翟記川,常淑霞
(1.邢臺(tái)礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司,河北 邢臺(tái) 055150;2.河北邢礦硅業(yè)科技有限公司,河北 邢臺(tái) 055150)
河北邢礦硅業(yè)科技有限公司 (以下簡(jiǎn)稱邢礦硅業(yè)公司)采用改良西門(mén)子法生產(chǎn)三氯氫硅,合成裝置采用大型流化床反應(yīng)器,單臺(tái)年生產(chǎn)能力可達(dá)1.5萬(wàn)t。大型流化床反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)是,流化床頂部為直徑擴(kuò)大段(氣固分離段),上設(shè)出料口,中部圓柱形筒體為反應(yīng)段,下部設(shè)有硅粉加料口,底部為錐形下封頭,上設(shè)氯化氫入口,中部筒體與底部錐體之間由法蘭連接,并設(shè)有布風(fēng)板,高速的氯化氫氣體由流化床底部進(jìn)入,經(jīng)布風(fēng)板均勻分布后,將布風(fēng)板上部的硅粉吹起,產(chǎn)生流化效果。
流化床反應(yīng)器中部筒體壁外分布大量蛇形管道,保證流化床反應(yīng)段邊緣與內(nèi)部反應(yīng)溫度一致。流化床內(nèi)部分布85根指形管,指形管通過(guò)抱箍統(tǒng)一固定,從擴(kuò)大段一直延伸到反應(yīng)段底部,用于流化床各個(gè)床層溫度的調(diào)節(jié)。蛇形管與指形管內(nèi)均有導(dǎo)熱油循環(huán),并與廢熱鍋爐等設(shè)備構(gòu)成導(dǎo)熱油循環(huán)系統(tǒng)。
在流化床反應(yīng)器正常工作時(shí),氯化氫氣體經(jīng)過(guò)布風(fēng)板將硅粉吹起達(dá)到高速流化狀態(tài),高速流化態(tài)的硅粉對(duì)指形管形成強(qiáng)力沖刷,使用不到1個(gè)月,便出現(xiàn)指形管破損漏油現(xiàn)象,對(duì)產(chǎn)品造成污染,產(chǎn)生火災(zāi)隱患,嚴(yán)重影響生產(chǎn)安全穩(wěn)定。
為解決指形管漏油問(wèn)題,邢礦硅業(yè)公司成立了“延長(zhǎng)流化床反應(yīng)器使用時(shí)間攻關(guān)小組”,對(duì)流化床內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改造,并制定了漏油監(jiān)測(cè)方案,實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)周期連續(xù)、安全、穩(wěn)定生產(chǎn)。
通過(guò)對(duì)使用一段時(shí)間后的指形管壁厚進(jìn)行測(cè)量、分析,發(fā)現(xiàn)處于流化床中心位置的指形管(1-19號(hào))磨損比較嚴(yán)重,且破損位置多為抱箍附近。由此找出造成指形管磨破漏油的主要原因?yàn)?,流化床?nèi)氣流分布不均勻,產(chǎn)生局部渦流,對(duì)指形管局部造成強(qiáng)力沖刷。主要從以下5方面進(jìn)行了工藝改進(jìn)。
通過(guò)對(duì)氣體流速、布風(fēng)板開(kāi)孔率進(jìn)行計(jì)算[1],對(duì)所有出氣孔增設(shè)了布風(fēng)帽,布風(fēng)帽上的開(kāi)孔數(shù)量及方向隨位置改變,中心位置開(kāi)孔少,邊緣位置開(kāi)孔多,達(dá)到以下效果。
(1)增加了布風(fēng)板邊緣氣流通過(guò)孔洞,減小了中心部分通過(guò)孔洞,改變了布風(fēng)板出氣口的噴氣方向,確保物料在分布板上均勻流化。
(2)延長(zhǎng)了出氣孔的高度,避免布風(fēng)板上積累的硅粉將出氣口堵塞,利于系統(tǒng)壓力控制,增強(qiáng)流化效果。
