钛丝与PTFE丝混编丝网除沫器在蒸氨塔上的应用

(青海盐湖镁业有限公司，青海 格尔木 816000)

蒸氨塔在氨碱法纯碱生产中属于关键设备，其运行能力决定生产负荷、氨耗等关键指标。蒸氨塔的主要作用就是将母液中的游离氨、结合铵通过加热、加石灰乳蒸馏后使氨实现不断循环，蒸馏出的氨气混合气换热后进入吸氨系统。因带有一定的流速，且蒸馏出的气相与液相直接接触，故气相中很容易夹带液相成分，夹带越多容易造成液体在管道内积存，减少管道实际流通截面积，从而导致蒸氨塔压力升高，负荷降低。同时会带来氨气冷凝液成分变化，废淡液含盐高无法用作碱车洗水，吸氨塔容易结疤堵塞等一系列问题。解决此问题最简单有效的方法就是在蒸氨塔塔顶安装除沫装置，从源头控制气相夹带问题。通过理论分析与实际效果验证，钛丝与PTFE丝混编的丝网除沫器基本能达到要求。

1 筛板蒸氨塔塔顶出气带液的原因

我公司采用的筛板蒸氨塔规格为φ3200×41605，设计压力上腔-0.1 MPaG、中下腔0.1 MPaG，设计温度上、中、下分别为100 ℃、130 ℃、145 ℃。主要工艺流程为：碳化工序来的冷母液经在蒸氨塔塔顶氨气冷凝器与蒸氨塔出气换热后，从蒸氨塔塔顶进入，低压蒸汽、压缩机乏汽从塔底进入，塔中段预热母液引入预灰桶与石灰乳反应将结合铵转变成游离氨，返回蒸氨塔下段。

通过蒸汽加热后液相中的游离氨、部分二氧化碳、水蒸汽等组成的氨气混合气从塔顶出来，出塔前因与液相直接接触，且有一定的流速，难免会夹带有液相。原设计上在出塔前有300 mm高度的聚丙烯鲍尔环填料，作为除沫装置。但在实际运行过程中，鲍尔环在气流的振动下出现分布不均，甚至出现装鲍尔环填料的钛丝网在纵横交织点相互间磨断，导致鲍尔环掉落，堵塞废液泵入口。填料被吹到边缘，中间无填料起到气液分离作用，气相夹带液相严重。

2 丝网除沫器介绍

普通除沫网的工作原理是，当带有液体颗粒的气体以一定速度上升通过丝网时，由于雾沫上升的惯性作用，雾沫与丝网细丝相碰撞而被附着在细丝表面上。细丝表面上雾沫的扩散、雾沫的重力沉降，使雾沫形成较大的液滴并沿着细丝流至网丝的交接点处。细丝的可润湿性、液体的表面张力及细丝的毛细管作用，使得液滴越来越大，当聚集的液滴大到其自身产生的重力超过气体的上升力与液体表面张力的合力时，液滴就会脱离细丝而下落至容器底部。

普通丝网除沫器对气体中雾沫颗粒的捕集效率达98%～99.8%，气体通过丝网除沫器后基本上不含雾沫。但气体通过除沫器的压力降却比较大，同时由于丝网上液体的聚集还存在单位截面通量降低的问题。普通丝网除沫器的工作原理如1图。

图1 普通丝网除沫器的工作原理

改进设计后除沫器的底部采用合理的“V”字型支撑，代替原来的扁钢支撑筋板。气相穿过“V”字形结构时，会在角钢上部产生湍流扰动效应，使角钢上部的局部压力低于整体压力。这个压力差可以使除沫器上的液体，在没有达到足够破坏丝网表面张力的体积之前，就可以脱离丝网丝径表面进入角钢内。使丝网的持液能力大幅度提高，在同等条件下持液能力比普通丝网提高2～3倍。

进入角钢的液体通过角钢两端在接近塔壁处排掉，这时液体已经因表面张力的作用聚集在一起，同时排液位置位于气相进入除沫器前，该处气速远远低于在除沫器中的气速。因此可以有效的避免二次夹带的产生。

