烧碱蒸发装置运行总结

饶鑫

(重庆市映天辉氯碱化工有限公司，重庆 401221)

重庆市映天辉氯碱化工有限公司(以下简称“重庆映天辉”)为解决原烧碱蒸发装置能耗高、产品质量不稳定的问题，于2016年进行15万t/a烧碱蒸发项目建设，于2017年3月正式投产运行。

1 工艺流程

1.1 碱液流程

电解工序的32%碱液先进入原液碱槽，经原液碱槽再送至Ⅲ效蒸发罐，经过预闪蒸浓缩后,由循环碱泵送到Ⅲ效加热器；由Ⅲ效加热器底部流出返回Ⅲ效蒸发罐进行再次闪蒸浓缩。

蒸发浓缩后的碱液由Ⅲ效碱泵送至Ⅱ效加热器，碱液分别进入Ⅱ效一段预热器和Ⅱ效二段预热器。升温后的碱液从两段预热器出来并汇合后进入Ⅱ效加热器，再从Ⅱ效加热器底部流出进入Ⅱ效蒸发罐进行闪蒸浓缩。

蒸发浓缩后的碱液由Ⅱ效碱泵送至Ⅰ效加热器，碱液分别进入Ⅰ效一段预热器和Ⅰ效二段预热器。升温后的碱液从两段预热器出来并汇合后进入Ⅰ效加热器，再从Ⅰ效加热器底部流出进入Ⅰ效蒸发罐进行闪蒸浓缩，这时碱液质量分数达到50%。

50%碱液依次送到Ⅰ效一段预热器和Ⅱ效一段预热器。在Ⅰ效一段预热器里50%碱液和从Ⅱ效蒸发罐来的低温碱液进行间接换热。在Ⅱ效一段预热器里50%碱液和从Ⅲ效蒸发罐来的低温碱液进行间接换热。降温后的50%碱液由Ⅰ效碱泵加压送到产品冷却器与循环冷却水进行间接换热冷却，最后送至产品罐区50%碱储槽。

1.2 蒸汽及冷凝水流程

Ⅱ效加热器的二次蒸汽变成冷凝水后流入Ⅱ效冷凝水罐，再送至Ⅲ效加热器；Ⅲ效加热器二次蒸汽变成冷凝水后也流入Ⅲ效冷凝水罐。Ⅲ效冷凝水罐的冷凝水用冷凝水泵送至电解系统作为阴极补充水使用。

Ⅲ效蒸发罐二次蒸汽被真空系统抽吸前先用蒸发式冷凝器冷却降温。

2 蒸发装置采用的先进技术

2.1 三效逆流工艺

50%碱蒸发装置设置Ⅰ效、Ⅱ效和Ⅲ效，蒸发浓缩工艺流程为逆流:即碱液的流向与加热蒸汽的流向相反，原液碱从Ⅲ效蒸发器进入，经Ⅲ效浓缩后进入Ⅱ效, 经Ⅱ效浓缩后再进入Ⅰ效, 经Ⅰ效浓缩后质量分数达到50%，可作为产品出售；而加热蒸汽从Ⅰ效进入，Ⅰ效产生的二次蒸汽进入Ⅱ效，Ⅱ效产生的二次蒸汽进入Ⅲ效。逆流工艺的优点是当碱液浓度增高的同时碱液的温度也增高，因此各效黏度相差不至于太大，物料流动性好,各效传热系数保持较高的水平。

2.2 原液闪蒸

在三效蒸发装置中，来自电解工序的32%碱液的温度高于Ⅲ效加热蒸汽的温度。如果将32%碱液直接送到Ⅲ效加热室，则在加热室的上部是一个反传热的过程，即加热室管内的碱液加热了管外的蒸汽，它将严重影响整个蒸发装置的蒸发效率。原液闪蒸技术是将来自电解工序的32%碱液首先送到Ⅲ效蒸发罐进行预闪蒸，其温度降到低于Ⅲ效加热蒸汽的温度后，再送到Ⅲ效加热室管程，这样，加热室管内的碱液是被管外的蒸汽加热而得到升温产生蒸发，从而大大提高了整个蒸发装置的蒸发效率。

