副产蒸汽氯化氢石墨合成炉设计及应用

董君林，刘明生

（浙江巨化集团锦华新材料股份有限公司，浙江 衢州 324004）

巨化集团公司下属的浙江锦华新材料股份有限公司中压蒸汽年用量为50万t以上，均来自热电厂蒸汽管网。该项目实施后可减少合成氯化氢过程中的循环水用量，降低风机、循环水泵电耗，同时副产的蒸汽直接用于其他车间的生产。将氯化氢石墨合成炉产生的热能进行利用，得到副产中压蒸汽实现节能降耗。在不可再生能源日益短缺，水、电、蒸汽价格不断上涨的形势下，利用生产过程的余热，将氯化氢石墨炉反应热转化为蒸汽用于生产，符合国家提出的节能减排要求。

1 方案设计

1.1 工艺流程叙述

氯化氢发生工艺流程见图1。

来自总管的氯气、氢气经过流量调节后，进入蒸汽炉底部灯头混合燃烧生成氯化氢气体，合成的氯化氢气体，下部经石墨冷却段与循环水热交换，上部经锅炉段与软水热交换，经锅炉段冷却后的氯化氢气体再进入上部石墨冷却段用循环水进一步冷却至65℃以下，然后，进入二冷用冷冻盐水冷却至0～-8℃，最后，氯化氢进入总管并入分配台，经分配台送至制酸系统或其他生产装置。

来自外车间的软水进入软水槽，经软水泵加压送至汽包，汽包内的软水通过下降管经蒸汽预热器，进入蒸汽炉锅炉段与氯化氢气体热交换，软水吸收热量，部分汽化成蒸汽汇集进入汽包，汽包内蒸汽经调节阀减压后并入蒸汽管网或送至专用用户管网。

1.2 改造技术方案

该项目拟将生产能力小（40 t/d）、设备投用率极低的6#氯化氢合成炉拆除，腾出的位置布置产能为120 t/d的副产蒸汽氯化氢石墨合成炉，利用原有的厂房设施适当加以加固改造，布置蒸汽包等设备。6#炉腾出的仪表检测点等DCS控制系统供副产蒸汽炉使用，副产蒸汽炉采用自动点火方案，DCS系统不足部分增加配置。

图1 氯化氢发生工艺流程示意图

（1）公用系统

a.水、气（汽）

本项目不直接消耗工业水，采用循环水冷却，最大用量约250 m3/h，可由氯化氢合成循环水装置提供。产蒸汽所使用软水，最大用量约10 m3/h，由该公司三车间提供。开车时使用少量蒸汽预热合成炉锅炉段，用量可忽略不计。

b.电力供应

软水泵2台，总功率约50 kW，现有氯化氢合成配电室可满足用电要求。

c.DCS控制系统

6#石墨合成炉退出后，现有DCS控制系统已不能满足新上合成炉的控制要求，需扩容。

（2）主要设备

主要设备见表1。

（3）安全与环境保护

副产蒸汽氯化氢石墨合成炉主体仍为氯化氢合成炉，与原有氯化氢合成炉的安全装置一致，设置相关火焰熄灭连锁、氢气压力低连锁、氢氯配比连锁等较完善的安全连锁装置，并实施安全可靠的自动点火系统。在锅炉系统设置安全放空系统，并设置水位低保护合成炉连锁保护等安全连锁装置。

表1 主要设备表 台

本项目不产生环境污染。

（4）效益估算

按1 t氯化氢副产0.7 t中压蒸汽，氯化氢产能为120 t/d，年生产330天，1 t中压蒸汽150元（不含税）计，年可产生经济效益：0.7×120×330×150=415.8（万元）。

