張術(shù)山,許建平
　　[關(guān)鍵詞] 隔膜堿;蒸發(fā);推料離心機;模擬量調(diào)節(jié)閥;增濕
　　[摘　要] 天津化工廠為滿足10 萬t/ a 隔膜燒堿的生產(chǎn)能力,對原雙效六體自然循環(huán)蒸發(fā)工藝進行了改造。改造后的蒸發(fā)采用了三效順流部分強制循環(huán)工藝?？刂葡到y(tǒng)采用恒河DCS ,調(diào)節(jié)閥采用模擬量調(diào)節(jié)閥,進料、過堿、循環(huán)全都實現(xiàn)連續(xù)進行。離心機采用推料式離心機與臥式刮刀離心機共存的分離工藝。改造中增加了生蒸汽、二次蒸汽去過熱增濕系統(tǒng),使過熱度保持在2 ℃以內(nèi),提高各效的傳熱效率,改造后生產(chǎn)裝置汽耗顯著下降。
　　目前,隔膜法制燒堿工藝在我國仍占主導地位。隔膜堿單效蒸發(fā)、雙效蒸發(fā)工藝已逐漸被三效四體、三效順流及四效逆流、三效逆流新工藝所取代。20 世紀90 年代以來,全國很多企業(yè)在隔膜堿自動控制、離心機工藝的改造上做了大量的工作,而且取得了很好的效果。我廠隔膜堿蒸發(fā)系統(tǒng)于1997 年投用了推料式離心機,2000～2001 年把原來的雙效六體自然循環(huán)工藝改為三效順流部分強制循環(huán)工藝。經(jīng)過改進,蒸發(fā)工藝的穩(wěn)定性得到了提高,燒堿單位成本大幅下降。
1 　推料式離心機與蒸發(fā)工藝的匹配
　　1997 年我廠購進了第1 臺推料式離心機（1998 年購進了第2 臺） ,型號為HR630 - N 型,當時我廠隔膜堿蒸發(fā)的工藝為雙效六體自然循環(huán)工藝。蒸發(fā)主廠房與離心機廠房相距約50 m ,考慮到臥式刮刀離心機與推料式離心機的匹配及推料式離心機對物料固液比的要求,確定了如圖1 所示的流程。
　　該流程投運后不久,就暴露出如下問題:由于蒸發(fā)主廠房相距較遠,在堿泥的輸送過程中,為了防止打鹽泵“鑄泵”現(xiàn)象發(fā)生,在打鹽泵的進口充入部分淡堿液做底流,正是這些淡堿的沖入,造成了二次旋液分離出的物料固液比不均,使進入推料離心機的堿泥固液比嚴重失控。離心機分離過程中經(jīng)常出現(xiàn)“噴鍋”現(xiàn)象,直接導致的后果是推料離心機振動,離心機的傳輸密封及轉(zhuǎn)鼓連接螺栓損壞頻繁。分離出的母液含固率嚴重超標,析出鹽水帶堿不穩(wěn)定。該問題出現(xiàn)后,我們立即將圖1 所示的流程改為如圖2 所示的流程。

　　該流程投運后的zui初一段時間效果良好,約使用了1 個月又出現(xiàn)了新的問題:一是推料離心機堿泥高位槽有跑料現(xiàn)象,二是固液比不均現(xiàn)象發(fā)生頻率逐日提高,離心機振動問題又重新顯現(xiàn)出來。其原因是:由于推料式離心機堿泥高位槽受廠房高度的限制,設(shè)計槽體的長徑比不合理（屬于短粗型） ,而槽底錐角為90°,不利于下料,經(jīng)查與固體鹽堆積角（摩擦角） 的要求相矛盾。由于槽體設(shè)計不合理,使槽內(nèi)壁結(jié)鹽嚴重,且隨著時間的推移,槽內(nèi)壁結(jié)鹽越積越厚,zui后只剩槽中間一個很小空間,約一個直徑500 mm 的管道,這樣就失去高位槽的意義。加之離心機“大洗”或小修時槽內(nèi)仍存有物料,更加劇了鹽的結(jié)晶,因此“跑料”、固液比不均的發(fā)生是必然的。根據(jù)圖1 、2 工藝流程摸索出的經(jīng)驗,將以上兩種流程改進為如圖3 所示的流程。

　　第2 次工藝流程改進后,母液中的含固率由原來的20 %下降到12 %以下,析鹽水合格率顯著提高,但是由于打鹽泵在輸送堿泥時摻入淡堿做底流, 堿泥的固液比仍時有波動。
