下1∶484的气化比，最终计算氯气体积量，简化计算可得：

3 尾气抽空泵的造型和改进

3.1 泵的选型

在16万t/a烧碱装置中，需同时处理的最大氯气量为101.8 m3，但为提高抽空效率，缩短抽空时间，往往需要在0.5 h以内，甚至更短时间内完成抽空工作，因此，尾气抽空泵的输送能力必须是最大氯气处理量的2倍或者更多，应达到200~300 m3/h。

液氯因低温和高气化比，对输送管道强度和韧性要求较高，通常选用10#钢等低碳钢管材。但选择碳钢管道也有其不利的一面，钢管极易被氯气腐蚀，尤其是氯中含水量较大时，不仅快速腐蚀管材本身，而且腐蚀产生的氯化铁等异物会附着在管壁并沿径向逐渐堵塞管道，减少管道横截面积，直至完全堵塞，必然降低尾气抽空泵的输送能力。因此，选型时必须综合考虑诸多因素，适当选择较大输送能力的设备，来应对实际生产中可能出现的异常情况。

3.2 设计改进情况

该厂2005年建设一期6万t/a烧碱装置，在液化岗位设计安装了2台YL-200/0.25尾气抽空泵（抽废氯气后送往除害塔），1开1备，能满足生产要求，但自从2008年新建二期10万t/a烧碱装置后，一期尾气抽空泵单开1台时，能力明显不能满足生产要求，为此，在综合考虑液氯包装最大尾气量的基础上，重新购置1台YL-300/0.3型尾气泵，经过实际使用，完全能满足16万t/a烧碱装置的包装尾气处理。一期和二期2种尾气抽空泵的参数对比见表1。

表1 2种尾气抽空泵参数

将新泵布置安装在距离包装岗位 （钢瓶包装和槽车充装）近的位置，越近越好，目的是尽可能缩短泵进口管路的长度，管道越短越容易操作维护，越便于堵塞后的疏通处理。同时，可有效减少管路阻力对尾气泵造成的能量损失。

管路堵塞物主要是氯化铁、酸泥等异物，极易溶于水，用水清洗后能完全恢复管壁。因此，采用接入饱和蒸汽的方式对尾气管道进行定期疏通清洗。采用蒸汽的好处是蒸汽温度高，溶解酸泥速度快，清洗时间短，对碳钢管道造成的腐蚀危害更小；但需要注意的是，疏通出来的污水带有腐蚀性，需要避免伤害人员和污染厂房环境。

4 尾气抽空泵的运行使用

4.1 工作原理

尾气抽空泵的椭圆壳体内腔设计成双偏心椭圆形，当硫酸液环循环液由锥盖板的中心孔进入泵的工作室后，在叶轮旋转的离心力作用下，将硫酸抛至椭圆壳体的内壁上，使硫酸液形成一圈接近等厚度、并且具有一定强度的椭圆形液环，从而使叶轮的叶片间形成不同容积的工作室。被输送气体从分配盖的前层通过锥盖大孔进入叶片间工作室，开始时，容积逐渐增大，处于吸气过程；当该室转过长轴中心线后，容积逐渐缩小，此时气体被压缩，当接近锥盖板小孔时，排出被压缩气体。该泵的叶轮每旋转1周将出现2次吸气和排气过程。

4.2 液环

硫酸液环不仅在压缩气体时起活塞和密封作用，还可进一步干燥氯气和带走泵在压缩过程中产生的热量。此外，硫酸液环的循环量能直接影响泵的抽力。液环循环量过小，则可使泵头发热，热量积聚，甚至烧毁泵盖垫片。液环循环量过大，则减少吸入氯气流道面积，降低抽力，若液位极高时，泵内灌满液体介质，则会形成叶轮搅拌，出现完全不供气的情况。所以通常控制泵头中的硫酸液位刚好达到泵轴中线，以确保设备经济有效运行。

输送不同性质的气体应选择相应的液环介质。输送氯气或氯化氢气体时，液环宜选用98%硫酸；输送乙炔或氢气等易燃、易爆的有毒气体时，液环宜选用纯净水。液环介质可选择的种类很多，但有一点是必须注意的，即所输送的气体必须不溶于所选用的液环介质，且两者之间应极易分离，以确保输送介质的单一性。此外，该泵所消耗的功率与所用的液环介质的成相对密度正比，相对密度大，功耗大，相应的效率下降。