投资回收期为：450÷415.8=1.08（年）。

2 副产蒸汽氯化氢石墨合成炉水压实验

2.1 水压试验前的检查和准备工作

（1）关闭：汽包上面的饱和蒸汽出口阀、放空手动阀、2个备用口阀门。

（2）开启软水泵进出口阀、汽包压力表根部阀；汽包安全阀处于工作状态、汽包水位计投用（汽、水阀开启）。

（3）汽包连续排污一次阀开启，二次阀关闭；汽包连续排污炉水取样阀关闭，间断排污炉水取样阀开启。

（4）汽包间断排污一次阀开启，二次阀关闭。

2.2 锅炉上水

（1）确认汽包软水上水阀关闭，打开软水泵。

（2）微开汽包上水阀，向汽包上水；手动控制汽包上水，保持水位正常；在上水过程中，发现泄漏，及时处理。

（3）使用软水泵出口手动阀控制上水流量，冬季≤15 t/h；夏季≤20 t/h。

（4）当间断排污炉水取样阀看见水后停止上水，降低给水压力，关闭炉水取样阀，关闭软水进口气动阀。

2.3 升压

（1）检查确认汽包上的压力表指示正常，缓慢开启汽包软水进口阀，控制升压速度≤0.3 MPa/min。

（2）当汽包压力表指示达到1.0 MPa时，关闭软水进口阀，检查汽包承压部件及蒸汽炉锅炉段有无泄漏，如果发现有泄漏，应进行泄压处理。

（3）开启汽包软水进口阀，以≤0.3 MPa/min的升压速度将汽包压力升到工作压力，关闭汽包软水进口阀，停止汽包上水。注意加强压力监测，做好超压后的泄压准备。

（4）确认汽包停止上水后，5 min内压力下降≤0.2 MPa；维持汽包压力，检查漏点及湿润现象。

2.4 超水压试验

（1）确认锅炉水压试验合格后，关闭汽包水位计汽、水阀门，拆除水位计、安全阀。

（2）缓慢微开上水阀，以≤0.1 MPa/min的速度将汽包压力升至1.25倍的工作压力，维持5 min，注意加强压力监视，做好超压后的泄压准备。

（3）关闭锅炉汽包软水进口阀，开启连续排污二次阀，将汽包压力缓慢降至工作压力。

（4）对锅炉系统各承压部件进行检查，受压元件金属壁和焊缝上应无水珠和水雾，胀口不滴水珠，目测无残余变形。

2.5 泄压放水

（1）打开汽包水位计汽、水阀门，水位计投用。（2）打开汽包间断排污阀进行排水。

（3）在汽包水位计见水后，注意观察液位高度，控制汽包水位降至40%处。

（4）打开软水进预热器排水阀，排净锅炉系统内的水。

（5）确认水压试验合格后，联系保运封闭锅炉人孔。

2.6 如何防止水压试验过程中出现超压现象

（1）应认真检查压力表的投用情况。

（2）确保阀门灵活好用，如果是气动阀，要保证气源可靠，压力充足。

（3）试验过程中，要由专业人员指挥，专人负责升压速度控制。

（4）起压后，应关小进水阀，并控制升压速度为≤0.3 MPa/min。

（5）升压到汽包正常工作压力的70%时，应放慢升压速度，并做好防超压的安全措施。

2.7 水压试验合格的标准

（1）在试验压力下保持5 min，压力下降不超过规定值。

（2）在承压元件金属壁和焊缝上，没有水珠或水雾。（3）降到工作压力后，胀口和铆缝处不漏水珠。（4）水压试验后，承压元件没有发现残余变形。

2.8 注意事项

（1）在升压过程中，应停止炉本体内、外的一切检修作业，升压前，必须检查炉内是否有人，确认无误后方可进行升压操作。

（2）升压、降压的速度一般不超过≤0.3 MPa/min；升到1.25倍工作压力的速度为0.1 MPa/min。

（3）试压过程中如果发现承压部件有渗漏现象，且水压还在继续上升时，检查人员不得靠近渗漏点，待停止升压后，渗漏没有扩展，方可进行仔细检查。

（4）进行超水压试验时，在保持试验压力确认5 min内，不准进行任何检查工作，待压力降到工作压力后，方可进行全面检查。

（5）超水压试验时，应将安全阀、水位计拆除，以免损坏。

3 对蒸汽炉锅炉系统进行清洗、煮炉

3.1 煮炉的目的

蒸汽炉试车前或长期停车后再开车前，需要清洗、煮炉，除去蒸汽炉锅炉系统设备、管道内的铁锈、油脂、污垢和碱性氧化物。防止锅炉设备、管道因受热面过热而氧化或腐蚀。因此，用碱性磷酸钠煮炉，蒸煮可在锅炉系统设备、管道内形成磷酸铁保护涂层，保护设备、管道。

