除硝冷冻系统技术改造及运行总结

朱江军，高志平，宋奎洋

（新疆天业化工有限责任公司，新疆 石河子 832012）

新疆天业化工有限责任公司膜法-冷冻除硝系统于2009年建成运行，该系统主要包括预处理单元，膜过滤单元，冷冻脱硝单元，经过3年的平稳运行，膜等关键设备开始老化，冷冻系统换热效率逐渐降低，除硝能力逐渐下降，能耗增加。为了提高系统脱硝能力，降低能耗，计划对冷冻系统进行技术改造，该项目于2012年12月立项，于2013年5月冷冻系统开车。

1 膜法除硝冷冻系统的主要特征

（1）在膜法-冷冻系统除硝过程中，冷冻系统是关键控制过程之一，冷冻的效果直接影响芒硝的脱出效果。淡盐水中主要成分为氯化钠和硫酸钠，在长期低温运行过程中，氯化钠会逐渐析出结晶，造成设备管线堵塞，影响处理能力和换热效率，因此，控制盐水温度在合适的区间对冷冻系统的平稳运行至关重要，沉降器温度一般控制在-7 ℃左右。

（2）冷冻过程消耗大量冷量，合理利用冷量可以降低能耗、节约成本。在低硝液送往化盐岗位前与淡盐水换热，离心母液水直接回沉降器，减少冷量损失。该过程能量消耗大，冷量损失严重，降低能耗，实现清洁生产是项目的重点方向。

2 项目的主要内容

（1）沉降器内部结构优化改造。改造原有沉降器简单的内部结构，安装斜板，在斜板的作用下，沉降器内部被隔成更多单元，缩短芒硝的沉淀时间，增大沉淀面积，提高芒硝的沉降效果。

（2）更换换热器。原有列管式换热器占地面积大、渗漏严重、冲洗不便、难以维修，现更换为山东布莱恩公司的宽流道板式换热器，该换热器具有流通量大、不易结晶、清洗时间短的特点。

（3）新增6台切断阀及变频设备。在换热器冷冻盐水、低硝盐水、清洗水管线的进出口等处分别增加1台切断阀，在DCS 控制下，切断阀自动转换阀门状态，冲洗水泵、冷冻循环泵自动启停，实现盐水循环板换的自动下线清洗，自动上线运行的功能。

（4）更换管线材质。原有管线为钢衬塑管线，因在列管式换热器至沉降器管线冲洗过程中，需用蒸汽或者蒸发冷凝水，在高温作用下，管壁衬塑易脱落，管线腐蚀，出现渗漏。现管线全部更换为钢骨架管线，钢骨架管线具有很好的耐腐蚀性。

（5）新增离心母液罐和离心母液泵，离心母液被重新送回沉降器内，母液中的芒硝颗粒被进一步冷却沉降，避免带入低硝盐水罐而在罐内沉积堵塞低硝泵。低硝罐无需频繁清洗，降低劳动强度。

3 项目实施前后工艺对比

项目在工艺上的改造主要体现在优化管线材质和缩短冷冻循环系统中管线长度，减少冷量损失，实现节能降耗。沉降器冷冻循环管线由经低硝盐水罐再回沉降器的55 m 减少到沉降器自循环的20 m。换热盐水量也减少了约四十立方米，进入低硝盐水罐的盐水不再进行冷冻降温，也减少了盐水化盐时再升温的热量消耗，能量利用更合理，原流程示意图见图1，项目实施流程示意图见图2。

图2 项目实施流程简图

经兑卤槽冷冻后的浓硝盐水pH 值为9～11，温度约为十五摄氏度，进入沉降器，在沉降器内部进行斜板沉降，上层低硝盐水进入低硝盐水罐，送至化盐岗位循环使用。沉降器上部部分低硝盐水经循环泵送至宽流道板式换热器与冷冻盐水进行换热，之后，回到沉降器，构成冷冻循环回路。在沉降器锥形部位，芒硝晶体颗粒逐渐长大，浓缩液中芒硝颗粒沿桶内挡板下降到锥形桶底部出口，而分离出芒硝的低硝液上升到沉降器上部，进行循环冷冻。沉降器锥形底部的固含量较高的硝泥由锥底排出后自流到离心机中进行脱硝包装，得到硫酸钠质量分数低于60%的芒硝。离心母液水收集到母液水罐，经母液水泵送回沉降器，这样，大大缩短了工艺管线长度，减少了冷量的损失，有利于提高沉降效率。换热器的清洗采用DCS 自动控制，与压力和时间连锁，实现了自动下线清洗，自动上线运行的功能。

4 项目实施效果及效益分析

4.1 实施效果

实施前，由于冷冻效果不佳，过滤盐水硫酸根含量基本保持在3.0 g/L 以上，最低值仅为2.4 g/L，在原盐质量情况不是很好的情况下，系统内硫酸根富集到一定浓度时会对离子膜造成严重影响。项目实施后，2013年5月12日开车运行以来过滤盐水硫酸根最低值为1.75 g/L，且至今稳定在1.8～2.0 g/L，系统内硫酸根含量下降约1.0 g/L。除硝效果有了明显提高，有效地保证了盐水质量和离子膜使用寿命，过滤盐水硫酸根含量情况见图3。

4.2 经济效益

（1）除硝冷冻系统冷量由氟利昂制冷工艺提供，通过-17 ℃盐水给冷冻系统供冷，项目实施前螺杆机2大1小3台全部运行（大螺杆机功率为220 kW，小螺杆机125 kW），总耗能为565 kW。通过技术优化改造，有效降低了冷量损失，换热器效率大幅提高，小螺杆机不再运行就能满足冷量供应。按每年运行355天计算，可节约电耗：125×24×355×0.41=43.66（万元/a）。

（2）改造后的沉降器沉降效果好，硫酸钠结晶速度快，沉降效率高，离心机实现了间歇式运行，平均每天运行12 h，比改造前减少12 h，节约电耗：

11×12×355×0.41=1.92（万元/a）。

（3）实现自动化，岗位人员减少1人，低硝盐水罐清理工作由原来的1周1次降到1季度1次，劳务工减少1人共减少2人，工资按每月3 500元计算，1年可节约：3 500×2×12=8.4（万元）。

1 204×1 800×6.12/4/10 000=331.58（万元）。

4.3 其他效益

日常工作中，倒换清洗列管是一项频繁又繁琐的工作。改为板式换热器后，且由DCS 自动控制，操作简单、清洗时间短，只需现场员工进行复核，无需进行操作。离心母液水不再去低硝盐水罐，直接送往沉降器，杜绝了芒硝在低硝盐水罐沉积造成堵塞低硝盐水泵的现象，低硝罐无需频繁清洗，大大降低了劳动强度。

原有列管式换热器占地面积大，频繁手动切换、排放低硝盐水、冷冻盐水及使用蒸汽，现场跑冒滴漏现象较多，造成生产现场环境卫生较差，不利于现场管理和清洁生产。在项目实施之后，冲洗实现自动化，且不存在盐水外排现象，杜绝现场的跑、冒、滴、漏现象。

5 结论

新系统开车运行以来，系统硫酸根含量下降明显，且稳定，节能效果显著。该技术可幅度降低膜法除硝冷冻系统的能耗，对实现企业节能减耗，清洁生产有积极的意义，可在氯碱行业内推广应用。另外，本技术的成果，是节能降耗新思路的体现，对其他化工领域节能降耗提供了很好的参考作用，具有积极的借鉴意义与很大的推广价值，社会和环境效益显著。