氯化氢合成炉灯头在线清洗

冯斌，马新力，李娜，王俭德

(新疆华泰重化工有限责任公司，新疆 乌鲁木齐 830019)

新疆华泰重化工有限责任公司氯碱厂(以下简称“华泰氯碱厂”)聚氯乙烯树脂生产能力为70万t/a，离子膜法烧碱生产能力为50万t/a。氯化氢工序采用组合式石墨合成炉将电解装置产生的氢气、氯气合成氯化氢，用于生产盐酸或送至聚氯乙烯生产工序与乙炔合成氯乙烯。根据安全要求，氯化氢中不得含有未反应的氯气，因此，在氯化氢合成过程中，一般控制氢气过量。氯化氢合成炉灯头一般采用两环火“氢(气)包氯(气)”或三环火“氢(气)包氯(气)包氢(气)”两种，灯头外壳为碳钢材质，内衬聚四氟乙烯，灯管材质为石英玻璃。在合成炉运行过程中，由于来自电解装置的氢气中含碱性水，氢气与氯气在灯头燃烧后，水与合成的氯化氢形成酸雾，盐遗留在灯头处；日积月累，灯头氢气灯管会积聚大量盐分，影响氢气通量；造成氢气与氯气燃烧不均，进一步影响氯化氢的质量；氯化氢易含氯气，进而影响安全生产。因此，须经常清洗合成炉灯头。

1 氯化氢合成工艺

由氯氢处理工段送来的氢气和氯气混合进入氯化氢合成炉，燃烧产生氯化氢气体，在合成炉内降温后，进入氯化氢分配台，再送至各用户，工艺流程如图1所示。

图1 氯化氢合成工艺流程简图

2 原料气指标参数

氯气和氢气经过氯氢处理后，去除气体中大部分的水雾、碱雾，调整温度和压力，氢气各项参数指标如下：氢气纯度(体积分数)≥99%,温度15.0～25.0 ℃,压力75～95 kPa。氯气各项参数指标如下：氯气纯度(体积分数)≥98%,含氢气体积分数≤0.4%,含水质量分数≤0.02%,ρ(Ca2++ Mg2+)≤3.000 mg/L，压力120～140 kPa。

3 合成炉灯头常用清洗方法

一般采用如下方法除去灯头上的堵塞物：停炉后拆卸灯头，再进行清洗。清洗灯头时必须停炉，严重影响了生产的正常运行。合成炉在熄炉、清洗灯头、点炉过程中存在较大的安全风险，严重时造成装置着火爆炸，人员伤亡。

3.1 合成炉熄炉操作步骤和风险

在接到主管或调度熄炉通知后，通知班长和上下游工序相关人员，调节氯气、氢气阀门开度，降低该炉氯气、氢气流量(注意不要过氯，按照先降低氯气流量后再降低氢气流量的原则进行降量)，合成炉停车前若在生产高纯酸，则将生产高纯酸改至生产普通盐酸。在降量时兼顾装置内其他运行中合成炉流量的调节，要停运的合成炉氢气、氯气流量降至700 m3/h后，打开此合成炉去抽空分配台的阀门，并产高纯酸。继续缓慢降低该合成炉流量，保持氯气、氢气压力无较大波动，并连续分析该合成炉和其他合成炉氯化氢纯度，根据纯度调节氯气、氢气配比，HCl纯度控制在92%～96%，防止过氯。关闭该炉氯气、氢气阀门，熄炉，并悬挂“禁止操作”标牌，关闭氢气、氯气切断阀。

在熄炉操作过程中，容易造成其他运行中合成炉流量的波动，从而导致系统压力波动，氯化氢过氯，后续氯乙烯工序爆炸。

3.2 拆卸灯头操作步骤和风险

拆卸灯头过程中，当剩余2颗螺丝时，2人专门托扶灯头底座，1人拆剩余螺丝后，3人缓慢将灯头座移出。

合成炉下方操作空间有限，且灯头沉重，在操作过程中，操作人员易受到伤害。

3.3 合成炉点炉操作步骤和风险

对合成炉热水及循环水运行情况进行确认后，启动抽空风机，对合成炉抽空置换。现场确认合成炉负压大小，根据现场操作人员反馈合成炉负压大小来调节降膜气动阀开度。将氮气胶管接到合成炉氢气管线导淋处，对合成炉充氮置换10 min后关闭氮气阀门和氢气导淋，风机继续抽空至少30 min。在合成炉氢气阻火器上部法兰加装盲板，取样分析炉内氢气含量(小于0.4%)。将点火棒点着，并将其放在灯头上；拆阻火器处盲板，并将法兰连接牢固；开启氢气、氯气切断阀，缓慢开启氢气手阀至氢气燃烧，根据火焰燃烧情况确定氢气开度。氢气点燃后，关闭点火棒气源，并将点火棒移至合成炉外安全地带。缓慢开启氯气手阀至火焰青白色，根据现场情况调节阀门开度。操作人员2～3人配合，封闭合成炉炉门。根据生产情况，开少量吸收水防止HCl外排，停抽空风机，关吸收水阀。根据生产需求提高合成炉氢气、氯气流量，提量过程中确保氯化氢纯度在合格范围。确认炉压≥0.02 MPa，氯化氢纯度符合控制指标时，通知并入系统。

