張術(shù)山,許建平
　　[關(guān)鍵詞] 隔膜堿;蒸發(fā);推料離心機(jī);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(duì)原雙效六體自然循環(huán)蒸發(fā)工藝進(jìn)行了改造。改造后的蒸發(fā)采用了三效順流部分強(qiáng)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(jìn)料、過堿、循環(huán)全都實(shí)現(xiàn)連續(xù)進(jìn)行。離心機(jī)采用推料式離心機(jī)與臥式刮刀離心機(jī)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(guó)仍占主導(dǎo)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(jì)90 年代以來,全國(guó)很多企業(yè)在隔膜堿自動(dòng)控制、離心機(jī)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(jī),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(qiáng)制循環(huán)工藝。經(jīng)過改進(jìn),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(jī)與蒸發(fā)工藝的匹配
　　1997 年我廠購進(jìn)了第1 臺(tái)推料式離心機(jī)（1998 年購進(jìn)了第2 臺(tái)） ,型號(hào)為HR630 - N 型,當(dāng)時(shí)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(jī)廠房相距約50 m ,考慮到臥式刮刀離心機(jī)與推料式離心機(jī)的匹配及推料式離心機(jī)對(duì)物料固液比的要求,確定了如圖1 所示的流程。
　　該流程投運(yùn)后不久,就暴露出如下問題:由于蒸發(fā)主廠房相距較遠(yuǎn),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(jìn)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(jìn)入推料離心機(jī)的堿泥固液比嚴(yán)重失控。離心機(jī)分離過程中經(jīng)常出現(xiàn)“噴鍋”現(xiàn)象,直接導(dǎo)致的后果是推料離心機(jī)振動(dòng),離心機(jī)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(yán)重超標(biāo),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(yùn)后的zui初一段時(shí)間效果良好,約使用了1 個(gè)月又出現(xiàn)了新的問題:一是推料離心機(jī)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(jī)振動(dòng)問題又重新顯現(xiàn)出來。其原因是:由于推料式離心機(jī)堿泥高位槽受廠房高度的限制,設(shè)計(jì)槽體的長(zhǎng)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(jì)不合理,使槽內(nèi)壁結(jié)鹽嚴(yán)重,且隨著時(shí)間的推移,槽內(nèi)壁結(jié)鹽越積越厚,zui后只剩槽中間一個(gè)很小空間,約一個(gè)直徑500 mm 的管道,這樣就失去高位槽的意義。加之離心機(jī)“大洗”或小修時(shí)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(yàn),將以上兩種流程改進(jìn)為如圖3 所示的流程。

　　第2 次工藝流程改進(jìn)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(shí)摻入淡堿做底流, 堿泥的固液比仍時(shí)有波動(dòng)。
　　2000～2001 年,我廠對(duì)隔膜堿蒸發(fā)工藝又進(jìn)行了改造,新工藝采用三效順流Ⅱ、Ⅲ效部分強(qiáng)制循環(huán)工藝?？刂葡到y(tǒng)采用了橫河DCS ,由西安藍(lán)溪公司進(jìn)行了軟件組態(tài)。改造時(shí)將離心機(jī)搬到了蒸發(fā)主廠房,同時(shí)對(duì)離心機(jī)工藝進(jìn)行了完善,調(diào)整為如圖4 所示的工藝流程。

　　改造后離心機(jī)系統(tǒng)趨于穩(wěn)定,母液含固率長(zhǎng)期穩(wěn)定在8 %以下（只有個(gè)別時(shí)段超過12 %） ,離心機(jī)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(hù)費(fèi)用大幅降低。
2 　控制系統(tǒng)的改進(jìn)
　　改造后的三效順流部分強(qiáng)制循環(huán)工藝進(jìn)料閥、過料閥、循環(huán)閥采用的是模擬量的偏心角行程氣動(dòng)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(guó)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(dòng)調(diào)節(jié)閥,出堿自動(dòng)控制,每班只需人工核對(duì)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(yán)重,每班要用熱水“串頂”20 余次,造成Ⅰ效濃度偏高,質(zhì)量分?jǐn)?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(yán)重,洗效周期不足4 天。同時(shí)Ⅱ效由于“串頂”水的進(jìn)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(shí)還會(huì)低于30 % ,進(jìn)而影響了離心機(jī)工序。
　　根據(jù)以上問題,我們對(duì)調(diào)節(jié)閥的口徑重新進(jìn)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(yán)重,是閥芯過流部位嚴(yán)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(shí)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(jìn)口縮腔,出口擴(kuò)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(jì)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(cè)液位,因此整套裝置實(shí)現(xiàn)了連續(xù)進(jìn)料、連續(xù)過料、連續(xù)自動(dòng)出堿,裝置的自動(dòng)化水平較高。由于液位相對(duì)處于一個(gè)平穩(wěn)狀態(tài),軸流運(yùn)行電流也十分平穩(wěn),從這點(diǎn)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(jìn)
3. 1 　進(jìn)料、過料位置的改變
　　原設(shè)計(jì)進(jìn)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(jìn)料、過料時(shí),內(nèi)部產(chǎn)生劇烈的撞擊聲,蒸發(fā)器振動(dòng)的這種現(xiàn)象,在Ⅰ、Ⅱ效表現(xiàn)zui為突出。經(jīng)分析認(rèn)為, Ⅰ效產(chǎn)生爆破聲是由于淡堿預(yù)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(jìn)入蒸發(fā)室內(nèi)與熱物料迅速激烈對(duì)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(jìn)料口改為蒸發(fā)器U 管進(jìn)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(jìn)后運(yùn)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(duì)生蒸汽和各效二次蒸汽進(jìn)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(jìn)一步得到了提高,同時(shí)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(jìn)的方面
　　淡堿預(yù)熱器面積較小,淡堿預(yù)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(dǎo)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(shí)常還會(huì)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(fù)壓,這樣,一旦Ⅲ效濃度偏低,特別是在洗效完剛開車時(shí)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(dǎo)致過料慢,進(jìn)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(yù)熱,使淡堿預(yù)熱溫度偏低。
　　根據(jù)我廠的情況,建議其它廠家在進(jìn)行Ⅲ效工藝改進(jìn)時(shí),選擇的生蒸汽壓力應(yīng)在0. 75 MPa ,保證Ⅰ效汽室內(nèi)壓力在0. 70 MPa ,同時(shí)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(yīng)外界蒸汽壓力忽高忽低的波動(dòng),特別在冬季,生蒸汽壓力偏低時(shí)*性會(huì)更顯著。同時(shí)又可以提高淡堿的預(yù)熱溫度,達(dá)到沸點(diǎn)或接近沸點(diǎn)進(jìn)料,使Ⅰ效長(zhǎng)期處于物料沸騰狀態(tài)。在已形成事實(shí)的廠家可以考慮用生蒸汽對(duì)淡堿進(jìn)行第3 級(jí)預(yù)熱,也可提高Ⅰ效的能力。
　　總之,三效順流部分強(qiáng)制循環(huán)（ Ⅱ、Ⅲ效雙腿加熱） 工藝應(yīng)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(hù)較復(fù)雜的缺點(diǎn)。自動(dòng)控制連續(xù)自動(dòng)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(yīng)廣泛推廣推料式離心機(jī)應(yīng)用于燒堿蒸發(fā)的鹽堿分離中。