氯化氢石墨冷却器运行总结

孙龙彬

(陕西北元化工集团股份有限公司，陕西 榆林 719319)

陕西北元化工集团股份有限公司(以下简称“北元化工”)一期40万t/a烧碱装置于2010年10月开车投运，其中氯化氢生产工序氯化氢冷却设备使用的是江苏南通某公司生产的氯化氢石墨冷却器。石墨冷却器是氯化氢合成工序的重要设备，来自氯化氢缓冲罐的氯化氢气体经冷却器降温除水，达到要求的工艺指标后，再输送到氯化氢酸雾捕集器，去除酸雾后送至聚氯乙烯合成工序。

1 生产工艺

1.1 工艺流程

由氯气处理工序送来的尾气经氯气缓冲罐、流量调节阀进入合成炉底部灯头，氢处理工序送来的氢气经氢气后冷却器、氢气水雾捕集器，由流量调节阀、阻火器，进入合成炉底部灯头。这2种气体在石英灯头中充分燃烧生成氯化氢气体[1]，产生的热量一部分用于生产蒸汽，另一部分被循环冷却水带出。生成的HCl 气体一部分通过氯化氢缓冲罐、石墨冷却器、酸雾捕集器送至氯乙烯合成工序，另一部分通过一级降膜、二级降膜和尾气吸收塔制成高纯盐酸送至罐区和电解系统。

1.2 石墨冷却器运行方式

一期装置有两条氯化氢生产线，每条生产线有氯化氢石墨冷却器3台，生产中采用开二备一的运行模式，通过两级串联冷却，将氯化氢温度控制在指标范围，换热介质采用-26 ℃冷冻盐水。石墨冷却器工艺流程如图1所示(红色部分为在用设备管线)。

1.3 参数控制

氯化氢中含水质量分数控制指标小于3×10-4,一级石墨冷却器冷却温度(-11±2) ℃，二级石墨冷却器冷却温度(-15±2)℃，氯化氢气体送聚氯乙烯合成温度(-14±2)℃。

2 运行中易出现的问题及采取的措施

2.1 冷冻盐水泄漏

石墨冷却器运行过程中冷冻盐水走壳程，氯化氢气体走管程。当冷冻盐水泄漏进管程内时，氯化氢气体溶解于冷冻盐水，并放出大量的热，导致氯化氢气体温度升高,超出指标范围；严重时冷冻盐水堵塞氯化氢气体出口管线，造成压力波动。如处理不及时可能导致合成炉过氯和聚氯乙烯停车事故。

图1 石墨冷却器工艺流程示意图

日常运行按时观察石墨冷却器下酸情况及石墨冷却器出口氯化氢温度。如发现下酸增多、颜色发黄浑浊，且石墨冷却器出口温度升高，则可判断为石墨冷却器冷冻盐水串入氯化氢系统内，应及时切换备用石墨冷却器，对故障设备进行检修。

2.2 冷却器进出口压差升高

第1台石墨冷却器进口和第3台石墨冷却器出口分别装有远传压力变送器，用来观察3台石墨冷却器总压差。正常运行时压差范围在5 kPa左右(根据经验,每台石墨冷却器压差在2 kPa左右)，当进出口压差大于7 kPa，或者压力较正常运行时高2 kPa时，可认定石墨冷却器压差升高，须检查处理。

通常石墨冷却器压差增高原因有3个。①石墨冷却器在运行时温度设置过低，导致石墨冷却器内盐酸结晶(通常发生在石墨冷却器投用初始阶段)。处理措施为缓慢调节冷冻盐水阀门开度，提高氯化氢温度，但要保证在指标范围内。②石墨冷却器进出口衬塑管线衬塑鼓泡或者翘起，氯化氢气体流通面积减小，导致压差升高。处理措施为调节氯化氢气体流量，检查、更换管线。③远传压力变送器故障。处理措施为联系仪表人员重新标定校正。

2.3 冷却器管线泄漏

氯化氢石墨冷却器进出口为钢衬塑管线，由于这两种材质热胀冷缩参数不同，经过长时间运行后，衬塑脱离钢管线，在法兰面连接处易造成泄漏。另外，北元化工一期装置石墨冷却器进出口衬塑管线的大部分管件是在后期加工连接的，并非前期一体成型，因此，连接部位也容易开裂鼓起，使氯化氢气体渗漏进管线夹层，腐蚀钢管线，造成泄漏，如图2所示。

