离子膜烧碱蒸发装置运行总结

刘 海

（东营市赫邦化工有限公司，山东 东营 257091）

东营市赫邦化工有限公司隶属于山东海科化工集团，电解槽采用旭化成生产的膜极距离子膜电解槽，2013年4月投产，目前烧碱生产能力为20万t/a（烧碱折百）。配套50%烧碱蒸发装置采用瑞士博特的工艺技术及主要设备，2013年10月投产，生产能力为15万t/a（烧碱折百）。

1 工艺流程概述

32%的NaOH溶液被送入第一级蒸发器，EV－1101降膜蒸发器的物料侧是负压。液碱一次流过的过程中，被蒸发至37%，产生的二次蒸汽通过D－1101管道被送至C－7101表面冷凝器。在表面冷凝器中，二次蒸汽被冷却水间接冷凝。惰性的气体被P－7102水环真空泵抽出。通过P－1101泵将37%液碱从第一级蒸发器底部排出；液碱流过HE－1511和HE－1521换热器。流经换热器时，37%液碱被加热。液碱一次流过第二级蒸发器时，EV－1201降膜蒸发器的物料侧的压力是负压；液碱被浓缩至42%。此处产生的二次蒸汽用于加热第一级蒸发器。通过P－1201泵将42%液碱从第二级蒸发器底部排出；液碱流过换热器 HE－1541，HE－1551（管壳式）。流经2台换热器的过程中，42%液碱被来自降膜蒸发器EV－1301的50%的碱液和生蒸汽冷凝液加热。在一次流过第三级蒸发器时，在压力状态下，EV－1301降膜蒸发器生产出需要的产品；液碱被浓缩至50%，此处产生的二次蒸汽用于加热第二级蒸发器。第三级蒸发器是通过生蒸气来加热的。生蒸汽冷凝液和流出EV－1301蒸发器的50%液碱用于预浓缩液碱的预热。通过P－1301泵将50%液碱从EV－1301蒸发器底部排出；液碱流过HE－1541，HE－1511和HE－1531冷却器后流出界区。流经HE－1531水冷换热器时，产品温度降至45℃。二次蒸汽冷凝液被收集在T－7101罐内，P－7101泵将冷凝液排出装置，排出的冷凝液温度在60℃左右。

第一级降膜蒸发器，使用来自第二级蒸发器的二次蒸汽加热；第二级降膜蒸发器，使用来自第三级蒸发器的二次蒸汽加热；第三级降膜蒸发器使用中压生蒸汽加热。

2 运行情况及探讨分析

烧碱蒸发装置自建成投用以来，运行比较稳定，实现了无人值守模式，但也遇到了几个方面的问题。

2.1 烧碱蒸发HE1541工位的板式换热器使用寿命问题

瑞士博特提供的主要设备中包含HE1541工位的板式换热器1台（板片为Ni201，厚度0.6 mm；胶垫为HT EPDM材质），利用50%烧碱（最高工作温度达165.1℃）的余热给42%烧碱（最高工作温度达162.6℃）进行预热，累计运行约2年后，部分板片出现了腐蚀穿孔，随后板片腐蚀穿孔的问题越来越多。2016年更换安装了一台国产同材质的板式换热器，运行约1年也出现部分板片在导流区部位的腐蚀穿孔问题。对于如此高温的浓碱工况，腐蚀性也翻了多倍，镍材的年腐蚀速率和板片导流区的高速冲刷，使得板式换热器的可靠性大大降低。

经查腐蚀数据与选材手册，＜50%烧碱在150℃时的年腐蚀速率为＜0.05 mm/a，50%烧碱在150～450℃时的年腐蚀速率为0.05～0.5 mm/a。由此可见，该工况下的年腐蚀速率应是略大于0.05 mm/a，但50%烧碱和42%烧碱在板片两侧同时流动，也导致腐蚀的速度加大。

工艺设计中，热量回收主要是通过板式换热器达到的，而垫片式板式换热器受板式换热器上EPDM（三元乙丙橡胶)密封垫使用安全的限制，一般安全运行的温度高限为150～160℃。

高温高浓度烧碱的强腐蚀性和强渗透性很难避免，年腐蚀速率问题就一直存在。板式换热器虽然在该工位的年腐蚀率略高，但其换热效率非常高，若能工作在150℃以下较理想，不仅烧碱的腐蚀性降低，而且胶垫的使用寿命也有保障，例如HE1511、HE1521、HE1531 工位的板式换热器使用效果较好。固定管板式列管换热器的换热管束厚度一般都是板式换热器板片几倍，所以能有效放缓年腐蚀速度的问题，但是换热效率较低。

该工位的优化方案有2个：（1）该工位更换为1台列管式镍材换热器，估算投资200万元；（2）1台小面积列管换热器串联1台板式换热器，将50%烧碱和42%烧碱高于150℃的工况控制在小面积列管换热器区域内，低于150℃的工况控制在板式换热器区域内。估算投资小面积列管换热器50万元，板式换热器35万元，既可节省投资115万元，同样可提高安全稳定性。方案示意图见图1。

图1 HE1541AI位优化方案示意图

2.2 50%成品烧碱的黑色可见杂质问题

50%烧碱中黑末杂质的全成分分析见表1。

表1 50%烧碱中黑末杂质的全成分分析%

从表1的分析数据中看（通过富集收集200 g样品，外委专业检测单位），铬（Cr）和铁（Fe）的成分占比分别是0.65%和7.87%，虽然进烧碱装置的管道是S30408不锈钢（主要成分Ni：8.00%～10.50%；Cr：18.00%～20.00%；Fe：66.515%～71.015%；其他元素共2.985%），有一定的轻微腐蚀，但不是烧碱中的黑色杂质的主要成分。镍（Ni）成分的占比较大，说明黑色杂质大多来自镍材设备和管道的年腐蚀速率问题造成的。

采用了过滤精度1 μm的滤袋式烧碱过滤器进行截留50%烧碱中的黑色颗粒杂质，效果良好。滤袋价格便宜，一般二三个月更换一次（主要决定于截留杂质的含量多少和污堵的速度）。

2．3 水环真空泵的能力时有不足问题

运行约2年时，出现过真空泵能力不足的现象。工作液温度控制＜40℃，但是表面冷凝器的检查发现降温效果不佳，导致进入真空泵的气体热膨胀体积较大，真空泵能力略显不足。经过清洗表面冷凝器之后，恢复正常运行。

2．4 板式换热器微渗漏问题

在工位 HE1511、HE1521、HE1531 都是瑞士博特供货的板式换热器（APV生产)，使用效果不错，唯一问题就是开停车过程中易出现微渗漏现象，但是达到稳定工作温度后会自动恢复正常。分析认为是开停车的过程中温升或温降比较快，板片和密封胶垫的膨胀线速度不同，造成的微渗漏。措施是对温升或温降速度做了调整规定，要求＜±10℃/min，验证有一定改善效果。

3 结语

烧碱蒸发装置自投入运行以来，生产比较稳定，自动化程度高。但由于第二、三效降膜蒸发器的烧碱在高温高浓度的苛刻工况条件下，苛化腐蚀能力极强，对设备及管道的腐蚀难以避免，只是速率高低的问题。可通过几种针对性的优化措施，解决问题，使烧碱蒸发装置保质保量、稳定可靠运行。