王陸軍，戴 建

（新浦化學(xué)（泰興）有限公司，江蘇 泰興 225400）

新浦化學(xué)（泰興）有限公司（以下簡(jiǎn)稱“新浦化學(xué)”）是新加坡新浦化學(xué)私人有限公司全資子公司，成立于1995年12月30日。經(jīng)過(guò)七次擴(kuò)建，新浦化學(xué)離子膜燒堿裝置產(chǎn)能達(dá)到75萬(wàn)t/a。為響應(yīng)低碳號(hào)召，實(shí)施能源消耗替換，淘汰能耗高的一期單極槽和二三期強(qiáng)制循環(huán)復(fù)極槽燒堿裝置，七期新建15萬(wàn)t/a燒堿裝置于2021年5月順利投產(chǎn)。從四期擴(kuò)建至六期擴(kuò)建，同步淘汰一二三期二效蒸發(fā)裝置和固堿裝置，分別新建了1套木村化機(jī)20萬(wàn)t/a蒸發(fā)裝置、1套瑞士博特20萬(wàn)t/a蒸發(fā)裝置、1套瑞士博特40萬(wàn)t/a蒸發(fā)裝置，共計(jì)80萬(wàn)t/a堿蒸發(fā)裝置。燒堿蒸發(fā)工序中，蒸發(fā)器、換熱器和堿管線在高溫、高腐蝕工況下運(yùn)行，裝置運(yùn)行5年后極易出現(xiàn)腐蝕泄漏，導(dǎo)致蒸發(fā)裝置出現(xiàn)堿外泄漏污染、設(shè)備內(nèi)泄漏導(dǎo)致蒸汽冷凝水顯堿性、蒸汽消耗升高、蒸發(fā)成品濃度不合格、不能達(dá)到設(shè)計(jì)產(chǎn)能等一系列問題。如何保證蒸發(fā)裝置穩(wěn)定、低能耗運(yùn)行，成為重點(diǎn)攻關(guān)的課題。

1 蒸發(fā)運(yùn)行影響因素

1.1 蒸發(fā)溫度

外界送來(lái)的蒸汽是堿液蒸發(fā)的主要熱源，其溫度高低直接影響到蒸發(fā)負(fù)荷及產(chǎn)品的濃度。在其他條件不變的情況下，較高的蒸汽溫度會(huì)使系統(tǒng)獲得較大的溫差，單位時(shí)間內(nèi)傳遞的熱量也相應(yīng)增加，裝置有較大的生產(chǎn)能力。正常生產(chǎn)中，需保持適宜的蒸汽溫度及蒸汽壓力。蒸汽溫度過(guò)高容易使加熱管內(nèi)堿液溫度上升過(guò)快，形成氣膜，降低傳熱系數(shù)[1]。溫度過(guò)低，堿液不能達(dá)到所需溫度，蒸發(fā)量降低，產(chǎn)品濃度降低，導(dǎo)致產(chǎn)品不合格。

從一效蒸發(fā)器塔釜出來(lái)堿液的濃度與溫度及二次蒸汽壓力有密切關(guān)系，溫度越高堿液濃度越高，而堿液溫度和二次蒸汽壓力與外界送來(lái)的蒸汽和系統(tǒng)的真空度有關(guān)。當(dāng)外界送來(lái)的蒸汽溫度和壓力不足或者系統(tǒng)真空度不足時(shí)堿液濃縮產(chǎn)生的二次蒸汽量越少，即蒸出堿液中的水量少，生產(chǎn)出的堿濃度便會(huì)降低。

隨著負(fù)荷的增加，需要加大蒸汽調(diào)節(jié)閥開度來(lái)增加蒸汽壓力和蒸汽溫度（見表1），關(guān)小真空系統(tǒng)的補(bǔ)氣閥，來(lái)保證系統(tǒng)的真空度，反之亦然。