　　2000～2001 年,我廠對隔膜堿蒸發(fā)工藝又進行了改造,新工藝采用三效順流Ⅱ、Ⅲ效部分強制循環(huán)工藝?？刂葡到y(tǒng)采用了橫河DCS ,由西安藍溪公司進行了軟件組態(tài)。改造時將離心機搬到了蒸發(fā)主廠房,同時對離心機工藝進行了完善,調(diào)整為如圖4 所示的工藝流程。

　　改造后離心機系統(tǒng)趨于穩(wěn)定,母液含固率長期穩(wěn)定在8 %以下（只有個別時段超過12 %） ,離心機檢修頻率顯著下降,過去是日小修、周中修、月大修, 現(xiàn)在是周檢查、月小修、年大修,維護費用大幅降低。
2 　控制系統(tǒng)的改進
　　改造后的三效順流部分強制循環(huán)工藝進料閥、過料閥、循環(huán)閥采用的是模擬量的偏心角行程氣動調(diào)節(jié)閥,工作曲線屬等百分比型。Ⅰ效去Ⅱ效采用自壓過料, Ⅱ、Ⅲ效采用IJ 100 - 65 - 200A 泵采鹽過料循環(huán)。我國的隔膜堿蒸發(fā)過料閥、循環(huán)閥一般都采用的是兩位開關(guān)閥,特別是在生產(chǎn)42 %高濃度燒堿工藝中模擬量調(diào)節(jié)閥還很少采用。蒸汽也采用了壓力自動調(diào)節(jié)閥,出堿自動控制,每班只需人工核對出堿濃度一次。
　　改造后開車不久,“模擬量調(diào)節(jié)閥”就暴露出一些問題。（1） Ⅰ效去Ⅱ效過料閥結(jié)鹽嚴重,每班要用熱水“串頂”20 余次,造成Ⅰ效濃度偏高,質(zhì)量分數(shù)一般在20 %左右。Ⅰ效產(chǎn)生大量結(jié)晶鹽, Ⅰ效汽室結(jié)鹽嚴重,洗效周期不足4 天。同時Ⅱ效由于“串頂”水的進入,濃度又偏稀,使Ⅱ效蒸發(fā)能力表觀上大幅下降,較稀的物料到Ⅲ效又形成漲度慢,卡堿少,反過來影響Ⅰ、Ⅱ效。（2） Ⅱ、Ⅲ效采鹽效果也不理想,采下來的鹽含固率只有40 %～50 % ,有時還會低于30 % ,進而影響了離心機工序。
　　根據(jù)以上問題,我們對調(diào)節(jié)閥的口徑重新進行了核算（閥芯的有效通徑為Φ 45. 2） ,按正常過料量閥體通徑足以滿足工藝要求。后經(jīng)分析, Ⅰ效去Ⅱ 效過料閥堆塞嚴重,是閥芯過流部位嚴重“閃蒸”造成的。Ⅰ效蒸發(fā)室壓力為190～200 kPa , Ⅱ效蒸發(fā)室壓力為10～30 kPa ,有時還要低。這樣大的壓差在自壓過料狀態(tài)下,在調(diào)節(jié)閥進口縮腔,出口擴徑, 局部出現(xiàn)劇烈的“閃蒸”結(jié)鹽是必然的。Ⅱ、Ⅲ效采鹽效果不好,是由于Ⅱ、Ⅲ效形成鹽的顆粒粒徑不同,產(chǎn)生的結(jié)晶鹽量也不同,而且Ⅱ、Ⅲ效內(nèi)料液的粘度也不同,因此Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ效均采用同一規(guī)格通徑的閥顯然不能滿足工藝需要。根據(jù)分析與計算,把Ⅰ效去Ⅱ效過料閥、Ⅱ效過料循環(huán)閥的通徑分別加大為不同的過流通徑,該問題得到了解決。
　　本裝置中調(diào)節(jié)閥采用模擬量調(diào)節(jié)閥,蒸發(fā)罐液位采用了雙法蘭差壓式變送器連續(xù)檢測液位,因此整套裝置實現(xiàn)了連續(xù)進料、連續(xù)過料、連續(xù)自動出堿,裝置的自動化水平較高。由于液位相對處于一個平穩(wěn)狀態(tài),軸流運行電流也十分平穩(wěn),從這點上講,模擬量調(diào)節(jié)優(yōu)于兩位開關(guān)閥。
3 　其它工藝改進
