副产蒸汽氯化氢合成炉的选用及点火控制程序

王菊花，盛世奎，杨 展，蔡海彦

（中国平煤神马集团开封东大化工有限公司，河南 开封 475003）

中国平煤神马集团开封东大化工有限公司于2007年10月新建5台普通氯化氢石墨合成炉，装置生产能力为30 t氯化氢/d。为了有效利用合成反应产生的热量，提高氯化氢合成炉自动化控制水平，2010年，引进二合一副产蒸汽氯化氢合成炉系统（120 t氯化氢/d）1套，替代原有的4号普通氯化氢合成炉，该装置于2010年7月一次试车成功。

1 氯化氢合成炉副产蒸汽的基本原理及选用

氯气与氢气反应生成氯化氢时释放出大量反应热，合成1 kg气态氯化氢放2 502 kJ热量，这些热量相当可观，完全可以用来副产蒸汽。

对于氯化氢合成中的热能利用，国内主要有2种方法：一种是钢制水夹套氯化氢合成炉副产热水，这种合成炉在炉顶部和底部容易受腐蚀，因此，使用寿命较短；另一种是石墨制氯化氢合成炉，由于石墨是非金属脆性材料，受强度和使用温度的限制，只能副产热水或0.2～0.3 MPa压力的蒸汽，在副产蒸汽时，石墨炉筒作为产汽的受压部件，安全上存在一定隐患，热能利用率只能达到30%～40%。采用以上2种方法副产的热水或低压蒸汽应用范围较小，工业价值不高。

该公司引进的副产蒸汽氯化氢合成炉在热能利用方面克服了以上缺点，在合成炉的高温段，使用钢制水冷壁炉筒，以提高强度；在合成段顶部和底部采用石墨材料制作，以提高其耐腐蚀性。该设备的热能利用率可达70%，副产蒸汽压力可在0.2～1.4 MPa间任意调节，工业价值较高。

2 副产蒸汽氯化氢合成炉系统工艺流程简介

来自氯气缓冲罐的氯气或氯气液化尾气和来自氢气缓冲罐的氢气，分别经流量调节阀控制一定比例的流量经过阻火器进入氯化氢合成炉底部燃烧器。在燃烧器中，氯气和氢气进行混合燃烧生成氯化氢气体，气体向上流经副产蒸汽氯化氢合成炉上部冷却器冷却后，输送到分配台，分别再送至5台氯化氢吸收装置。

软水贮罐的软水经软水泵加压至1.2 MPa以上后，送至蒸汽发生汽包，出来的软水下降进入预热器后，再进入副产蒸汽氯化氢合成炉蒸汽发生段与氯化氢气体热交换，回收氯化氢气体的燃烧反应热量，降低氯化氢气体的温度，产生蒸汽压力为0.8 MPa以上蒸汽并入公司蒸汽管网中。

排污罐为运行辅助设备。汽包内的软水经过不断蒸发后，水中夹带的少量盐分不断浓缩，达到一定浓度时，会使水冷壁炉钢管内壁产生结垢影响设备运行，需要通过排污罐排除部分含高浓度盐的软水，使汽包内水中含盐量维持在较低的水平。

预热器是一台列管换热器，设置在汽包回水与炉筒进水管之间，开车时，用来预热系统内软水，停车期间，用来保持钢制炉筒温度维持在90℃，防止产生冷凝酸腐蚀。

3 副产蒸汽氯化氢合成炉的效益

（1）热能利用率高。120 t氯化氢/d的副产蒸汽氯化氢合成炉满负荷运行时，每小时可产生约三吨蒸汽，每吨蒸汽价以190元，年生产时间按8 000 h，该合成炉每年生产蒸汽产生的效益为456万元。

（2）节约用电。该合成炉满负荷运行时，每小时产出的热量为12.51×106kJ，这部分热量的68%左右被副产蒸汽带走，若以循环冷却水的方式换热，则需消耗340 t/h的循环水量 （循环冷却水温升按6℃计），则循环水装置约需配置60 kW的动力电，电价按0.5元/kW·h计，每年可节约电费约24万元。

（3）实现了自动化控制，使氯化氢生产的安全性、可靠性大幅提高。副产蒸汽合成炉实现了可靠的远程自动点火、完善的过程自动控制及安全的连锁保护系统。实现了从点火开车、过程控制到停车的全过程的DCS操作，大大提高了装置的自动化控制水平及本质安全。

4 副产蒸汽合成炉点火控制程序

（1）DCS系统给合成炉可以点火信号，此时，合成炉允许点火灯亮。

（2）手动按下点火控制柜点火启动按钮。

（3）合成炉充氮开关阀打开（充氮指示灯亮）合成炉进行充氮。

（4）合成炉充氮2.5 min时，高压点火装置上的点火空气开关阀打开（点火空气指示灯亮）合成炉进入空气。

（5）充氮完成后，合成炉充氮开关阀关闭（充氮指示灯亮灭）。

（6）此时，进行高压点火（高压电火指示灯亮）。

（7）高压点火装置上的点火氢气开关阀打开（点火氢气指示灯亮），合成炉进入氢气。

（8）高压点火断（高压点火指示灯灭）。

（9）点火氢气开关阀打开，点火氢气指示灯亮；点火空气开关阀打开，点火空气指示灯亮；高压点火，高压电火指示灯亮，三灯同亮。

（10）高压点火装置上的点火氢气开关阀打开（点火氢气指示灯亮）后，高压点火断（高压电火指示灯灭），进炉主路氢气（开关阀）打开+旁路（开关阀）打开（进炉主路氢气（开关阀）+旁路（开关阀）灯亮），约2 s后，进炉氯气开关阀打开+旁路开关阀打开（进炉氯气（开关阀）+旁路（开关阀）灯亮）。

