碱液浓缩器泄漏原因及改进措施

郭永和，王原

(内蒙古亿利化学工业有限公司，内蒙古 鄂尔多斯 014300)



【蒸发与固碱】

碱液浓缩器泄漏原因及改进措施

郭永和*，王原

(内蒙古亿利化学工业有限公司，内蒙古 鄂尔多斯 014300)

片状烧碱；浓缩器；泄漏原因；成膜分配器；换热管

从设备结构及工艺控制参数方面分析了碱液浓缩器泄漏原因，并提出了改进措施。

内蒙古亿利化学工业有限公司(以下简称“亿利化学”)10万t/a片碱装置于2006年引进国外某公司的生产工艺及成套设备。该装置自投产以来因片碱浓缩器频繁泄漏，一直不能稳定运行，造成产品产量和质量均不能达到设计要求。亿利化学决定对Ⅰ效降膜浓缩器进行改造，并对工艺进行优化。

1 工艺及设备

片碱浓缩工序采用两效逆流降膜浓缩工艺。来自蒸发系统的48%(质量分数，下同)碱液进入Ⅱ效降膜浓缩器，由Ⅰ效降膜浓缩器产生的二次蒸汽为热源将碱液浓缩至62%；然后由62%碱泵将其送入Ⅰ效降膜浓缩器与热熔盐(成分为40%NaNO2,7%NaNO3,53%KNO3)进行换热，浓缩至98.5%(工艺流程见图1)；经过碱分配器进入片碱机制片后送入包装工序进行包装。

Ⅰ效降膜浓缩器是由筒体、管板、折流板、管箱、补偿器、换热管束(换热管规格ASTM B161 UNS NO2201，Φ38.1×2.11×6 000,248支)等组成(见图2)。在上管板处每一根列管上都安装一个膜分配器，高度偏差控制在±1 mm以内，碱液从上管箱侧部对称进入。

图1 碱液浓缩工艺流程示意图Fig.1 Process flow diagram of alkali concentration

2 片碱浓缩器泄漏原因及工艺控制参数分析

对设备运行跟踪发现，在使用一段时间后,浓缩器下管板处的列管出现了熔盐泄漏。泄漏的熔盐进入碱液造成污染，只有停车修补，方可继续使用。图3是浓缩器下管板处列管腐蚀损坏的照片。

图2 浓缩器结构示意图Fig.2 Structural diagram of concentrator

鼓包、冲刷痕迹图3 换热管腐蚀照片Fig.3 Picture of corroded heat exchange tube

由图3可以看出：浓缩器部分换热管和下管板连接处出现了不同程度的损坏，主要损坏形式为换热管弯曲变形、横向拉裂、换热管和管板胀接处鼓包、减薄等。对损坏部位进行了分析，认为造成损坏的原因有如下几点。

(1)由于换热管和筒体的变形量不一致，换热管在升温时受压应力而弯曲，换热管降温时受拉应力从薄弱处横向撕裂。

(2)在制造过程中由于换热管和管板胀接处没有胀紧，熔盐进入换热管和管板结合处的缝隙中。在开停车过程中，因熔盐体积的膨胀使换热管变形鼓包。

(3)在碱液由上而下的流动过程中，随着水分的蒸发，浓度不断升高，高浓度的碱液对管道的磨蚀越来越严重；同时，碱中NaClO3的含量升高，而NaClO3对镍材具有强烈的腐蚀性。氯酸盐在250 ℃以上时会逐渐分解，并放出新生态的氧与镍材发生反应，生成氧化镍层，氧化镍层溶于浓碱中被带走；这样的过程反复进行[1]。

(4)进浓缩器的碱液流量较低，为满负荷的24%左右，换热管内的碱液成膜不均匀，换热管局部干烧而使换热管变形损坏。

3 改进措施

针对以上几种情况，通过与国内设备制造厂家进行技术交流，亿利化学对设备进行了改造，同时优化了生产工艺。

(1)加大浓缩器的补偿量，以抵消换热管的热变形量。

(2)提高设备的制作质量，严格控制胀接工艺，保证胀接贴合度。

(3)对浓缩器的膜分配器及换热管的长径比进行重新设计。

(4)严格控制碱中NaClO3质量分数≤3.0×10-5，并对糖泵进行改造，调整加糖量为理论用量的6～8倍。

NaClO3与糖的反应方程式[1]为：

生成的CO2与NaOH反应:

(5)提高碱液流量，使设备负荷在≥60%的条件下运行。

(6)控制开停车升温和降温速率，保证升温和降温速率≤20 ℃/h,短期停车时熔盐温度控制在220 ℃热待机。

4 结语

(1)对工艺控制参数的调整和设备改造后，该工序的运行状况明显好转，没有因浓缩器泄漏导致片碱工序停车。

(2)产品产量和质量显著提高，由70 t/d提高到185～200 t/d，产品合格率达到100%。既降低了设备运行成本又提高了产品产量和质量，为片碱的持续稳定生产奠定了坚实的基础。

[1] 程殿彬,陈伯森,施孝奎.离子膜法制碱生产技术[M].北京：化学工业出版社，2001:213.

[编辑：董红果]

Causes of alkali concentrator leak and improvement measures

GUOYonghe,WANGYuan

(Inner Mongolia Elion Chemical Co., Ltd., Ordos 014300, China)

flake caustic soda; concentrator; leak cause; film distributor; heat exchange tube

The causes of alkali concentrator leak were analyzed from the aspects of equipment structure and process control parameters, and improvement measures were put forward.

郭永和(1973—)，男，工程师，2006年毕业于内蒙古工业大学化学工程与工艺专业，现任内蒙古亿利化学工业有限公司设备主管。

2016-11-24

TQ114.268

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1008-133X(2017)05-0028-02