图2 石墨冷却器管线短节腐蚀情况

巡检时多注意观察，发现管线外壁有酸渍时，及时处理;发现泄漏时,及时切换。

2.4 切换过程中出现的问题及注意事项

当设备管线存在问题时，要及时切换备用石墨冷却器。切换前务必检查确认到位，否则可能引发事故。切换石墨冷却器前应从以下几方面做好检查确认工作。

2.4.1 切换前的检查

检查备用石墨冷却器进口和出口排酸阀门的开关情况；检查备用石墨冷却器内部有无积酸，若有积酸，应排净。当班岗位人员还应了解备用石墨冷却器备用期有无检修情况，了解石墨冷却器内介质浓度，避免发生事故。

案例:某日，在切换石墨冷却器过程中，当班岗位人员按照操作规程，检查石墨冷却器阀门开关和内部积酸情况。岗位人员发现石墨冷却器内有积酸，随即打开放净阀门排放积酸，积酸排放完后，即联系DCS操作人员进行石墨冷却器切换。在切换过程中，岗位人员缓慢打开石墨冷却器进口阀门，瞬间听见大量气流流动声音，立即关闭阀门，并询问DCS流量、压力情况。DCS参数显示，总管流量瞬间波动4 000 m3/h，导致聚氯乙烯合成岗位流量报警。事件原因为，备用石墨冷却器备用期间曾经检修过进口短节，检修期间检修人员为稀释进口处酸雾，曾用纯水冲洗进口，导致纯水进入石墨冷却器内，检修完成后未及时排放。切换前，岗位人员虽排放了石墨冷却器内部稀酸，但在石墨冷却器内壁上悬挂有大量水滴，氯化氢气体极易溶于水，在打开石墨冷却器进口瞬间，大量氯化氢被水吸收使石墨冷却器内产生负压，导致氯化氢总管流量波动。

2.4.2 注意氯化氢总管压力参数变化

在切换石墨冷却器时，一定要与DCS密切配合，随时询问氯化氢总管压力及流量变化，避免引起压力波动而造成的过氯停车事故，且切换前应适当增大合成炉氢气、氯气配比。

案例:某日，在切换石墨冷却器过程中，A线氯化氢石墨冷却器出口管线衬塑脱落(如图3所示)，堵塞管线，造成合成炉炉压上涨至66.33 kPa，3#合成炉防爆膜瞬间爆破，然后，系统压力降至9.01 kPa，有机系统氯化氢低流量联锁停车，氯化氢A线出酸。分析原因认为,在石墨冷却器切换过程中，由于流量及流动方向变化导致衬塑管线连接部位鼓泡翘起，导致压力升高，合成炉防爆膜爆破。

图3 石墨冷却器管线衬塑接口翘起图示

2.4.3 切换前冷冻盐水开度影响

切换前，应适当开启冷冻盐水阀门，给备用石墨冷却器降温。阀门开度过小，不能及时将氯化氢气体温度控制到指标范围内，导致总管氯化氢温度超标；阀门开度过大，会导致石墨冷却器内气体(主要包含为氯化氢气体、空气等)结晶，严重时冻坏石墨冷却器，并系统时导致石墨冷却器压差升高无法控制，最终导致无法并入系统。另外，石墨冷却器温度检测点设置在石墨冷却器出口位置，当冷冻水打开时，由于石墨冷却器内气体不流动，出口位置温度变化迟缓，不能有效反映石墨冷却器内真实温度。可以微开石墨冷却器进出口阀门，让气体流动起来，保证出口温度的真实客观性。

2.4.4 阀门日常维护保养，避免阀门无法动作

本系统石墨冷却器进出口阀门均为DN600的衬塑蝶阀，在室外情况下，阀门传动机构锈蚀情况时有发生，导致阀门动作困难。日常运行时,要注意阀门的维护保养，经常性润滑防腐，保证阀门完好。

3 总结

石墨冷却器是氯化氢送气系统中的重要设备，它承担着给氯化氢降温除水的重要任务，日常运行中一定要认真巡检，及时排除隐患，避免事故发生。