在点炉过程中，当点火棒进入合成炉石英灯头上部时，由于进炉氢气管内有空气存在，氢气通入后，若氢气与空气混合比例不当，易发生爆炸，致使石英灯头爆裂，造成设备损失，也给合成系统带来安全隐患[1]；当出现系统置换不合格、空间含氢分析不准等情况时，易造成人员灼伤；若炉门封闭不严，氯化氢易泄漏，污染环境。

4 在线清洗改造

清洗灯头时发现，灯头被大量白色固状物堵塞，分析后，其中成分如下：主含量钠45.6%(质量分数，相对原子质量23)、氯25.6%(质量分数，相对原子质量35.5)、氧15.7%(质量分数，相对原子质量16)、氢6.5%(质量分数，相对原子质量1)。根据氯碱化工生产原料及输送设备判断，该固状物主要成分为氢氧化钠、氯化钠， 氢氧化钠和氯化钠均为易溶于水的介质，用水冲洗效果很好。

基于以上情况，分厂成立攻关小组，总目标为：研发氯化氢合成炉灯头在线清洗装置，延长合成炉运行时间和两次熄炉清洗灯头的间隔时间，降低清洗合成炉灯头的次数；将目标值设定为单台前后两次熄炉清洗灯头时间最短间隔6个月。

4.1 冲洗物料的选择

方案一：工业自来水，杂质含量高，费用低(3.57元/m3)。总硬度(以CaCO3计)≤450 mg/L，ρ(Fe2+)≤0.3 mg/L，ρ(氯化物)≤250 mg/L，ρ(余氯)≥0.3 mg/L。

方案二：高纯水，杂质含量低，费用高(6.20元/m3)。ρ(Ca2+)≤0.010 mg/L，ρ(Mg2+)≤0.010 mg/L，ρ(Fe2+)≤0.02 mg/L，ρ(SiO2)≤0.10 mg/L,氯含量为零。

综合费用和引入系统后的风险，采用了高纯水作为冲洗水。

4.2 冲洗管线的选择

方案一：碳钢管线。安装费用(含管线材料费、施工费)高，安装作业周期在24 h左右；投用后操作简单，打开冲洗阀门即可，但容易将空气引入合成炉，造成系统爆炸，危险性高。

方案二：塑料软管管线。安装费用(含管线材料费、施工费)低，安装作业周期在1 h左右；投用后操作难度偏高，须连接管线，并在管线充满水时连接到冲洗阀门，并打开，但危险性小。

4.3 冲洗位置的选择

方案一：合成炉炉门。在炉门处安装冲洗装置，须在合成炉内部加装管线，可拆装固定于炉门上，在炉门外安装阀门。因为合成炉运行温度达2 000 ℃，管线必须采用耐高温、耐腐蚀材质，且冲洗时不能准确定位。

方案二：进合成炉氢气管线。在进合成炉氢气管线处安装冲洗装置，只须在氢气管线上加装一个阀门，再将管线接至冲洗水管线上即可。

通过对比试验，确定了冲洗物料，管线的材质、直径等具体细节，并于2016年4月开始施工，同时申报国家专利。2016年5月完成了2台合成炉的改造。改造后，2016年5月至2017年4月，与没改造的2台合成炉熄炉清洗情况进行了对比，对比数据如表1所示。

表1 合成炉灯头清洗次数统计情况Table 1 Statistics of number of cleaning synthesis furnace burner

注：统计时间是2016年5月至2017年4月。

5 效益分析

氯化氢合成炉灯头在线清洗实施效果明显。每次熄炉清洗灯头用时平均为4 h，按照每台合成炉正常生产时产氯化氢1 300 m3/h计，可影响PVC产量6.436 t。华泰氯碱厂现有合成炉18台，全部新增氯化氢合成炉在线冲洗装置后，按每年清洗次数减少2次计算，可增加PVC粉料231.696 t/a。2017年9月PVC粉料价格在8 000元/t左右，可增加效益约185万元。

另外，灯头清洗频次的降低，增加了装置的运行安全系数，降低了岗位操作人员的劳动强度。

[1] 孙增理.组合式二合一石墨氯化氢合成炉运行总结[J].中国氯碱,2012(7):28-29.