蒸发设备再利用技术改造

张艳惠

(河南神马氯碱发展有限责任公司，河南 平顶山 467000)

河南神马氯碱发展有限责任公司(以下简称“神马氯碱发展”)具有30万t/a离子膜法烧碱和30万t/a PVC装置。为全面贯彻落实节能降耗工作精神，神马氯碱发展多措并举，力争以最小的资源损耗和最低的环境破坏换取最大的经济效益和社会效益，从而促进氯碱行业持续、迅速、稳定发展。

神马氯碱下属子公司新乡正华面临资产重组，5万t/a钾碱蒸发设备技术先进可靠，自动化程度高，设备材质为贵金属。本着节约资源、深度挖潜的宗旨，将该生产设备应用于神马氯碱发展的现有烧碱装置上。通过对设备进行局部改造，提高生产效率和设备的再利用率，从而达到降低能源消耗的目的。

1 装置利旧的可行性分析

蒸发和冷却是碱液浓缩过程中最重要的化工单元[1]，蒸发装置的性能对于整个装置的产品质量、生产能力和消耗定额等都具有重大的影响。三效蒸发设备投资费用较大,如果将新乡正华闲置浓缩碱设备再利用，势必能以最少的投资完成项目建设，实现资源再利用的同时，为公司创造效益。

神马氯碱发展离子膜法烧碱质量分数为32%，通过三效降膜逆流蒸发浓缩，将32%烧碱溶液质量分数提升至50%，同样1 t折100%烧碱，32%的烧碱溶液与50%的烧碱溶液质量相差1 125 kg，碱液由32%浓缩到50%，直接降低了烧碱的运输成本。为了满足市场需要,扩大销售半径，降低运输费用，提高烧碱储存量，抵抗市场风险，并有效利用闲置蒸发碱设备，增加50%离子膜烧碱品种是十分必要的。

利旧设备是采用原5万t/a氢氧化钾(折100%)蒸发装置。该钾碱蒸发装置于2011年投产，运行4年后停产，整套装置处于保护闲置状态。装置采用三效逆流蒸发工艺，钾碱质量分数由32%提升至50%，运行时生产1 t 50%钾碱(折100%)消耗0.7～0.9 MPa的蒸汽530～550 kg。该技术先进可靠，自动化程度高，设备材质为贵金属，用于蒸发烧碱技术可行。

在位置选择上，神马氯碱发展原膜法脱硝生产框架楼层间距、建筑面积及原料、产品的运输储存等条件均符合装置布置要求。

2 项目主要实施内容

该项目分为两期建设。一期项目整套蒸发装置占地面积16 m×13 m，为4层框架，利用原新乡正华闲置碱液蒸发装置，放置在神马氯碱发展原脱硝框架区域。将整套闲置碱液蒸发装置全部拆除利旧再安装，以节约管道成本。拆除酸罐区多余的稀硫酸及浓硫酸储罐，在其位置新增2台浓缩碱成品储罐，并增设围堰将其与其他酸罐隔开。随后根据浓缩碱市场情况计划进行二期扩建项目。

3 项目技术方案

5万t/a 50%钠碱蒸发装置采用三效逆流[2]、真空蒸发工艺，其优势在于蒸发效率高、蒸汽消耗低。

3.1 三效逆流工艺

逆流工艺即碱液的流向与加热蒸汽的流向相反。碱液从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，最后从Ⅰ效蒸发器出来；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大时碱液的温度也升高，因此各效黏度相差不至于太大，物料流动性好，各效传热系数都保持在一个较高的水平。

3.2 真空蒸发

Ⅲ效蒸发器内真空度较高，真空蒸发的优点：①降低蒸发碱液的沸点，使碱液能在较低的温度下蒸发;②大大提高整个蒸发系统的温差，即提高整个蒸发系统的推动力，蒸发系统温差的提高对沸点升高较大的碱液蒸发非常有利。