表1 不同投料的蒸汽閥門開度與蒸發(fā)溫度

1.2 蒸發(fā)壓力

真空度是蒸發(fā)過(guò)程中提高蒸發(fā)能力的重要途徑，也是降低汽耗的重要方法。適當(dāng)提高真空度，將二次蒸汽的飽和溫度降低從而提高有效的溫度差，充分利用了熱源，使蒸汽消耗降低。真空度的高低與大氣冷凝器的下水溫度有關(guān)（該溫度下的飽和蒸氣壓），也與二次蒸汽中的不凝氣含量有關(guān)。不凝性氣體的沸點(diǎn)較低，不易液化。如果在三效逆流降膜蒸發(fā)裝置中存在不凝性氣體，則會(huì)增加真空泵的負(fù)荷、影響系統(tǒng)真空度。蒸汽（包括二次蒸汽）中的不凝性氣體對(duì)系統(tǒng)的傳熱效率影響很大。蒸氣冷凝是相變過(guò)程，其對(duì)流傳熱（膜）系數(shù)很大，含有1%的不凝氣，蒸汽冷凝給熱系數(shù)降低50%左右，因此應(yīng)盡可能地減少帶入系統(tǒng)的不凝性氣體的量，并及時(shí)排除系統(tǒng)內(nèi)的不凝氣，見表2。

表2 蒸汽中不凝氣體對(duì)給熱系數(shù)的影響

1.3 蒸發(fā)器液位

在蒸發(fā)過(guò)程中液位過(guò)高時(shí)蒸發(fā)量下降，會(huì)引起溶液沸點(diǎn)升高，有效溫差減小，蒸發(fā)能力減弱；相反，蒸發(fā)器的液位過(guò)低，蒸發(fā)過(guò)于劇烈，會(huì)使二次汽夾帶的堿液量幾何式變大。因此，保證蒸發(fā)過(guò)程中每個(gè)蒸發(fā)器的塔釜液位穩(wěn)定，保持液位的平衡狀態(tài)[2]，才能保證蒸發(fā)器的壓力和蒸發(fā)速率。

1.4 冷凝水溫度

蒸發(fā)系統(tǒng)二次蒸汽的冷卻效率取決于冷卻器的傳熱系數(shù)、換熱面積和冷卻水溫度。理想狀況下，冷凝水溫度等于循環(huán)水的回水溫度，實(shí)際情況下冷凝水溫度要比循環(huán)水的回水溫度高6～15℃。水的飽和蒸氣壓是隨著水溫升高而增大的，所以排出的冷凝水的溫度越低，水的飽和蒸氣壓越低，可能達(dá)到的真空度就越大，見表3。

表3 冷凝水溫度與可能達(dá)到的最大真空度的關(guān)系

循環(huán)水系統(tǒng)冷卻上水的溫度一般控制在20～35℃，循環(huán)回水的溫度一般在25～45℃，蒸發(fā)系統(tǒng)的冷凝水溫度一般在35～50℃，夏季一般情況下蒸發(fā)系統(tǒng)的真空相對(duì)會(huì)差些，對(duì)裝置滿負(fù)荷生產(chǎn)是個(gè)挑戰(zhàn)。有條件或有必要的企業(yè)，可以在夏季使用冷凍機(jī)組的冷水作為蒸發(fā)的循環(huán)冷卻水，保證表面冷凝器的冷卻效果。由于循環(huán)水涼水塔是敞開式系統(tǒng)，循環(huán)水系統(tǒng)中會(huì)夾帶泥沙，垢層或泥沙都會(huì)導(dǎo)致表面冷卻器傳熱系數(shù)降低、流通面積減小，降低表面冷卻器的冷卻效率；另外，氯堿蒸發(fā)因使用氯堿的公共循環(huán)水系統(tǒng)，可能會(huì)有局部的燒堿換熱器內(nèi)漏導(dǎo)致堿進(jìn)入循環(huán)水系統(tǒng)，循環(huán)水質(zhì)變差，換熱器結(jié)垢嚴(yán)重，影響換熱效果。

