离子膜法电解工艺管线泄漏改造

冉世军 ，董建刚，宋伟

(新疆中泰化学(集团)股份有限公司，新疆 乌鲁木齐 830009)

新疆中泰化学(集团)股份有限公司阜康能源有限公司(以下简称“阜康能源”)循环经济项目为60万t/a离子膜烧碱项目，分2套装置，每套装置有2条线，每条线15万t/a烧碱生产能力；2套装置全部采用氯工程n-BiTAC865型电解槽，目前使用杜邦Nafion 2050型和旭硝子的Flemion 8080A型离子膜。阜康能源离子膜工序自2012年9月开车以来已运行6年多，随着时间的推移，工艺管线在运行过程中受温差、压力、腐蚀等原因出现不同程度的泄漏现象，外网管线尤为突出。物料泄漏必然造成环境的污染，对安全生产也带来隐患。针对这些问题，阜康能源离子膜工序技术团队在不停车不降量的情况下，使泄漏问题得到了有效解决。

1 淡盐水外网管线泄漏改造

精盐水经过电解槽电解后，阳极产生氯气和含氯淡盐水，含氯淡盐水被送至脱氯塔，经真空脱氯和化学脱氯后的盐水通过P-1602泵送至一次盐水V-401储罐后用于化盐。该管线选用DN350的PE管进行输送，温度高、距离远，再加上地势南高北低，往往造成淡盐水管线内形成真空，管线抽变形现象的发生。为防止管线抽扁，去一次盐水管线气动阀不能快速全关，一次盐水工序在离子膜停泵后关闭现场进盐水储罐V-401手阀。对于已泄漏管线的处理只能停车进行补焊，停车将造成产量损失，而且淡盐水管线置换合格才可以用，检修前置换时间长。利用过滤盐水泵P-1402出口的1根去一次盐水V-401罐的管线进行改造。此管线主要用于在开车盐水循环或当过滤盐水储罐V-1402盐水质量不合格等情况时将不合格盐水返送至一次盐水。此管线自开车初期到目前为止从未使用，目前已被盲断，管线管径DN350，材质为钢骨架PE管，无论材质与管径均与淡盐水管线相同。V-1402盐水不合格管线闲置改变了被动检修的观念。根据工艺生产条件，E-1401板式换热器换热方式有蒸汽换热和淡盐水换热2种方式，为保证不同介质之间的隔离效果，现场均采用双阀隔离。根据这一特点，在1#、3#阀之间增加1根去不合格盐水DN300的CPVC管线(如图1虚实线所示)，将淡盐水通过1#、2#阀直接改道至不合格盐水管线进行输送。为避免阀门内漏引起淡盐水与过滤盐水管线互串，在4#阀前、P-1402出口去不合格盐水管线阀后分别增加盲板，有效避免过滤盐水和淡盐水互串。

图1 淡盐水管线改造示意图Fig.1 Diagram of improved pipelines of depleted brine

当离子膜工序送往一次盐水工序的淡盐水外网管线发生泄漏时，可以先联系一次盐水打开V-401不合格盐水管线阀门，缓慢打开2#阀，再缓慢关闭3#阀，通过阀门切换，将淡盐水改道至不合格盐水管线进行输送。此时可以对淡盐水管线进行吹扫、排净盐水进行补焊消漏作业。淡盐水管线A，B线公用一根外网管线，A，B线开停车过程至少在10 h，管线置换、消漏作业至少在2 h，停车消漏将造成2条线产量损失，按目前电解槽负荷计算，损失至少在百万元以上。淡盐水管线的改造，不仅消除了管线泄漏隐患，有效减少了生产装置的非计划停车带来的经济损失，保证了生产装置的安全平稳运行。

2 成品碱泄漏改造

离子膜生产工艺中精盐水电解后电解槽阴极侧产生氢气和碱液，碱液进入循环槽后再经泵输送至蒸发工序储罐用于生产高浓度液碱和片碱。成品碱的输送采用不锈钢管线，管线长达1 500 m左右，管线多处焊缝发生腐蚀泄漏。目前通过打管卡、打钢带、胶粘等方式进行处理。泄漏点增大只能停车进行焊缝补焊或切割泄漏点管线进行更换。成品碱管线A，B线公用1根外网管线(DN150)，A，B线开停车过程至少在10 h，管线置换、吹扫、消漏作业至少在4 h，停车消漏将造成2条线产量损失，按目前电解槽负荷计算，损失至少在百万元以上。

通过对不锈钢管线泄漏点的分析统计发现，不锈钢材质管线的泄漏几乎发生在管线焊缝处。管线输送的介质为32%的氢氧化钠溶液，是优良的电解质。不锈钢管线焊缝在焊接时由于高温处理，在焊缝处元素分布发生变化。由于晶粒表面和内部化学成分的差异以及晶界杂质或内应力的存在。腐蚀沿着晶粒间的分界面扩展，产生了晶间腐蚀[1]。晶间腐蚀大大降低金属的机械强度。不锈钢焊缝处的腐蚀影响到整条不锈钢管线的使用，降低了不锈钢管线的寿命。

离子膜开车补碱置换，需要8～10 h，严重影响开车时间，主要原因是离子膜工序输送的低浓度碱液管线和蒸发工序向离子膜输送碱液的管线为同一根管线，且管线长达1 300 m左右，管内容积在27 m3左右，离子膜输送过去的低浓度碱液在管道内难以置换，再由蒸发送过来，离子膜置换碱浓度始终提不起来，严重影响开车时间。