3 除沫器特殊材质应用技术介绍

蒸氨塔中氯腐蚀、氨腐蚀严重，这是普通的不锈钢材质难以适应，需要选用特殊材质。常用的两种材质是钛和PTFE。这两种材质虽然抗腐蚀性能优越，但是因为本身的特点都存在一定的问题。鉴于钛材和PTFE丝网的应用局限，在考虑实际应用的条件后，采用了钛材和PTFE混织丝网，解决了这两种材质的应用局限。

3.1 钛材丝网

钛材有良好的抗腐蚀性能，能承受大部分稀酸和稀碱溶液的腐蚀，不适用与浓酸、浓碱、氢氟酸、干氯气的工况。且钛材的加工性能不好，丝网成型困难。即使成型后因为钛材质刚性强的特点，丝网的应力很难消除，打卷情况严重。所以也很难实现规则的排列，因此做出的除沫网排列不规整，中间孔隙也不均匀，导致除沫效果低于普通金属丝网。

3.2 PTFE丝网

PTFE具有优良的化学稳定性、耐腐蚀性，是当今世界上耐腐蚀性能最佳材料之一，除熔融碱金属、三氟化氯、五氟化氯和液氟外，能耐其它一切化学药品，广泛应用于各种需要抗酸碱和有机溶剂的场合。PTFE稳定耐温可以达到250 ℃，这也保证该材料可以满足大部分工业应用的要求。同时具备即亲油也亲水的特点，比金属丝网适用的场合更加广泛。

但PTFE硬度很低，制成的丝网很软无法压制波纹。因此应用该种材料制作丝网除沫器时，只能完全平铺堆积到标准高度，这使得该种除沫器的压降是金属丝网除沫器的3～5倍，单位通过能力只有金属丝网除沫器的50%。同时由于堆积数量过多，该种除沫器的价格接近甚至超过了钛材的价格(PTFE的单价波动较大)。这两个缺陷直接导致了这种材质应用局限。

3.3 钛材和PTFE混织丝网

混编丝网一方面借助钛材的金属性能实现丝网波纹的压制成型，在丝网除沫器的制作过程中有效地减少PTFE的用量。但由于混编后丝网的强度比钛材有所下降，丝网的单位堆积密度会略高于钛材10%～20%，导致混织丝网的压降会略高于金属丝网5%～10%。不过由于PTFE具有良好润滑性能，除沫器的单位通过能力还会高于金属丝网10%左右。

另一方面借助PTFE的润滑性能改善钛材刚性强、易断的加工性能。从图2中可以看出混编后的丝网形态明显优于钛材丝网。这样铺装出来的丝网除沫器非常规整，孔隙均匀，解决了因结构不均匀造成的除沫效率下降的问题。同时借助PTFE优良的亲水、亲油、表面张力小的特性，提高了丝网对不同物系雾沫的捕捉能力，加速液体在丝网上的脱离，实现了增加通量，提高除沫效果的目的。

图2 混编丝网

4 混编丝网应用效果

图3为我公司使用的钛丝与PTFE丝混编丝网除沫器安装前照片，高度150 mm，丝网层数可根据阻力大小、除沫效果进行加减。

图3 钛丝与PTFE丝混编丝网除沫器

2019年7月我厂检修期间，六台蒸氨塔鲍尔环填料全部更换成丝网除沫器。更换前气带液现象严重，六台蒸氨塔出气连接大横管中积液较多，DN100的冷凝液排出管道满足不了排液要求，且此冷凝液经淡液系统蒸馏后废淡液中Cl高达0.1～0.3 tt，无法正常用于碱车洗水。另外，由于出气大横管中积液，造成DN1600的管道通气不畅，蒸氨塔压力高，单塔蒸量达不到设计值，使生产负荷受限。更换完成后，截至目前使用情况良好，废淡液Cl 0.06 tt以下，蒸氨塔蒸量达到设计值180 m3/h以上，基本维持在195 m3/h。目前尚未出现任何问题，后续将继续跟踪除沫器的机械性能使用寿命。