3.3 5台板式换热器回收热能

在蒸发系统设置了5台板式换热器，用于回收高温碱液和蒸汽冷凝水的热能，进一步提高蒸发系统的热能利用率，相应也就降低了蒸汽的消耗和运行成本。

3.4 高效能减温器

蒸发系统设置了3台减温器，将蒸发罐出来的二次过热蒸汽降到饱和温度状态后，送下一效加热器加热碱液，大大提高了传热效率和整个蒸发系统的蒸发效率。

3.5 分体管式降膜蒸发技术

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，碱泵送来的碱液先进入加热器，在加热器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布到加热器的整个截面，促使碱液沿着加热器每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，一起由换热器底部出来进入蒸发罐内。沸点状态的碱液在蒸发罐里扩容降温而进一步产生强烈蒸发，蒸发罐产生的二次蒸汽通过上部汽液分离装置除去液沫后从顶部出去，进下一效的加热器壳程加热碱液；闪蒸后的碱液从底部出来后进前一效的加热器的管程。这样在一个单效的蒸发器中的蒸发过程就完成了。

4 运行过程中的生产技术控制

原利旧生产装置是用于蒸发钾碱，钾碱化学性质和氢氧化钠相似，具有强碱性及腐蚀性。两者在水中的溶解度随温度升高而增大，在50 ℃左右时，两者的溶解度较接近，约为145 g。当温度高于50 ℃时，氢氧化钠溶解度明显高于氢氧化钾；而低于50 ℃时，氢氧化钠结晶较易析出。

在装置改造完成投用之后，由于现有生产系统蒸汽不足及钠碱性能与钾碱性能不同，在实际生产过程中遇到过一系列的问题，神马氯碱发展技术人员通过分析，调整技术方案进行了及时解决。

4.1 蒸汽不足，成品碱浓度偏低

原工艺设计蒸汽压力为0.7～0.9 MPa，实际生产过程中，蒸汽压力只能达到0.5～0.6 MPa。

装置在1月份投产，外界温度偏低，把碱液流量降至9 m3/h后，成品碱质量分数仅达到46%～48%。

通过不断优化指标，在夏季，碱液流量控制至11 m3/h，成品碱质量分数可保持在47.5%～49%，产品质量符合标准要求。

降低流量后，每天生产50%烧碱溶液135 t(折100%)，年产量可达4.5万t左右。

4.2 管道结晶

碱液蒸发过程中极易出现管道结晶。针对浓缩碱装置出现的Ⅰ效二段冷凝器后管道易结晶的情况进行分析，发现出Ⅰ效蒸发器后碱液浓度过高，接近50%，天气寒冷时，通过向管道通热水保温可减少结晶。另外,控制各效蒸发器内压力差保持合理压降，保证碱液管道畅通，避免串气造成碱液不循环而引起碱液结晶。定期对浓缩碱系统停车置换也可减少管道结晶。

4.3 Ⅲ效蒸发器真空度低

在设备试运行期间，多次出现Ⅲ效蒸发器内真空度不足，造成Ⅲ效蒸发罐液位偏低，极易发生“干蒸”情况，影响设备的使用寿命；此外，真空度不足也会造成碱液浓度分布不均，使部分浓度高的碱液析出，造成管道结晶。

该项目中，Ⅲ效蒸发罐由蒸汽冷凝器内的蒸汽冷凝产生不凝气，通过水环式真空泵将不凝气从系统内抽走来维持真空。而Ⅱ效冷凝水罐与Ⅲ效加热器之间通过一个大的U形弯来保证压力降。当Ⅱ效冷凝水罐液位调节自控阀TV-07灵敏度不够时，极易造成Ⅱ效冷凝水罐液位抽空，导致Ⅲ效加热器与Ⅱ效加热器串气，造成Ⅲ效加热器真空度降低。

为控制Ⅲ效加热器内真空度，通过调节自控阀定位器，避免TV-07自控阀不灵敏情况的发生，及时解决了此问题，Ⅲ效真空度达到0.095 MPa。

5 结语

5万t/a氢氧化钠(折100%)蒸发项目通过利用闲置钾碱蒸发装置，项目投入资金少，工期短，对生产过程进行控制，成功生产出合格的产品。项目建成后，每天约生产50%氢氧化钠270 t，质量分数达到47.5%～49%，产品质量合格，蒸汽消耗低，为客户节约了运费成本，符合项目实施初衷。从长远利益来看，有效利用了闲置蒸发碱装置，盘活了闲置资金，同时提高烧碱存储量，增强了公司应对市场风险的能力。