国产双效降膜蒸发装置运行总结

张玉

(天辰化工有限公司，新疆 石河子 832000)

新疆天业集团天辰化工有限公司(以下简称“天辰化工”)具有40万t/a聚氯乙烯及32万t/a烧碱的生产装置，其中一套5万t/a片碱装置采用国产双效降膜蒸发工艺，该工艺相比进口装置具有工艺流程短、投资少、运行相对稳定等优点。

1 工艺流程

考虑到天辰化工蒸汽用量、蒸汽压力及现场厂房的限制，在此套国产蒸发装置设计之初，并未考虑采用三级蒸发[1]来减少最终浓缩系统的浓度差，而是采用双效蒸发模式(工艺流程如图1所示)。

碱罐中的32%碱液经泵打入Ⅰ效降膜蒸发器管程。Ⅰ效降膜蒸发器管程操作条件设计为负压，以便降低碱液沸点，减少蒸汽消耗；其热源为来自最终浓缩器及Ⅱ效蒸发器的二次蒸汽；其中最终浓缩器的二次蒸汽因温度过高须经过增湿再进入Ⅰ效蒸发器。在Ⅰ效蒸发器中，碱液经蒸发后，产生的二次蒸汽经镍丝网除雾器分离后，由真空系统冷凝，冷凝液进入蒸发冷凝水罐(不凝气则由真空系统抽出)；液碱质量分数由32%提高至44%(碱液温度为70～80 ℃)，从Ⅰ效降膜蒸发器底部流出,由碱泵打出，经碱碱换热器、碱水换热器与由Ⅱ效蒸发器出来的61%碱及Ⅱ效蒸发器蒸汽冷凝水罐的冷凝水换热(此时碱液温度约为120 ℃)后，进入Ⅱ效蒸发器管程。在Ⅱ效蒸发器经一次蒸汽加热，碱液质量分数由44%上升至61%(温度上升至165 ℃)。

61%碱液经套管式碱碱换热器与44%碱液换热后进入最终浓缩器的碱液集料管，并均匀分配至10个浓缩单元(降膜管)。在降膜管内壁由上向下形成完整的液膜，与走降膜管壳程的加热熔盐逆向换热。换热后形成的98%熔融碱流入汽液分离器分离后进入片碱机的分配器再经片碱机的分配器分配至片碱机，经循环水间接冷却制片得到成品片碱；经镍丝网除沫器分离的二次蒸汽经增湿后供至Ⅰ效蒸发器作加热源。

2 国产蒸发装置设备清单

国产蒸发装置主要设备如表1所示。

3 工艺特点

固碱蒸发装置比较成熟，国内大多数企业采用的是双效或三效蒸发工艺[2-3]，其中三效蒸发装置居多，以便更好地节能增效，前文已述天辰化工选择双效蒸发的原因。此套国产装置的特点如下。

图1 片碱生产工艺流程示意图

表1 国产蒸发装置主要设备

3.1 相对节能

在此套设计中充分考虑了蒸汽及碱温的重复利用。

(1)蒸汽重复利用：流程中一次蒸汽利用后产生的二次蒸汽及61%碱液在加热过程中产生的二次蒸汽均在Ⅰ效蒸发器中用作热源；一次蒸汽加热后产生的过热蒸汽冷凝水作为44%碱液预热热源，尽可能分级利用，降低一次蒸汽的用量，提高蒸汽的利用效率。

(2)蒸汽冷凝水重复利用：44%碱液通过与蒸汽冷凝液及61%碱液换热，可以提高44%碱液的温度，降低进入Ⅱ效蒸发器后的一次蒸汽耗量。

3.2 工艺相对简单

双效蒸发相比三效蒸发少了一个效体，一般来说，三效蒸发就多了一套蒸发器、真空系统(包括表面冷凝器、真空泵等)、碱泵、冷凝水罐等，其流程相对较长，考虑到碱液的强腐蚀性，多流程就增加运行中的腐蚀、泄漏等问题，而双效蒸发在最终浓缩前减少了一个效体，相应也减少了上述的腐蚀、泄漏发生的概率。

3.3 自动化程度高，产品品质稳定

作为成熟的固碱工艺，在设计过程中采用了DCS集中控制，所有控制参数均可在中控人员的集中控制下进行调整；同时，现场监控、报警等均可传至中控系统，便于及时判断生产运行情况。

4 存在的不足及改进措施

4.1 设备、管线容易腐蚀泄漏

考虑到烧碱的性质，此套国产装置在设备选材上也做到对症优选，例如，除了Ⅰ效蒸发器因处理碱液的温度及浓度相对较低而选用不锈钢材质制作设备及相关管线，自Ⅱ效蒸发器开始，碱系统设备及管线均采用镍材，以尽量延长装置使用寿命。在运行过程中，仍然在运行3个月左右就出现管线泄漏，后续也陆续出现镍材设备的腐蚀泄漏，其中降膜管的使用寿命一般在1年半左右，同期使用的进口降膜管则一般可使用2年以上。这也在一定程度上说明了国产设备在原材料品质上有些欠缺。针对此问题，首先，定期停车检修，对装置中极易腐蚀的镍丝网进行定期检查更换；其次，对离子膜32%碱液中的氯酸盐含量定期检测跟踪，避免氯酸盐含量高超过加糖系统的处理能力，最终造成镍设备的加速腐蚀；另外，确保氮封正常，以隔绝含氧空气，防止镍材氧化腐蚀。

在此套装置中，为了得到更高的换热效率，其中碱碱换热器设计为板片式，但在运行半年左右，出现碱碱换热器泄漏严重的情况，对装置的正常运行造成了很大的影响，从天辰化工其他4套烧碱装置使用的进口套管式换热器的运行情况看，其维修率远远低于板片式换热器，最终更换为与碱水换热器形式相同的套管式换热器。运行证明，套管式换热器使用效果良好。

4.2 开停车时废碱回收问题

蒸发装置在运行一段时间后会因为片碱机结碱或其他因素进行系统停车。在开停车过程中都会产生一些不合格碱，这些碱需要人工化碱，效率低且存在人员受伤的风险，因此，增加设计一套碱溶解系统，增加相应的DCS控制系统。在系统开停车期间产生的不合格碱均可通过中控人员操作调整进入溶解系统，通过DCS输送蒸汽冷凝水等配制不合格碱液质量分数至30%后，通过泵送入配碱罐，供乙炔、氯乙烯工序使用，实现不合格碱的重复利用。

4.3 真空系统频繁操作问题

Ⅰ效蒸发在负压下操作，维持稳定的真空度极其重要。在蒸发过程中，效体液位、蒸汽压力及碱液温度的波动会造成真空度的变化，这就需要持续调整破真空阀的开启度。在设计时仅为现场手阀操作，调整精度不高且操作频繁，后期改为由DCS控制操作，可在中控室远程完成，以更高效率响应及调整，维持真空系统稳定运行。

4.4 熔盐系统废气氮氧化物含量超标问题

随着新的环保指标落地，蒸发装置熔盐系统废气氮氧化物等环保指标不能满足要求，对此，天辰化工对蒸发装置熔盐系统废气出口加装脱硝处理装置。目前改造项目已完工，装置的氮氧化物含量大幅降低，满足新的环保指标要求。

5 结语

烧碱蒸发工艺技术成熟，氯碱企业可根据现场实际对蒸发工艺进行局部改进或补充。天辰化工因实际需求，选择双效蒸发工艺，在能耗上稍高于三效蒸发，但通过多年的运行证明，在合理的检修及改进下，此套国产装置运行指标平稳、产品质量可靠。