（11）四者同亮约2 s。当火焰监视系统监视到火焰信号，进合成炉氢气调节阀+氯气调节阀上的电磁阀打开（进合成炉氢气调节阀+氯气调节阀灯亮）。

（12）完成以上步骤后，炉运行成功，火焰监视系统上可以看到小火焰。

（13）炉运行成功后，方可进行炉的运行量的人工调整。

（14）如火焰监视系统未监视到火焰信号（合成炉的引火及高压点火火焰），合成炉程序不再往下运行，合成炉点火失败（合成炉点火失败灯亮），同时，合成炉充氮保护指示灯亮，合成炉充氮开关阀打开，对合成炉进行充氮，保护合成炉的安全。

5 副产蒸汽合成炉点火柜点炉程序关键点

（1）高压点火与进炉氢气重合时间在合成炉安全点火范围内尽量延长，高压点火灯亮时，点火氢气灯亮，点火氢气灯、点火空气灯、高压点火灯三者同步应维持 2.0～3.0 s。

（2）进炉主路氢气（开关阀）+旁路（开关阀）灯亮 1.0～2.0 s，进炉氯气（开关阀）+旁路（开关阀）灯亮。在进炉主路氢气（开关阀）+旁路（开关阀）灯亮时，高压点火灯熄灭。

（3）进炉主路氢气（开关阀）+旁路（开关阀）灯亮、进炉氯气（开关阀）+旁路（开关阀）灯亮、点火空气灯亮、点火氢气灯亮，四者同亮应维持1.0～2.0 s。

（4）完成上述程序后，进炉氢气调节阀、氯气调节阀开。进炉氢气调节阀、氯气调节阀灯亮，此时，合成炉才可进行加量调整。

6 造成合成炉点火失败的原因及解决措施

（1）点火柜点火程序死机PLC程序起来运行。一般情况下，关闭点火柜控制电源10 min后，再送电即可恢复。

（2）未满足以下工艺条件：

a.氮气压力＜0.35 MPa；

b.压缩空气压力＜0.55 MPa；

c.仪表气压力＜0.55 MPa；

d.压缩空气含氧量＜18.5%；

e.工艺要求的氢气、氯气、炉中氢、氯中氢等其他指标不合格。

需检查各控制点满足规定的工艺要求。

（3）检查并保持自控系统的阀门控制灵活性，主要为：a.点火空气开关阀；b.点火氢气开关阀；c.充氮开关阀；d.进炉氢气主路开关阀+旁路开关阀；e.进炉氯气主路开关阀+旁路开关阀。

要求开车前要手动检查一遍。进炉氯气主路开关阀+旁路开关阀要活动多次，方可投入使用。

（4）进炉氢气调节阀+氯气调节阀要手动检查其开度及灵活性，可进行零、50%、100%来回2个行程实验。

（5）利用合成炉抽负压情况、往合成炉内充氮气、空压气等形式，检查其工艺管线的通透情况，保证管路畅通。

（6）限流孔板装置堵塞。在开车前拆下以下装置并检查，清理干净后装上备用。a.点火空气限流孔板装置；b.点火氢气限流孔板装置；c.进炉氢气旁路限流孔板装置；d.进炉氯气旁路限流孔板装置；e.进炉氮气限流孔板装置。

（7）检查进炉氢气阻火器，点火氢气阻火器是否阻塞。

（8）火焰监视装置是否灵敏、监视棒是否污染。

a.检查监视棒是否有锈蚀性的物质，清理掉。

b.用外部火焰（如打火机火焰）检查火焰传感器的灵敏度。

（9）高压点火装置

a.高压点火装置内是否有酸性物（液体或固体）；

b.高压点火装置上高压点火电极处绝缘中阻是大于10 MΩ；

c.高压点火装置上高压点火变压器是否损坏，有点火信号时，高压点火处是否有电弧发生、在接线处用电笔测试电笔氖泡发光；

d.高压点火装置上高压点火处（电子撤弧处）是否在电极顶部，不可在根部处打火；

e.高压点火装置上打火电极顶部石墨头电极是否损坏；

f.高压点火装置上的石英玻璃管是否损坏。

（10）石墨合成炉下的灯头是否开裂。灯头开裂导致氢气、氯气上不去，可使点不着火。

（11）点火时，炉内正压偏大可致电火不成功。点火时，一般为微负压或微正压。

（12）二合一点火柜内各状态继电器（指示灯）无输出（继电器埙坏）。

（13）点火柜内PLC程序、火焰传感放大器（把点火信号及火焰监视器放大转换成电信号4～20 mA一路输出给点火柜内的PLC系统，另一路给主控室DCS系统）、24V稳压电源损坏可致合成炉点火失败。

（14）DCS系统上工艺指标连锁未解除，特别是，火焰检测连锁不可提前投入，否则DCS系统点火信号送不出，点火柜无法启动点火按钮。

（15）点火空气（工艺压缩空气）和仪表气路管路因腐蚀而造成管路不畅。

7 针对合成炉维护的几点建议

（1）工艺管线及设备上的排污阀，定期进行排污，特别是汽包和循环水的排污。

（2）净化仪表气源、工艺气源。

（3）定期对各监控系统进行维护，包括仪表设备工艺管线上的调节阀门。

（4）不在点火柜近处使用对讲机，避免对PLC、高压点火放大器造成电磁干扰或至PLC死机。

（5）在DCS柜内增加1个正压气源，保证DCS柜内模块不被腐蚀。