20万t/a离子膜烧碱蒸发装置运行概况

唐宇来

（广西柳化氯碱有限公司，广西 柳州 545600）

广西柳化氯碱股份有限公司（以下简称“柳化氯碱”）引进一套意大利SET公司三效逆流降膜蒸发装置生产50%碱，设计能力为20万t/a折百碱，工艺流程设计为全自动控制。

1 三效逆流降膜蒸发原理

碱液从降膜换热器顶部经分配器进入降膜管，以均匀的液膜状沿加热管的内壁向下流动，并与管外的蒸汽进行对流传热。碱液很快被加热至沸点而沸腾，水分被蒸发并产生二次蒸汽，碱液被浓缩，浓缩液与二次蒸汽一起向下流动，从换热器的底部流入蒸发罐。浓缩液从分离器的底部排出，二次蒸汽经高效丝网除沫器由蒸发罐顶部排出。

2 三效逆流降膜蒸发工艺

2.1 工艺流程

三效逆流降膜蒸发工艺流程图见图1。

2.2 工艺流程简述

2.2.1 碱液流程

从电解工序送来的32%碱液进入32%烧碱液缓冲罐（T-8301），利用 32%碱输送泵（P-8305）输送（或从电解工序送来的32%碱液）进入三效换热器（E-8303），碱液经三效蒸发罐（D-8303）在真空下蒸发浓缩至36%，用36%碱液泵（P-8303）输送经过预热器E-8307、E-8308，分别用50%热碱和中压蒸气冷凝液加热后进入二效换热器（E-8302），碱液在二效蒸发罐（D8302）蒸发浓缩至42%，再用42%碱泵（P-8302）输送经过预热器E-8305、E-8306，分别和一效产出的50%碱液和一效蒸汽冷凝液罐（D-8305）出来的蒸汽冷凝液换热后进入一效换热器（E-8301），碱液在一效蒸发罐（D-8301）蒸发浓缩至50%。然后用50%碱泵（P-8301）通过碱预热器（E-8305、E-8308）降温冷却，最后则通过成品碱冷却器（E-8309）用循环水冷却至45℃，分析合格则通过BF18A手动阀送往液体灌区50%碱储槽出售，如分析不合格则通过BF18B手动阀返回32%碱缓冲槽。

2.2.2 蒸汽及纯冷凝液流程

界区外送来的中压过热蒸汽（0.7～1.0 MPa、180～300℃）先通过 J-8301用减温减压泵（P-8307）送来的纯水消除过热变为饱和蒸汽后进入一效换热器（E-8301）壳程，用于将加热42%碱液，在此将潜热传给管程中流下的碱液后冷凝，冷凝水进入蒸汽冷凝水罐（D-8305），出来后进入碱预热器（E-8306）、（E-8307） 分别和进入一效的 42%NaOH、进入二效的36%NaOH换热后送往界区外。

图1 三效逆流降膜蒸发工艺流程图

2.2.3 工艺蒸汽及冷凝液流程

由一效蒸发罐（D-8301）产生的二次蒸汽（从碱液中蒸发出来）先通过J-8302用工艺冷凝泵（P-8304）送来的工艺水消除过热变为饱和蒸汽后进入二效换热器（E-8302）壳程，作为将碱液从36%浓缩至42%的加热蒸汽，冷凝水被送至三效换热器（E-8303）壳程。

由二效蒸发罐（D-8302）产生的二次蒸汽先通过J-8303用工艺冷凝泵（P-8304）送来的工艺水消除过热变为饱和蒸汽后进入三效换热器（E-8303）壳程，作为将碱液从32%浓缩至36%的加热蒸汽，冷凝水被送至三效换热器（E-8303）壳程；冷凝水被送至工艺冷凝液罐（D-8304）。

由三效蒸发罐（D-8303）产生的二次蒸汽（有些厂家又叫三次蒸汽），经过表面冷凝器（E-8304，用循环水冷却）冷凝，冷凝后的冷凝液进入工艺冷凝液罐（D-8304），然后用工艺冷凝水泵（P-8304）输送，一部分用于清洗一、二、三效蒸发罐及二次蒸汽增湿，另一部送往分界区外。

2.2.4 真空系统

二效和三效是真空负压操作的。不凝气是在冷凝器E-8304中与水蒸气分离，液环真空泵K-8301A/S从冷凝器中抽出这些不凝气，所排出的水排放至地沟，不凝气则排入大气中。

3 降膜蒸发器介绍

降膜蒸发器分为降膜换热器与蒸发罐两部分，碱液从换热器上部进入列管后呈膜状下降，与管壁外逆流的蒸汽热交换。浓碱从蒸发罐底部排出，二次蒸汽经丝网除沫器分离后排出；蒸汽冷凝液从换热器底部排出。

（1）设备质量

意大利SET公司一、二效逆流降膜蒸发换热器管程均采用Ni200材质，一效换热器壳程采用ASTM516Gr60材质，二效换热器壳程采用304L材质，三效换热器管程采用00Cr19Ni10材质，壳程采用00Cr17Ni14Mo2材质，使用7年未发现有泄漏情况。降膜蒸发换热器耐腐蚀能力强，换热器管壁较薄，因而传热系数较高。