5 尾气抽空系统

5.1 尾气抽空工艺的设计流程（见图1）

尾气抽空工艺流程见图1。

在叶轮不断的旋转过程中，有一部分硫酸循环液成为酸雾，混杂于被输送气体之间，这便需要配套设计分离器来进行气液分离。分离出的气体从分离器顶部被输送到后续流程管路系统中，酸雾则沉降为酸液后积聚在分离器底部，随循环液流入冷却器中冷却并返回抽空泵系统。硫酸液环与叶轮之间高速旋转接触，必然产生大量热量，这就需要对硫酸液环循环液进行冷却降温，因此，配套设计了哈氏合金材质的板式换热器，并使用7℃冷水进行循环冷却，控制酸温为20~40℃。循环冷却的低温硫酸始终作为液环介质来输送氯气。此外，为稳定抽空泵的进出口压力，还可以在泵的进口增加安装1台缓冲罐，来容纳瞬间增多的废氯气量，避免泵进口突然成正压。

5.2 抽空泵系统布置设计

抽空泵系统的布置设计就是对流程的泵前废氯气缓冲罐、尾气抽空泵、泵后气液分离器及板式换热器的设计布置。

尾气抽空泵由于维护保养和维修较为频繁，考虑到其拆卸、吊装和搬运的便捷性，布置时，应靠近厂房门口或路边。泵前废氯气缓冲罐应布置于泵的进气管一侧，而泵后气液分离器属于出口管线设备，应布置于泵的排气管一侧。硫酸板式换热器内冷却后的硫酸是依靠泵的自身抽力来吸入进气管道的，因此，换热器也应布置于抽空泵进气管一侧。

5.3 抽空泵的运行维护

正常生产时，运行新抽空泵，而一期2台小抽空泵一般不运行，当新泵出现故障时，应急启用小泵，紧急抢修新泵。为此，为新泵配置了全套备品备件，确保在最短时间内排除故障，恢复新泵使用。

在特殊情况下，也单独开启小泵。如外来客户槽车压力较高时（超过0.2 MPa），以0.8 MPa的液氯充装压力，难以确保较快的充装速度。此时便开启小抽空泵为槽车单独排压，把车内压力降低为常压或负压，以提高包装速度。

液环式抽空泵除了正常的调整、紧固、润滑、密封、清洁外，还需着重注意以下几点维保要求。

（1）需确保氯气抽空量的稳定。当氯气抽入量过大时，会造成泵进口负压降低，从而冷却硫酸循环量吸入不足，泵体发热，严重时，会烧毁泵壳垫片，发生设备故障，出现硫酸和氯气泄漏。尤其是必须避免突然抽入大量液氯 （如包装钢瓶铜阀关闭错误等操作失误时），否则，必然发生设备事故。

（2）液环介质硫酸浓度的稳定控制。作为液环介质的浓硫酸，必须始终保持H2SO4质量分数为90%以上，以防止由于硫酸浓度变稀而加重对泵体的腐蚀，保障液环硫酸对氯气的二次干燥，遏制泵出口碳钢管道的硫酸盐、氯化物造成的结晶堵塞。

（3）设备不可长时间停用。设备长时间停用时，硫酸不仅易于低温结晶，还会对设备产生腐蚀影响，尤其是在局部边缘地带腐蚀更严重，并伴有大量酸泥产生，特别表现在机封容易泄漏等。出现这种情况，必须定期地短时间启动抽空泵，循环并置换硫酸，确保硫酸始终为高浓度。

（4）泵进口管线必须定期清理维护。抽空时，泵的进口管线必然会抽入不少空气，空气中所含的少量水分与氯气相互作用，将在进口管壁上生成并附着大量酸泥和盐类，时间一久，会堵塞管道。为此，执行定期蒸汽清洗疏通制度，通常每月实施1次。因为泵的出口管道输送的是经尾气抽空泵硫酸液环干燥后的氯气，不易产生腐蚀堵塞，无需疏通清洗。

Improvement and operation maintenance of waste chlorine gas evacuation pump

DUAN Zhi-shan1,WANG Zheng2
(1.Xi'an University of Architecture and Technology,Xi'an 710055,China;2.Shandong Aluminum Company chlor-alkali plant,Zibo 255051,China)

The produce cause and flow capacity of disused chlorine in chlor-alkali industry production were analysed.The improvement of pump after building second new expansion item were introduced.The optimization measure of function maintenance with vacuum equipment and pipeline were advanced.

disused chlorine;vacuum pump;improvement function maintenance

TQ124.2

B

1009－1785(2011)12-0035-03

2011-08-16