2.3 减温装置

在蒸发罐出口设置了3台高效能微细雾化减温器,将Ⅰ效、Ⅱ效、Ⅲ效蒸发罐出来的二次过热蒸汽降到相应压力状态下的饱和温度，然后送入下一效加热室加热碱液，或经蒸汽冷凝器进行冷凝,大大改善了加热室和蒸汽冷凝器的传热效果, 也就大大提高了整个蒸发装置的蒸发效率。

2.4 分体式蒸发器

烧碱蒸发装置蒸发器由加热器和蒸发罐组成，且加热器和蒸发罐为分体式结构,碱泵送来的碱液首先进入加热器，在加热器的顶部设置了碱液分配器和布膜器，其功能是将送入加热器的碱液均匀分配到加热器的整个截面，促使碱液沿着加热器每一根换热管的内表面呈均匀的膜状向下流动。碱液在流动过程中和壳程的加热蒸汽进行强烈的热交换而得到迅速升温达到沸点而产生蒸发，这时换热管中心充满了二次蒸汽，它会带动管内壁膜状的碱液高速地向下流动，一起从换热器底部出来，通过一根管道进入蒸发罐内，沸点状态的碱液在蒸发罐里扩容降温而进一步产生强烈闪蒸。蒸发器为分体式，因此蒸发罐整个截面都为碱液的闪蒸空间，其闪蒸空间非常大，碱液的闪蒸很完全，大大提高了其蒸发效率；同时，蒸发罐整个截面都是二次蒸汽上升的空间，所以二次蒸汽上升的速度较慢，夹带的液沫很少，再通过蒸发罐上部汽液分离装置进一步除去液沫后保证出去的二次蒸汽不含或只含有微量的碱，有效保证了二次蒸汽冷凝水的质量。

2.5 高通量管式换热器

碱蒸发装置中Ⅰ效一段预热器和Ⅰ效二段预热器承受高温高压，常采用板式换热器，其密封垫片很容易损坏。本装置采用的高通量管式换热器大幅减少了泄漏点，彻底解决了碱蒸发装置不能长周期运行这一瓶颈问题。

2.6 变频控制

蒸发装置的碱液管路中一般采用调节控制阀控制碱液的流量和液位，调节控制阀阀体长时间承受高温、高压，易腐蚀泄漏，严重时会出现喷溅情况。本装置的电动机变频控制技术通过改变电动机工作频率，来改变泵的转速，降低了工作压力，也达到控制流量和液位的目的，彻底解决了50%碱蒸发装置不能长周期运行这一瓶颈问题。

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2.7 纯水闭路循环

蒸发装置中各泵的机封水和真空泵的工作液须使用纯水。本装置中设置了一个由纯水收集槽、纯水循环泵和纯水冷却器组成的纯水闭路循环系统。泵的机封水和真空泵的工作液通过管道回流到纯水收集槽，由纯水循环泵加压送出。经纯水冷却器冷却到要求的温度后，再由纯水总管分配到各纯水工作点，实现纯水的闭路循环，大大节约了纯水的消耗。

2.8 蒸发式冷凝器

蒸发装置Ⅲ效蒸发罐二次蒸汽的冷凝多采用表面冷凝器方式进行，因此须对原有循环水站进行扩容，并铺设长距离送水管网。本装置采用Ⅲ效蒸发罐二次蒸汽的蒸发式冷凝器，为立式布置，冷风从侧下部进入换热器，从上部抽风机出换热器，横向冲刷换热管外壁；换热管采用独有的顺排布置方案，使管外水膜成形与风路得到优化，换热效率显著提升；换热器两端采用管箱式结构，直管管排两端与管箱连接，管箱兼有气液分离作用；在换热管箱下部与进风口上部间设有填料层，在该填料层上进行水与空气的二级热交换，以降低水温，提高设备运行效率。