（2）设备安装

降膜蒸发器的垂直度应控制在2 mm以内，避免因安装不水平而导致液体分布不均匀。

（3）专利设计

通过流量控制，在进料区保持一定液位。在加热室上部有独特设计的液体分布器。液体经过挡“封头”后，由外向内，经每根分布器中央及四侧的小矩形“进液窗”进入列管，保证料液均匀，避免偏流、干壁情况，分布器可拆下检修。

（4）设备操作

生产过程中产量不能低于设计负荷的50%，若过低应保持碱液部分回流来弥补均匀化不足，避免因碱液分布不均而导致列管偏流或干壁。

（5）高效丝网除沫器

高效丝网除沫器由5 mm厚镍丝网折叠80层加工而成，具有很大的自由体积和表面积，有助于气液分离。并采用DCS严格控制各效蒸发罐液位，从而保证二次蒸汽含碱量为0.001%～0.002%。

4 日常操作要点及注意事项

（1）系统真空、气密性检查。蒸发系统最重要的是要在密闭系统内操作。即使微小的泄漏也会导致各效沸点的升高，从而增加产品过热的危险性及降低产量。因此，在每一次运行前必须做气密性试验，方法如下：关闭32%碱进料阀、50%碱出料阀，换热器上的排气阀；同时打开冷凝器和成品冷却器的循环冷却水进、出口阀，启动真空泵使真空度达到规定范围（-80～-100 kPa）。然后关闭真空泵的进口阀，在每20 min内真空下降不大于-1.33 kPa。系统真空、气密性检查合格后，打开32%碱进料阀和50%碱出料阀。

（2）检查P-8301、P-8302泵体丝堵腐蚀情况，丝堵腐蚀1/3要更换，防止开车后出现泄漏喷碱事故。

（3）通蒸汽前，管道要预热并排除管道内冷凝水，防止发生水锤管道振动，法兰泄漏喷蒸汽伤人事故。

（4）开车过程中要调节P-8301、P-8302机封水压力，使机封水压力稍大于泵内碱液压力，防止碱液从机封渗出使机封损坏及机封水带碱污染环境。

（5）蒸发室应保持恒定的液位。液位过高时，会增加液柱静压头，引起沸点升高，使有效温差减小，同时蒸发量也会减小；液位过低时，蒸发和闪蒸剧烈，二次蒸汽夹带碱液量大，使冷凝液带碱。因此，操作中维持蒸发室液位稳定是降低碱损失，降低汽耗的重要环节。

5 运行异常情况处理

5.1 蒸发真空度不足

5.1.1 原因分析

（1）因设备安装时使用石棉四氟垫，使用两年石棉被碱腐蚀开裂，导致垫片不平漏气，使一、二、三效换热器顶部封头大法兰漏气。

（2）水环真空泵机封泄漏，导致空气从机封漏进泵内使真空泵负荷加大。

（3）操作人员开进冷凝水冷却器D-8304循环水量少，导致循环水温度高，冷凝汽未能冷凝，使真空泵负荷增加。

（4）水环真空泵液环水量低于100 mm。

5.1.2 处理方法

（1）一、二、三效换热器顶部封头大法兰改用5 mm厚的四氟垫片。使用四年未发现泄漏。

（2）发现水环真空泵机封泄漏，及时进行检修，把原装的填料机封技改成机械密封，使用三年未发现泄漏。

（3）加强员工操作培训，增强操作技能。

（4）调节水环真空泵液环水量不低于100 mm。

5.2 D-8304内冷凝水带碱

5.2.1 原因分析

（1）一、二、三效蒸发罐液位计不准，操作人员判断错误，如：蒸发罐内实际液位有60%，主控液位显示只有30%，操作人员还是按正常30%液位操作，碱液液位接近镍网除沫器，导致一、二、三效蒸发罐内镍网除沫器不同程度破损，使二次蒸汽及冷凝水带碱（pH＞12）。

（2）系统真空度超过指标。

5.2.2 处理方法

（1）应每年对各效液位计进行校准；取冷凝水样分析，发现冷凝水带碱应及时查找原因，检查系统真空度，系统有无泄漏，效体液位是否准确，除沫器镍网有无漏洞。

（2）调节真空度在-93～-95 kPa运行。

5.3 冬天天气温度低于15℃，系统停车50%碱管容易堵塞

5.3.1 原因分析

（1）50%碱在温度低于15℃时容易结晶；

（2）50%碱管管道蒸汽拌热管损坏不通，不能正常给碱管拌热，导致50%碱液在管道内结晶堵塞。

5.3.2 处理方法

（1）冬天要保证蒸汽拌热管运行良好；

（2）如蒸汽拌热管损坏，系统停车后，根据50%碱管长度、管径，计算管道容积，用P-8301向50%碱管内泵入当量体积浓度低于30%的稀碱液。

6 结语

为使装置稳定安全运行，还应从以下几方面改进。

（1）稳定蒸汽压力，保证成品碱浓度。

（2）严格控制各项指标，保证蒸发罐液位不超过丝网除沫器，延长除沫器使用寿命。

（3）选用质量较好的板式换热器垫片，延长板式换热器使用寿命，降低板式换热器检修频率，降低工人劳动强度及生产成本。

（4）定期检查分布器及加热管是否有偏流、干壁及泄漏。

（5）加强员工操作培训，通过集中讲解，结合现场指导的方法，让上岗员工都能熟练掌握工艺流程、岗位操作法，了解每一个阀门的作用，蒸发设备的最佳运行状态，出现故障时应该怎样处理等，提高员工的操作技能。