氯气干燥系统整合技术改造

周永卫

(浙江巨化股份有限公司电化厂，浙江 衢州 324004)

氯气处理系统作为氯碱生产装置中的重要工序，其运行质量直接影响装置的安全稳定运行，更对后序氯气、液氯的品质、设备和工艺管线的使用寿命有着重要影响。

由于离子膜烧碱装置占地、投资成本较大，一些上规模的氯碱老厂生产装置大都是分期、分阶段投资建设，导致配套的氯气干燥系统存在着单套生产规模小、设备繁多、潜在的泄漏点和安全环保风险高等众多问题。本文重点介绍浙江巨化股份有限公司电化厂(以下简称“巨化电化厂”)离子膜烧碱装置氯气干燥系统整合改造的相关内容，供各位同行做参考。

1 整合改造的背景

巨化电化厂有4套离子膜烧碱生产装置：第1期7万t/a，第2期、第3期、第4期各13万t/a，合计46万t/a离子膜烧碱的生产规模。其配套的氯处理系统也是分期、分阶段建设，其中氯干燥系统基本为洗涤塔+4个填料塔工艺，氯气压缩采用透平氯气压缩机，出口氯气为0.3～0.35 MPa。

由于电解系统有部分增产项目即将投产，考虑到原有的4套氯干燥系统的配套能力已明显不足，同时现有设备老旧，泄漏检修频繁，安全生产压力较大。因此，对氯气干燥系统进行整合改造，契机非常合适。

2 改造的技术方案

综合比较行业内和巨化电化厂原有的氯干燥工艺，整合项目采用成熟的洗涤塔+三塔硫酸干燥工艺，即洗涤塔+2个填料干燥塔+1个填料泡罩干燥复合塔的工艺，整合设计氯气处理能力氯气流量12 000 m3/h(配套30万t/a烧碱装置)，操作弹性为20%～120%。

本项目事故处理系统采用二塔串联分级吸收：1#事故塔作为常用塔，氯气来源有电解/氯液化等系统的检修氯气、事故水封的破封氯气以及氯压缩的气封密封气；2#事故塔作为备用塔，配备高位碱槽，应急情况下联锁投用。

3 设备和材料的改进

3.1 硫酸系统使用磁力泵

原氯干燥系统生产过程中，离心式硫酸循环泵的检修频率非常高，占总检修量的50%～60%，对生产稳定、指标消耗控制、环保排放都造成了很大压力。

因此在整合过程中，在硫酸系统和氯水系统上大批量使用磁力泵[1]，真正做到无泄漏、少维护。

3.2 事故风机采用变频控制

原事故处理系统中采用定频风机。为了确保生产安全环保，碱泵循环以及风机系统长期运行，偏大的抽力导致非事故状态下，碱雾进入风机，风机积碱严重，检修频繁。

在整合过程中，事故风机采用变频控制：正常运行时低频控制，抽力满足电解、脱氯装置需求即可；事故状态时，通过相应的联锁设置提高运行频率，满足处理需要。

3.3 采用高效换热器，降低占地面积

由于现场场地有限，在此次改造过程中，使用了山东豪迈机械制造有限公司的螺旋缠绕管式热交换器。与原来使用的列管式交换器相比，该换热器在换热效率、冷冻水用量及占地面积等方面有着较大优势，但压降会偏高。

3.4 使用PVDF填料

原来洗涤塔、硫酸干燥塔、事故塔填料大多使用的是PP和CPVC填料，这两种材料到使用寿命后容易破碎。因此，每到周期后都需清洗更换填料，产生大量污水、固废的同时，清洗过程中还有很大的安全环保隐患。

因此，装置整合后，选择了PVDF材质的泰勒花环作为填料，PVDF具有抗高温、耐酸碱、抗老化、机械强度高、使用寿命长等特性，在消除隐患的同时还契合了磁力泵的使用要求。

3.5 设备、管道材质优化

氯干燥系统涉及硫酸、氯气等介质，这些介质腐蚀性较强，对输送管道材质的要求各不相同。其中硫酸质量分数的变化对材料的选择影响较大，尤其对钢材的影响大。

碳钢在不同浓度硫酸下的相对腐蚀速率如图1所示[1]。干燥氯气中出塔氯气含水量与塔顶进塔浓硫酸浓度和温度的关系如图2所示。

图1 碳钢在不同浓度硫酸下的相对腐蚀速率Fig.1 Relative corrosion rate of carbon steel in different concertation of sulfuric acid

图2 干燥氯气中出塔氯气含水量与塔顶进塔浓硫酸浓度和温度的关系Fig.2 Relationship between the water content of chlorine out of drying tower and the concentration and temperature of concentrated sulfuric acid fed at the top of the tower

综合图1和图2可以发现：质量分数75%的硫酸即可满足相关氯中含水指标要求。如果硫酸质量分数低于80%，硫酸对碳钢的腐蚀性较强，以往的检修记录也显示I段干燥塔以及稀酸的附属管道腐蚀较为严重。

本次改造中，I段干燥塔以及稀酸管均采用钢衬管，控制酸质量分数在74%～75%，在保证含水指标的同时，兼顾消耗和设备腐蚀。

4 装置运行情况

巨化电化厂自2019年11月投运第1套氯干燥装置整合改造以来，整个装置系统运行稳定，各项消耗都有不同程度的下降。相关的部分运行参数和消耗如表1和表2所示。

表1 整合前氯干燥运行和消耗数据表Table 1 Data of operation and material consumption in chlorine drying before integration

表2 整合后氯干燥运行和消耗数据表Table 2 Data of operation and material consumption in chlorine drying after integration

与原分散装置相比，氯干燥系统整合后带来的主要收益如下。

(1)硫酸消耗下降(无硫酸提浓回用)：在装置整合过程中，增加了在线浓度检测和消耗监控，1 t液氯用硫酸量下降了约2 kg，全年硫酸消耗减少了约480 t。

(2)动力电耗下降：氯干燥装置整合后，因为设备电动机数量减少，使得整体的用电负荷降低较多，全年节约电近110万kW·h。

(3)检修作业量降低：由于设备更新和改进的原因，设备故障率与泄漏率大幅度降低，装置全年检修数量下降超80%。

5 结语

随着安全环保和节能控制要求的不断提高，对使用时间长的老装置或处理能力低的小装置进行整合改造，是一个比较有效的办法。另外，由于设备、制造计算的不断发展，在改造过程中应用成熟稳定的新技术新工艺，也有利于降低运行成本，保证装置的长期安全平稳运行。