3. 1 　進料、過料位置的改變
　　原設(shè)計進料口、過料口均在蒸發(fā)罐控制液位中心,開車后,蒸發(fā)罐進料、過料時,內(nèi)部產(chǎn)生劇烈的撞擊聲,蒸發(fā)器振動的這種現(xiàn)象,在Ⅰ、Ⅱ效表現(xiàn)zui為突出。經(jīng)分析認為, Ⅰ效產(chǎn)生爆破聲是由于淡堿預熱溫度（約105 ℃） 與蒸發(fā)室內(nèi)物料溫度（140～150 ℃） 溫差過大,冷物料進入蒸發(fā)室內(nèi)與熱物料迅速激烈對流混合而產(chǎn)生的液流、汽流撞擊聲。Ⅲ效是由劇烈的“閃蒸”而產(chǎn)生的爆破聲。解決的方法是,把Ⅰ效的進料口改為蒸發(fā)器U 管進料; Ⅲ效過料口改為軸流泵出口,距離蒸發(fā)器控制液位分別為4 、12 m ,改進后運行效果良好。
3. 2 　采用了增濕系統(tǒng)
　　新裝置采用增濕系統(tǒng),用Ⅰ效產(chǎn)生的冷凝水對生蒸汽和各效二次蒸汽進行增濕。在不增濕的情況下, Ⅰ效的二次蒸汽過熱5～8 ℃, Ⅱ效的二次蒸汽過熱7～10 ℃,生蒸汽一般過熱5～10 ℃。增濕后, 各效的蒸汽溫度控制在高于飽和溫度2 ℃,使各效的傳熱效果進一步得到了提高,同時由于傳熱效率的提高,杜絕了各效冷凝水的尾氣夾帶現(xiàn)象。
4 　仍需改進的方面
　　淡堿預熱器面積較小,淡堿預熱溫度偏低（只有105 ℃） 。我廠的Ⅰ效蒸發(fā)器由于受老廠房結(jié)構(gòu)的限制, Ⅰ效汽室的加熱面積偏小。Ⅰ效320 m2 , Ⅱ 效220 ×2 m2 , Ⅲ效220 ×2 m2 ,各效間面積分配不合理。另外, 我廠蒸汽壓力偏低, 夏季為0. 65 ～ 0. 72 MPa ,冬季為0. 60～0. 68 MPa 。即Ⅰ效汽室內(nèi)的壓力在夏季僅為0. 68 MPa、冬季為0. 64 MPa。加熱室面積分配不合理加上Ⅰ效汽室壓力偏低,直接導致以下問題的發(fā)生:
（1） Ⅰ效的自然循環(huán)速度較慢,蒸發(fā)量不足, Ⅰ 效的二次蒸汽壓力偏低,只有180 kPa （時常還會出現(xiàn)160～170 kPa） 。受母液影響在淡堿濃度稍高的情況下, Ⅰ效汽室易結(jié)鹽,致使洗效周期短或頻繁小洗。
（2） Ⅰ效的二次蒸汽壓力低,不能發(fā)揮Ⅱ、Ⅲ效的蒸發(fā)能力, Ⅱ效的二次蒸汽壓力更低,只有5～20 kPa ,甚至出現(xiàn)負壓,這樣,一旦Ⅲ效濃度偏低,特別是在洗效完剛開車時Ⅲ效濃度漲度極為緩慢。
（3） Ⅰ效去Ⅱ效過料受到影響。Ⅰ效壓力低導致過料慢,進而影響Ⅱ效液位的平穩(wěn)。
（4） Ⅰ效的冷凝水量少,影響淡堿預熱,使淡堿預熱溫度偏低。
　　根據(jù)我廠的情況,建議其它廠家在進行Ⅲ效工藝改進時,選擇的生蒸汽壓力應在0. 75 MPa ,保證Ⅰ效汽室內(nèi)壓力在0. 70 MPa ,同時效間的面積分配建議控制在1∶1. 15∶1. 15 或1∶1∶1 。這樣,既可以保證Ⅰ效蒸發(fā)能力的提高,又可以適應外界蒸汽壓力忽高忽低的波動,特別在冬季,生蒸汽壓力偏低時*性會更顯著。同時又可以提高淡堿的預熱溫度,達到沸點或接近沸點進料,使Ⅰ效長期處于物料沸騰狀態(tài)。在已形成事實的廠家可以考慮用生蒸汽對淡堿進行第3 級預熱,也可提高Ⅰ效的能力。
　　總之,三效順流部分強制循環(huán)（ Ⅱ、Ⅲ效雙腿加熱） 工藝應用于制備42 %堿在技術(shù)上是可行的。采用模擬量調(diào)節(jié)閥有其有利的方面,也有其維護較復雜的缺點。自動控制連續(xù)自動卡堿有利于系統(tǒng)的平穩(wěn)、濃度的均化、軸流電流的平穩(wěn),應廣泛推廣推料式離心機應用于燒堿蒸發(fā)的鹽堿分離中。