离子膜工序废氯吸收装置使用的碱液是从蒸发工序输送过来的。此碱液全部来自离子膜输送到碱液储槽的32%的碱液。在这趟DN80碱管线增加去离子膜碱罐V-2006的管线，电解开车时可以直接将蒸发工序的碱补过来，可以缩短开车时间5～6 h。同时P-2002往V-2006补碱管线延伸连接到新增碱管线上，将P-2006泵的回流管线接到新增碱管线上，如图2所示。当离子膜去蒸发的成品碱管线发生泄漏时，可以改道至新增碱管线上，将碱液返送到蒸发工序，以应急之用，减少停车，保证生产安全平稳运行。

图2 成品碱管线改造示意图Fig.2 Diagram of improved pipelines of finished caustic soda

3 废水管线泄漏改造

离子膜废水至一次盐水装置的管线材质为CPVC，长约2 000 m，由于运行6年多，长期暴露在室外环境，新疆昼夜温差大造成管线多处焊缝、伸缩节泄漏，严重影响离子膜工序废水的输送。若要彻底解决泄漏问题，须要停用废水管线，对焊缝、伸缩节等进行粘接或更换。为了减少装置废水产生，消除隐患，及时将离子膜废水送至一次盐水，离子膜工序技术人员现场实地查看，将闲置不用的管线巧妙连接，不仅能快速解决离子膜废水罐液位高的问题，还能降低生产隐患。

离子膜过滤盐水储槽V-1402泵出口设计1根去一次盐水的不合格盐水管线，主要用于输送V-1402内的不合格盐水到一次盐水装置的V-401罐内。此管线输送的目的地与P-1509的目的地一致。在正常情况下V-1402内的盐水均为合格盐水管线，此管线的开车初期到目前为止均未使用过，使用率极低。增加1根DN80的CPVC管线将P-1509出口与新增的淡盐水与不合格盐水跨线进行连接(如图3虚线管线)。

图3 废水管线改造示意图Fig.3 Diagram of improved pipelines of waste water

为防止阀门操作错误，造成废水进入离子膜过滤盐水系统，在P-1402出口去不合格盐水管线阀门处增加盲板，隔断废水与过滤盐水可能存在的联通。当离子膜工序送往一次盐水工序废水外网管线发生泄漏时，离子膜操作人员首先确认淡盐水管线未使用不合格盐水管线后联系一次盐水工序操作人员确认打开不合格盐水管线进V-401手阀，确认2#阀关闭，缓慢打下图中5#阀直至全开，再缓慢关闭4#阀，将P-1509废水从原管线切至不合格盐水管线。废水此时可以对废水管线进行吹扫、排净废水进行补焊消漏作业。

4 废硫酸储罐泄漏改造

阜康能源氯气干燥采用三级干燥(一级填料、二级填料、三级泡罩塔)的干燥工艺。98%的浓硫酸依次进入三级泡罩塔、二级填料塔、一级填料塔内，浓硫酸吸收氯气中的水分后浓度被稀释为69%～70%，一级填料干燥塔底部的硫酸液位由液位自控系统控制，达到一定液位值时自动打开气动阀排酸至废硫酸储槽。废硫酸储槽内的废酸由废酸泵打至罐区装车。废硫酸储槽为内衬PVC软板，外部为碳钢材质，由于内衬泄漏，造成废硫酸储槽腐蚀泄漏，废硫酸泄漏对人员、环境均造成严重的后果。检修废硫酸储槽，必须要把30万t/a装置A，B线停车，检修工期至少在12 h。A，B线开停车过程至少在10 h，停车消漏将造成2条线产量损失，按目前电解槽负荷计算，损失至少在百万元以上。

将一级填料塔内的废硫酸直接通过管线引到外网废硫酸管线内(如图4虚线区域)，将废硫酸储槽切除系统进行检修，不但有充足的时间完成对废硫酸储槽的检修，消除安全隐患，而且还能避免装置停车带来的经济损失。当废酸储槽需要检修时，操作人员将废硫酸输送泵停用，打开1#，2#阀，再缓慢关闭3#、4#阀。将废硫酸切换至外网管线。切换前将一级填料塔内废硫酸液位控制气动阀保持全关，防止切换时管线憋压，造成人员伤害。保持A，B线一级填料塔废硫酸输送泵泵压一致，避免压力高低不同，造成废硫酸无法正常输送。

图4 废硫酸管线改造示意图Fig.4 Diagram of improved pipelines of waste sulfuric acid

5 结语

离子膜工序承担着为盐酸工序提供合格的氢气、氯气，为液氯包装工序提供合格的氯气，为烧碱车间提供合格的32%碱液的任务，是为下游工序提供原料的车间，是企业正常生产的源头，这使离子膜工艺生产连续性更强。阜康能源离子膜工序技术人员加强管理，实施了以上不同介质、不同材质管线的消漏改造，在经过充分的危害分析和安全评价后，在不停车、不降量的情况下进行了改造，小改动获得大效益，不但消除了安全隐患、改善了操作环境，而且为企业减少了经济损失，提高了装置运行稳定性，为生产的稳定运行起到了保驾护航的作用。