液氯气化器的改进对策

季 波，张高峰

（万华化学（宁波）氯碱有限公司，浙江 宁波 315812）

1 概述

由于下游MDI生产装置对氯气产品质量的极高要求，万华化学（宁波）氯碱有限公司使用的氯气，是经离子膜电解后产生的氯气，经干燥、压缩、液化后，再气化成氯气输送至下游工序，气化的过程由液氯气化器来完成。

液氯气化器是氯气行业液氯气化工序中的核心设备。由于氯气具有剧毒性，液氯气化器一旦发生泄漏，必然对周围人员和环境造成极大的危害。考虑到安全和环保因素，必须对液氯气化器设计提出特殊的安全要求。本文介绍该公司1台气化量为15 t/h的液氯气化器设备的改进设计。该设备采用蒸汽作为加热源直接加热气化器夹套热水，通过水浴加热气化器盘管内液氯进行气化、加压、输送。

2 气化器形式的选择

液氯气化器一般分2种，即釜式气化器和管道式气化器，釜式气化器作为液氯容器为防止液氯加热膨胀造成设备破坏等后果，只能用低温热水气化（一般小于45℃，《氯气安全规程》GB11984-2008中设计规范），气化过程会造成液氯中三氯化氮累积，因此釜式气化器必须设置液氯排污装置，根据液氯中三氯化氮含量确定排污频率；管道式气化器（包括盘管式、列管式等），气化器内部并不贮存液氯，氯气随进随出，因此可采用高温热水加热气化（水温大于70℃）。在此温度下，三氯化氮就会分解，不会累积，无需设置液氯排污装置。因下游装置对氯气压力及温度的要求（输送压力0.65～0.70 MPa，温度60℃左右），该公司选用管道式气化器。由于工况条件苛刻，若采用列管式气化器应力难以彻底消除，再加上温差的影响，应力腐蚀倾向严重，一旦泄漏，损失较大。因此公司决定选用管道式（盘管式）气化器。

3 常用气化器加热型式及优缺点

目前，液氯气化器型式大致分为直接蒸汽加热气化和热水循环加热气化2种。相对于后者，直接蒸汽加热式气化器采用蒸汽作为直接加热源，大大提高了传热系数，节约了蒸汽用量，同时由于取消了热水输送泵，大大节省了电能，在能耗方面具有明显优势。由于采用直接蒸汽加热方式，提高了传热效率，同时又取消了热水加热罐、热水输送泵等设备，与热水加热方式比较，大大缩小了占地面积。采用20号钢作为换热管，提高了设备的耐蚀性，降低了设备的泄漏几率，延长了设备的使用寿命。

4 液氯气化器改造前的使用情况

改造前，液氯气化器采用敞开式设计，即气化器夹套水浴热水直接与气化器上方的空气接触，且该气化器热水溢流口设计在侧面，导致气化器顶部湿热空气对气化器盘管腐蚀严重。尤其是气化盘管液氯、氯气分配台焊缝处易被外腐蚀、穿孔，开车过程中加热蒸气通入气化器水浴加热存在“蒸汽液击”现象，导致整个气化器震动较大，不利于设备长周期安全稳定运行，多次发生过盘管点腐蚀、蒸汽液击产生震动造成盘管焊口破裂，导致氯气泄漏事故，发生环境污染、人员伤害和装置临时停车等情况，影响正常生产，也给后续整个产业链的安全稳定、连续生产和经济效益带来一定的影响。

5 气化器氯气泄漏事故原因分析

5.1 设备加工制造存在缺陷

液氯气化器用碳钢制造，属三类中压容器，在设备出厂前都曾进行过严格检验与气密性试验。但由于金属加工缺陷以及金属组织的不均匀性，金属表面存在许多凸凹或粗糙处，使设备在制造、贮运过程中产生的锈蚀、污垢与水中溶解的腐蚀性离子构成腐蚀微电池，导致金属腐蚀首先在上述缺陷处生成。

5.2 蒸汽加热方式增强水的腐蚀性

该公司在液氯气化过程中，因气化器热负荷较低，水分的蒸发与浓缩过程缓慢，而热水箱内热水又采用混合式加热，致使蒸汽冷凝水在热水箱内不断聚积，自来水的实际补充量很少，水质发生变化。

5.3 水中溶解氧导致电化学腐蚀

该公司使用液氯气化器为敞开式结构，水温始终保持在65～85℃。水温低于77℃时，敞口设备中溶解氧的腐蚀性随着水温的升高而增强；水温在48．9℃时，相同浓度下溶解氧对碳钢的腐蚀速率接近25℃时的2倍。

6 气化器改造设计、改进措施

6.1 气化器结构设计调整

针对原先使用的气化器液氯分配台和氯气分配台设计均为内置结构，气化器内部无法充满液体，造成分配台与热蒸汽和空气直接接触而腐蚀，以及震动现象，经常出现泄漏事故和震动造成盘管破裂等问题发生，经过分析，将原气化器液氯分配台和氯气分配台均设计为外置结构。可以避免因分配台与蒸汽和空气直接接触造成的腐蚀，在正常运行时保持气化器壳体内满液体，气化器顶部不存在热空气加剧腐蚀，同时也消除了因气化过程中产生的震动，造成盘管破裂现象，气化器改造前、后结构示意图分别见图1和图2。

图1 气化器改造前结构示意图

图2 气化器改造后结构示意图

6.2 严把设备制作质量关

新制作的4台液氯气化器，由上海森松气化器制造，要求对所用无缝钢管进行严格的探伤检验；对制作完的设备，盘管内部不建议做水压强度试验，因为水压试验后一旦盘管内部水分子置换和排不干净，开车与氯气接触势必导致对盘管的严重腐蚀，造成气化器设备损坏，发生泄漏事故，给人员、环境和安全稳定生产来了极大危害。严格进行常规性气密性试验，按气密性试验标准采用氦检、焊缝100%X射线探伤检查等，确保不留下任何制作缺陷与隐患。

7 结语

自2014年2月开始，该公司陆续对所有液氯气化器进行了改造，改造后的液氯气化器运行至今，设备正常，未发生过一起点腐蚀和气化器震动导致焊口破裂等泄漏现象，大大降低了维护和维修成本、换热效果好、安全可靠，达到了设备安全运行及提高使用寿命的目的，同时更好的确保了下游产业链生产装置的安全、稳定、高效运行。