3.2 煮炉药剂的配制

锅炉水：4.5 m3；

15%水合肼：0.5 L；

商品磷酸钠：2.5 kg；

氢氧化钠：5 kg。

3.3 煮炉操作

煮炉操作前必须进行清洗，炉水从预热器底部排净阀和汽包排污阀排出，以吹除焊渣等杂质。

（1）煮炉准备

a.检查锅炉汽包水位计完好、准确，软水进汽包调节阀完好，汽包排空管、放空阀完好，安全阀校验完好并定压。

b.检查预热器完好，预热器加热蒸汽调节阀灵活好用，锅炉段底部温度显示准确。

c.软水槽清洗干净，液位计指示准确，软水泵完好，泵进出口阀开关良好。

d.与送软水6 m3至贮槽。

e.打开汽包放空阀，打开软水进汽包调节阀，开启软水泵将4.5 m3软水打入汽包，加软水后，停软水泵，并补充软水槽水位。

f.打开汽包顶部预留阀门将煮炉药剂（水合肼、商品磷酸钠、氢氧化钠）依次加入汽包中，然后，封住人孔盖。

g.排出预热器冷凝水，检查锅炉系统压力表完好，并准备记录。

（2）煮炉

a.打开预热器蒸汽加热阀，通过预热器加热，使炉水循环，当蒸汽系统温度达到100℃时，有蒸汽由汽包放空管排出，放空5 min后，关闭放空阀。开启软水泵，补充给水，保持水位。

b.当汽包蒸汽压力为0.20～0.30 MPa时，保持6 h，然后，通过打开汽包连续排污阀，使压力降至0.10～0.20 MPa，再小心打开汽包至排污罐的手动排污阀，把炉水排至槽车，炉水通过槽车运至清污分流C类池排放。

c.当锅炉压力降至0.10～0.20 MPa时，可开始按上述步骤第二次煮炉。

d.二次煮炉结束后，放净锅炉水，清除所有泥状沉积物，检查内部涂层合格后可进软水进行下一步开车操作。

e.在煮炉的同时，调校锅炉系统的仪表、调节阀、液位计等。

（3）煮炉完毕，用管网蒸汽倒入对系统进行试压、试漏，合格后，关闭蒸汽系统所有手动阀及气动调节阀。

（4）慢慢打开低压蒸汽管网留头阀门，并确认关闭疏水器旁路阀，打开疏水器主路阀，将蒸汽外管预热20 min以上。

（5）将软水槽液位加至50%～80%；稍稍打开汽包放空阀。

（6）启动软水泵，确认出口压力≥1.3 MPa，打开软水进汽包调节阀，使汽包的液位在35%左右，停软水泵。

（7）开预热器加热蒸汽调节阀前的手动阀，放掉预热器蒸汽冷凝水。打开预热器加热蒸汽调节阀，开始加热汽包的软水。

（8）锅炉段底部温度达到110～120℃，汽包压力达到0.05～0.1 MPa时，蒸汽系统内氧气排放完毕，关闭汽包放空阀。

（9）锅炉段底部温度温度升到130℃时，蒸汽炉锅炉系统开车前准备完毕，开启软水泵。

（10）调节软水进汽包调节阀，当汽包水位高于60%时，微开汽包连续排污阀，将炉水排入排污罐。液位稳定至50%后，软水进汽包调节阀投入自动。并将蒸汽压力高、汽包水位低连锁投用。

4 副产蒸汽氯化氢石墨合成炉开车步骤

（1）DCS操作工打开合成炉流程图，点击“运行”按钮，并点击“点火确认”按钮。

（2）现场操作工接到点炉通知后，待现场“允许点火”指示灯亮后，按下“开始点火”按钮，点火程序自动控制整个点火过程，点火成功后，“点火成功”灯亮。

（3）如点火失败，则“点火失败”灯亮，需分析原因。

（4）点火成功后，调节氢气调节阀开度，提高氢气流量。注意观察火焰颜色变化，保持火焰为苍白后。

（6）分析氯化氢纯度达到85%左右，适当关小水流泵准备切换氯化氢进系统。

（7）关闭水流泵。当锅炉段底部温度超过140℃时，打开汽包放空阀2 min，以排出蒸汽系统的空气和氧气。

（8）调节出汽包蒸汽调节阀，使汽包蒸汽压力控制为0.50～0.60 MPa，压力稳定后，出汽包蒸汽调节阀投入自动。

（9）调节循环水流量，使氯化氢出口温度≤65℃。设定锅炉段底部温度为170℃，预热器加热蒸汽调节阀投入自动。

（10）对系统进行一次全面的检查，正常后，按氯、氢配比，慢慢提量至所需范围，按下蒸汽炉运行指示按钮，通知相关工序。

5 副产蒸汽氯化氢石墨合成炉运行小结

在副产蒸汽氯化氢石墨合成炉在试运行的基础上，将运行过程中存在的问题进行了相应的整改，增设了蒸汽混合器。经试压、试漏、吹扫合格后，于7月20日15：45点炉投用产氯化氢，17：00，关闭汽包放空阀蒸汽并网，至8月19日14：00共产蒸汽929 t。