2 優(yōu)化控制

2.1 提高傳熱溫差

提高傳熱溫差有兩種方法，一種是提高加熱蒸汽的溫度，即用較高壓力的飽和蒸氣；另一種是降低一效冷凝器的飽和蒸氣溫度，即盡可能降低真空。

實(shí)際生產(chǎn)中，蒸汽壓力受到企業(yè)或園區(qū)供汽的限制，供應(yīng)的蒸汽壓力一般不會(huì)超過(guò)1.15 MPa，通過(guò)試驗(yàn)證明（見表4），在較高供汽壓力下，蒸發(fā)效率最高，沒有產(chǎn)生因蒸汽溫度過(guò)高、蒸發(fā)過(guò)量產(chǎn)生氣膜導(dǎo)致傳熱效果變差；蒸汽壓力低于0.80 MPa，蒸發(fā)系統(tǒng)會(huì)因蒸發(fā)量不足，明顯出現(xiàn)堿濃度降低不達(dá)標(biāo)的情況，同時(shí)會(huì)出現(xiàn)塔釜液位上升的現(xiàn)象。

表4 蒸汽壓力對(duì)負(fù)荷、濃度的影響

另外，如果改變一效蒸發(fā)器操作壓力，其對(duì)蒸汽消耗會(huì)有顯著變化。在低壓力、低蒸發(fā)器出口堿溫的情況下，冷凝液及49%燒堿的熱量能夠得到更為充分的回收利用，能夠降低蒸汽消耗。如果一效的堿溫降低，那么總溫差將會(huì)變大。換熱推動(dòng)力增大，裝置的產(chǎn)能得到提高。系統(tǒng)運(yùn)行溫度降低，延長(zhǎng)了設(shè)備使用壽命[3]。

根據(jù)瑞士博特提供的堿液溫度-壓力曲線能夠看出，一效壓力達(dá)到0.007 MPa時(shí)，一效蒸發(fā)器內(nèi)堿濃度即可達(dá)到37.0%。

2.1.1 保證蒸汽的壓力和溫度

為保證蒸汽壓力和溫度穩(wěn)定供應(yīng)，在電廠到公司1.0 MPa蒸汽管網(wǎng)處使用減溫減壓裝置，保證蒸汽管網(wǎng)壓力在0.90～1.15 MPa，溫度控制在160～180℃。進(jìn)入蒸發(fā)裝置的蒸汽采用自動(dòng)調(diào)節(jié)閥與三效溫度設(shè)定自動(dòng)控制，三效出口的堿濃度波動(dòng)范圍＜0.8%。為減少波動(dòng)，提高堿濃度控制的穩(wěn)定性，降低蒸汽消耗，在進(jìn)入氯堿廠的蒸汽主管網(wǎng)上增加蒸汽穩(wěn)壓調(diào)節(jié)閥，進(jìn)入蒸發(fā)裝置前的蒸汽壓力可以控制在0.95～1.12 MPa（進(jìn)入蒸發(fā)器的閥后壓力在0.85～1.05 MPa），進(jìn)入蒸發(fā)裝置的蒸汽采用自動(dòng)調(diào)節(jié)閥與三效出口堿濃度設(shè)定自動(dòng)控制[4]，三效出口的堿濃度波動(dòng)范圍縮小到＜0.5%。

另外，充分利用堿預(yù)熱器將高溫堿與蒸汽冷凝液的能量回收，通過(guò)調(diào)節(jié)進(jìn)入二效蒸發(fā)器堿水換熱器和堿堿換熱器的預(yù)熱堿流量，調(diào)節(jié)進(jìn)入三效蒸發(fā)器堿水換熱器和堿堿換熱器的預(yù)熱堿流量，保證出2臺(tái)堿預(yù)熱器的堿溫基本一致，可以最大化利用高溫堿和蒸汽冷凝水的熱量，減少蒸汽消耗。

2.1.2 保證循環(huán)冷卻水質(zhì)量

為提高真空度，須選用傳熱系數(shù)高且換熱面積足夠的換熱器，實(shí)際工業(yè)運(yùn)行中，為了裝置建設(shè)成本考慮，換熱器的面積按標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)能設(shè)計(jì)，在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行時(shí)存在換熱效果下降，達(dá)不到高負(fù)荷運(yùn)行的要求。一般20萬(wàn)t/a的燒堿蒸發(fā)裝置表面冷凝器的換熱面積為700～850 m2。運(yùn)行中通過(guò)控制循環(huán)水的低溫度（夏季＜34℃，冬季＜26℃），提高循環(huán)水的壓力（0.38 MPa以上）和循環(huán)水流量（600 m3/h以上），確保蒸汽冷凝效果。冷卻水溫度對(duì)負(fù)荷的影響見表5。