依據(jù)壁厚測(cè)量數(shù)據(jù),對(duì)中間位置易于磨損的指形管,在其外部增設(shè)耐磨套管(套管壁厚為5 mm),并根據(jù)實(shí)際磨損情況確定耐磨套管的高度。該方法使指形管耐磨周期延長(zhǎng),但指形管的換熱效果有所降低,需根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整工藝參數(shù)。
指形管因磨損發(fā)生漏油后,需對(duì)流化床反應(yīng)器采取降溫、反壓導(dǎo)熱油、吊裝、壁厚檢測(cè)、修補(bǔ)指形管、安裝等措施,整個(gè)過(guò)程歷時(shí)較長(zhǎng),為了實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn),提出了制作備用指形管方案。備用指形管在原指形管的基礎(chǔ)上,主要進(jìn)行了以下改進(jìn)。
(1)將指形管壁厚由5 mm增加至6 mm;
(2)相對(duì)于原指形管,減少12根指形管,更有利于增強(qiáng)內(nèi)部流化效果;
(3)在每根指形管磨損嚴(yán)重區(qū)域(抱箍附近)噴涂耐磨涂層,經(jīng)過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn),鎳鉻合金在流化床合成爐內(nèi)的工況下具有較強(qiáng)的耐磨性;
(4)加長(zhǎng)原指形。
流化床反應(yīng)器內(nèi)夾帶著大量硅粉的氣流沿著指形管管壁高速運(yùn)行,當(dāng)遇到管箍或耐磨套管邊緣時(shí),部分氣流改變方向,引起局部渦流。局部渦流區(qū)域?qū)χ感喂艿臎_擊力來(lái)自于管道的非平行方向,對(duì)指形管的磨損特別嚴(yán)重。
根據(jù)渦流產(chǎn)生的原因,將管箍與套管邊緣制作成平滑過(guò)渡,避免了直徑突變,將渦流降至最低限度。
指形管在流化床合成爐內(nèi)依靠抱箍進(jìn)行固定,為避免熱脹冷縮,抱箍與指形管之間存在一定的間隙。當(dāng)指形管處于高速流化的氣體中時(shí),最下部抱箍與指形管之間發(fā)生摩擦,也嚴(yán)重影響指形管的使用壽命。因此,將下部抱箍去除后,將1~7號(hào)指形管使用扁鐵焊接,將帶套管的指形管連成整體,以緩解指形管與抱箍之間的摩擦。
流化床正常運(yùn)行過(guò)程中,為避免指形管漏油帶來(lái)的巨大損失,提出以下2種漏油監(jiān)測(cè)方案。
(1)密切監(jiān)測(cè)熱油膨脹槽液位。熱油膨脹槽與導(dǎo)熱油運(yùn)行系統(tǒng)相連,如果指形管漏油,熱油膨脹槽的液位則會(huì)相應(yīng)降低,因此,可通過(guò)觀測(cè)熱油膨脹槽液位判斷指形管是否漏油。
(2)定期觀察集塵罐排出的硅塵。若指形管發(fā)生漏油,合成氣會(huì)將泄漏的導(dǎo)熱油與部分硅塵帶到三氯氫硅合成后系統(tǒng),硅塵被過(guò)濾后進(jìn)入硅塵集塵罐。因此,定期對(duì)集塵罐中的硅塵進(jìn)行取樣觀測(cè)便可得知指形管是否漏油。
(1)對(duì)分布板進(jìn)行改造后,優(yōu)化了流化床內(nèi)的流化效果,一方面,減輕了中心位置指形管的磨損;另一方面,實(shí)現(xiàn)了流化床內(nèi)各床層溫度的一致,提高了粗品收率,粗品收率由改造前的88%提高至90%。
(2)有效避免了局部渦流并加強(qiáng)了易磨損區(qū)的保護(hù),指形管的使用壽命由改造前的20天延長(zhǎng)3個(gè)月。降低了流化床維修費(fèi)用、導(dǎo)熱油、硅粉等的消耗,降低了生產(chǎn)成本。
(3)通過(guò)采用備用指形管,實(shí)現(xiàn)了連續(xù)生產(chǎn)。
(4)通過(guò)嚴(yán)格漏油監(jiān)測(cè),有效避免了安全隱患。
[1]杜龍.氣體分布板對(duì)三氯氫硅合成的影響.氯堿工業(yè),2011(7):26-27.