3 运行过程中存在的问题

3.1 50%碱杂质问题

装置初开车运行时，系统清洗干净后，每次开车检查成品碱杂质情况均合格(杂质数量低于5颗)，1 h后杂质检不出。运行2年碱蒸发装置停车后，开车运行一周杂质才能合格。

3.1.1 原因分析

原液碱槽和Ⅲ效设备为316L材质，在停车降温后，表面钝化膜会脱落，形成大量黑色碳化“皮”状物质，这是50%碱中机械杂质的主要来源。

运行过程中脱落的黑色碳化物会逐渐沉积在流速降低位置：原液碱槽底部，Ⅰ效、Ⅱ效和Ⅲ效的加热器顶部封头布膜器，各效换热器碱液进口。装置运行时，液位一旦出现较大波动，沉积的碳化物就会被冲击出来，50%碱中则会出现较多机械杂质。

3.1.2 解决措施

(1)每次停车时，对原液碱槽、各效蒸发器等杂质沉积部位进行清洗，再次开车后质量能较快合格。

(2)在产品冷却器后部设置布袋式过滤器。但在实际运行中，开车前期50%碱杂质较多时，杂质过滤器不适用，较多细小杂质颗粒会穿透滤袋，且滤袋杂质附着过多时，运行压力升高，起不到拦阻作用。后期50%碱杂质较少时，一台过滤器更换新滤袋后，运行时间基本只能维持24 h，运行压力升高，杂质反而会穿透滤袋。

重庆映天辉采取的措施是：在罐区设2个50%碱成品槽。其中一个成品槽用来存放品质好的碱液，这个槽不出货时，且碱液中杂质较少能用过滤器拦截时，碱液经过过滤器，进入该碱槽后静置得到质量较好的50%碱；品质不好时，50%碱液就进另外一个成品槽。

3.2 液位波动问题

液位波动主要受各效加热器布膜情况及蒸发压力影响。各效加热器布膜不均，碱液在加热器受热不均匀，蒸汽压力、流量随之不稳定，液位出现波动。出现这类问题主要是各效加热器顶部布膜器脱落或换热器泄漏。

(1)布膜器安装时直接插入列管中，靠二者管壁摩擦力固定，遇较大外力时易脱落。在初期运行时液位波动较大，利用检修机会拆开加热器封头，发现布膜器出现松动，造成加热器布膜不均匀，最终造成液位不稳定。首先尝试使用胀管器胀管，因布膜器材质较硬，工作难度大而放弃；现采用布膜器缠绕聚四氟乙烯生料带后再插入列管，使用后基本杜绝了布膜器脱落情况。

(2)Ⅰ效二段预热器和Ⅰ效加热器泄漏。

某一时间段，各效液位波动大，尤其以Ⅰ、Ⅱ效最为明显，液位难以控制平稳，导致产品质量不合格，现场Ⅰ效二段预热器碱液进口管道抖动大，甚至Ⅰ效冷凝水不能建立有效液位。停车后，检查Ⅰ效二段预热器，发现列管泄漏，运行时因壳程冷凝水压力高于管程碱液压力，冷凝水串入碱液中，导致碱液浓度低，液位波动大。临时堵管后，恢复正常运行；已更换1台预热器。

后来，又出现Ⅰ效蒸发器压力高于正常运行压力(约超20%)，Ⅰ效碱液温度比正常运行时高5 ℃，一次蒸汽耗量增加1 t/h；还出现不能提升负荷的情况。在停车过程中，发现一次蒸汽压力与Ⅰ效蒸发器压力一致(平压)。试漏发现一根列管泄漏，蒸汽进入管程，混入碱液中，大量蒸汽做无用功，无法提升负荷。临时堵管后，恢复正常运行。

出现泄漏的原因主要是设备材质问题，因此，在烧碱蒸发装置建设选材时，应选择耐高温、耐高浓度碱液腐蚀的材料，确保蒸发装置长周期运行。

4 结语

重庆映天辉烧碱蒸发装置采用了先进的技术，整体运行平稳；在设备材质上提醒我们应选择耐高温、耐高浓度碱液腐蚀的材料，进一步提高装置的运行稳定性。