表5 冷卻水溫度對(duì)負(fù)荷的影響

通過(guò)表5可知，循環(huán)水溫度＞34℃時(shí)，會(huì)明顯影響蒸發(fā)濃度和負(fù)荷。表面冷凝器在運(yùn)行一段時(shí)間后列管結(jié)垢或循環(huán)水內(nèi)雜質(zhì)沉積，換熱器的傳熱系數(shù)減小，導(dǎo)致冷凝水溫度升高，真空變差。保證循環(huán)水的品質(zhì)才可以保證換熱器冷卻效果。（1）有效排污控制循環(huán)水的雜質(zhì)；（2）游離氯檢測(cè)與殺菌劑加量調(diào)整，防止菌藻生長(zhǎng)；（3）循環(huán)水pH值檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)換熱器內(nèi)漏，防止物料進(jìn)入循環(huán)水系統(tǒng)；（4）利用大修機(jī)會(huì)徹底清理循環(huán)水池內(nèi)污泥；（5）定期清理循環(huán)水過(guò)濾網(wǎng)，減少雜質(zhì)進(jìn)入換熱器列管；（6）每2年左右拆下?lián)Q熱器封頭，使用高壓水清洗表面冷凝器的列管，去除循環(huán)水沉積雜質(zhì)和少量結(jié)垢，保證換熱系數(shù)。

2.2 提高真空度

三效逆流降膜蒸發(fā)系統(tǒng)的真空度是通過(guò)冷卻二次蒸汽，并用真空設(shè)備抽除不凝性氣體得到的。理論上蒸發(fā)系統(tǒng)所能達(dá)到的最大真空度是大氣壓與冷凝水在此溫度下的飽和蒸氣壓之差。因此，確保二次蒸汽的冷卻效率和真空設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)效率是保證蒸發(fā)系統(tǒng)真空度的先決條件。具體措施如下。

（1）選擇合適真空泵

采用真空泵抽吸，保證較高的真空度及其穩(wěn)定性。真空度的高低除與二次蒸汽的冷卻效果有關(guān)，還與二次蒸汽中的不凝氣含量有關(guān)。所以，提高真空度的另一途徑就是最大限度地排除不凝性氣體。排除不凝性氣體通常采用機(jī)械真空泵、蒸汽噴射泵、水噴射泵等。水噴射泵是燒堿蒸發(fā)獲取真空較常用的設(shè)備，但該真空設(shè)施受供水壓力的影響大，很難獲得較高且穩(wěn)定的真空度；蒸汽噴射泵能耗高，且穩(wěn)定性受外網(wǎng)蒸汽壓力波動(dòng)的影響較大；機(jī)械真空泵處理量易于選擇、控制方便、獨(dú)立性好，不受蒸汽或供水壓力的影響。因此新浦化學(xué)選擇機(jī)械真空泵排出不凝性氣體。

（2）保證系統(tǒng)密封性

保證系統(tǒng)密封性，才能保證好的真空。為保證系統(tǒng)的密封性，蒸發(fā)裝置在裝配過(guò)程中或檢修后都要做氣密性試驗(yàn)，但在運(yùn)行中，空氣不可避免地會(huì)少量漏入真空系統(tǒng)。這種泄漏將直接影響裝置運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。因此，定期做氣密性試驗(yàn)（氣密性試驗(yàn)應(yīng)按照正壓和負(fù)壓各做一次），發(fā)現(xiàn)漏點(diǎn)及時(shí)消除。確保系統(tǒng)的密封性是日常工作中應(yīng)注意的問題，一般利用大修期間進(jìn)行查漏，做好預(yù)防性維修。