5.1 合成炉正常生产状况

在运行期间，蒸汽炉产生的氯化氢气体送PVC装置生产，最大氯化氢量达到 2 000 Nm3/h，石墨炉氯气流量为503～1 000 Nm3/h，氢气流量为651～1 300 Nm3/h。

7月25日大夜班巡检发现用于电视监测的1只玻璃视镜裂，于 2：00，停下处理，更换后，于10：45重新点炉投运。

8月8日9：45，因点火装置渗漏停炉检修，检修后，于当天17：45重新点炉投用。

8月12日9：09，发现蒸汽炉锅炉段与石磨段连接处有三氯化铁结晶物，停炉检修，更换垫片后，于8月17日10：50点炉投用；11：50，蒸汽并网。

8月18日10：45左右，DCS操作室出现火焰熄灭误报警；11：22，蒸汽炉因火焰熄灭连锁；17：45，点炉投用；至19日14：00时，火焰熄灭误连锁，原因待查，蒸汽炉火焰连锁未投用。

5.2 原料气供应情况

运行期间，蒸汽炉使用的原料气由离子膜车间供应。氯气因有其他系统废气并入偶有波动，氢气压力比较稳定，未出现异常波动情况，氯气压力为0.207～0.280 MPa，氢气压力为0.086～0.090 MPa。

5.3 石墨冷却器盐水供应和冷却效果

运行期间使用2台石墨冷却器，出石墨冷却器温度初期－8～3℃，出现温度偏高，系因2台石墨冷却器氯化氢分配不均，总的出口温度达到指标要求。由于产能为满负荷的60%，还需要在满负荷测试时进一步了解现有石墨冷却器降温效果。

5.4 循环水供应情况

运行期间蒸汽炉的冷却水用直通水，流量为100～170 m3/h，出一冷氯化氢温度为24.5～27.9℃，符合工艺控制指标要求≤65℃，因负荷不高，估计直通冷却水量为50 m3/h即可满足需要。

5.5 蒸汽产生情况

产出蒸汽并入低压蒸汽网，管网压力为0.49MPa左右，运行期间，汽包压力按0.64 MPa控制，实际压力为0.608～0.709 MPa，蒸汽温度为163～169℃，蒸汽流量为0.8～1.9 t/h。平均生产1 t氯化氢产出0.65 t左右蒸汽。

5.6 软水补充情况

软水槽液位需要定期补充，初期负荷低，软水间断补充，生产负荷提升后，至50%负荷，计控中心调整相关气动阀PID参数后，汽包软水连续稳定补充，汽包水位、压力较稳定。

5.7 锅炉水情况

原料水为PVC车间提供的软水，符合指标要求。

炉水总碱度为0.54～1.87 mmol/L，低于指标值，估计是煮炉时加的药水在第二次运行时有流失。炉水pH值为8.6～10.5，略偏低，原因与总碱度低的原因一样。2个指标的需跟踪观察。

5.8 自动点火情况

从7月20日第一次化工投料到8月19日正式点火5次，均一次成功。

5.9 合成炉满负荷测试

由于6＃蒸汽炉的气动阀及孔板流量计都从10＃石墨炉移位过来使用，在运行期间，氯气流量提至1 200 Nm3/h时就很难操作，流量波动很大。8月15日，将氯气管道从DN80改为DN125，换及孔板流量计更氯气调节阀。

8月18日，对蒸汽炉进行提量测试，氯气流量、氢气流量分别提至1 500 Nm3/h、1 900 Nm3/h；氯气压力、氢气压力分别提至0.215 MPa、0.087 MPa。

5.10 蒸汽炉提压测试

在运行期间二次对蒸汽炉汽包进行提压测试，汽包压力从0.633 MPa提至1.35 MPa左右；蒸汽温度从165℃升至198℃。

6 结论

通过合成氯化氢余热副产中压蒸汽项目的实施，在6#氯化氢合成炉位置上布置副产蒸汽氯化氢合成炉，运行结果表明，既可提高氯化氢合成老装置产能，又可副产蒸汽用于其他车间的生产，还降低了氯化氢合成循环水用量及电耗等生产成本。