（3）保證表面冷凝器冷卻效果

保證表面冷凝器具有良好的傳熱效果，將二次蒸汽快速冷卻下來(lái)，從而獲得較大且穩(wěn)定的真空度。保證良好換熱器傳熱效果一般有擴(kuò)展傳熱面積、加大傳熱溫差及提高傳熱系數(shù)等方法。傳熱面積和傳熱溫差在設(shè)備和工藝確定后可以視為常數(shù)，只有傳熱系數(shù)與運(yùn)行管理相關(guān)性最大。表面冷凝器通常采用列管式換熱器，影響其傳熱系數(shù)的因素主要有冷卻水的流量、流速、壓力、水質(zhì)等。為了確保冷卻水的流量、流速、壓力達(dá)到要求，設(shè)置了流量、壓力檢測(cè)。實(shí)際生產(chǎn)中，由于冷卻器傳熱系數(shù)降低、流通面積減小，表面冷凝器的冷卻效率降低導(dǎo)致蒸發(fā)系統(tǒng)達(dá)不到所要求的真空度。因此保證循環(huán)水流量、壓力、水質(zhì)，并對(duì)表面冷凝器定期高壓清洗，可確保表面冷凝器的冷卻效果，保證系統(tǒng)具有較高的真空度。

（4）其他措施

每年在初夏季節(jié)清理機(jī)械真空泵機(jī)組的冷卻器，保證其冷卻效果，提高真空泵的抽氣能力，提高蒸發(fā)系統(tǒng)真空度。機(jī)械真空泵的換熱器冷卻可以由敞開式循環(huán)水冷卻改為閉路冷凍水冷卻，通過(guò)冷凍水冷卻可以改善機(jī)械真空泵換熱器的冷卻效果，將機(jī)械真空泵腔內(nèi)的水氣進(jìn)一步冷凝下來(lái)，提高真空泵的運(yùn)行效率。

最后，蒸發(fā)器運(yùn)行5年后需要利用大修機(jī)會(huì)檢查蒸發(fā)器塔釜二次汽出口除沫器的鎳絲網(wǎng)，清洗鎳絲網(wǎng)內(nèi)的碎屑或者更換破損鎳絲網(wǎng)，減少因鎳絲網(wǎng)腐蝕破損對(duì)堿沫攔截的效果變差后帶堿對(duì)真空的影響。

2.3 控制合適的蒸發(fā)器液位

蒸發(fā)器內(nèi)液位高度的變化會(huì)使靜壓頭的變化，導(dǎo)致蒸發(fā)系統(tǒng)的不穩(wěn)定，在蒸發(fā)過(guò)程中，通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制進(jìn)料壓力穩(wěn)定在0.5 MPa，自動(dòng)控制蒸發(fā)器液位和出料量，通過(guò)調(diào)試（見表6）證明蒸發(fā)器液位控制在45%左右時(shí)，蒸發(fā)裝置運(yùn)行最佳。

表6 蒸發(fā)器液位對(duì)冷凝水電導(dǎo)率的影響

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)實(shí)踐，將循環(huán)冷卻水的上水壓力控制在0.38～0.42 MPa，循環(huán)水溫度控制在20～32℃，一效真空控制在-92 kPa，蒸汽壓力控制在0.95～1.12 MPa，蒸發(fā)器液位控制在45%，裝置運(yùn)行負(fù)荷在60%～85%時(shí)，蒸汽單耗可以控制在470 kg/t以內(nèi)。

三效逆流降膜蒸發(fā)是較為先進(jìn)、成熟的堿濃縮工藝。在工程建設(shè)中做好質(zhì)量跟蹤，嚴(yán)格審查施工質(zhì)量與安裝尺寸，做好機(jī)械、儀表、電氣調(diào)試和相應(yīng)的準(zhǔn)備工作，并在運(yùn)行中通過(guò)優(yōu)化控制指標(biāo)范圍、精心操作，使蒸發(fā)裝置穩(wěn)定、長(zhǎng)周期運(yùn)行。從節(jié)能降耗角度出發(fā)，可以將蒸汽冷凝液回收用于一次鹽水化鹽、鹽酸合成爐和燃?xì)溴仩t的鍋爐補(bǔ)水，或者增加電導(dǎo)率控制后送去純水站作為純水使用，通過(guò)充分利用回收熱能的方法達(dá)到節(jié)能降耗目的。