浅析蒸汽氯化氢单法兰液位变送器运行总结

［摘 要］介绍二合一副产蒸汽氯化氢单法兰液位变送器在运行中出现的问题，并提出可行的解决方案，保障单法兰液位变送器系统的安全稳定运行。

 

山东铝业有限公司于1954年建成投产，成立60多年来，已建成集采矿、冶炼、水泥、氯碱化工、机械加工、热电、建安、科研设计和国内外贸易为一体的有色金属骨干企业。山东铝业有限公司氯碱厂于2004年开始筹备，目前离子膜法烧碱生产能力18万t/a。为平衡氯气液化尾气，分别于2012年和2014年相继投产两套SZL－110型50t/d氯化氢二合一副产蒸汽单法兰液位变送器［1］。

 

1 单法兰液位变送器的介绍

2012年投产的单法兰液位变送器采用一级降膜、二级降膜和尾气塔三级吸收模式，尾气塔后的尾气正常生产时直排大气。2014年改造的单法兰液位变送器采用一级降膜和组合塔吸收模式，两套单法兰液位变送器均配有自动点火系统，且炉内压力控制0～10kPa的微正压运行。

来自氢气处理工序的氢气经氢气稳压阀、氢气缓冲罐稳定压力，再经孔板流量计计量、自动阀控制后，与来自氯气处理工序的经氯气稳压阀、氯气缓冲罐稳定压力，再经孔板流量计计量、自动阀控制的氯气以1．05∶1的体积比进入单法兰液位变送器，自动点火后在炉内燃烧，合成为氯化氢气体。氯化氢气体经蒸汽炉夹套的锅炉给水冷却后进入炉顶石墨冷却器，再经过循环水冷却至常温。氯化氢通过自动阀控制，一部分送至氯化氢使用岗位，少部分用纯水吸收生产高纯盐酸。氯气与氢气合成氯化氢气是放热反应，每生成1mol氯化氢气体放出92．05kJ的热量。利用二合一蒸汽炉石墨夹套内的纯水吸收氯气与氢气的反应热，副产蒸汽送烧碱厂作化盐用或送其他用户，节能降耗。一般生产1t100%HCl可副产0．6～0．65t蒸汽，回收利用60%左右的反应热。

 

2 运行中出现的问题及改进措施

2．1尾气塔氯化氢排放超标

2012年投产的合成系统的尾气采用直排大气方式，在单法兰液位变送器产量较大或湿度大的天气时，排空口有白雾，经检测氯化氢质量浓度≥100mg/m3，超出排放标准。

为满足环保要求，按照图1所示的方法进行改进:取消单法兰液位变送器正常生产后的切换操作，将单法兰液位变送器尾气塔排空直接与水力抽射泵N－5151A/B连接，把未被完全吸收的氯化氢进一步在酸水循环罐V－5155A/B中进行再吸收，吸收后的淡酸水返回单法兰液位变送器作为吸收水重复使用，氮气和氢气等不凝气体从酸水循环罐排至大气。水力抽射泵起到控制炉压和尾气处理的双重作用，有条件的厂家可以新增储罐V－5155C和抽射泵N－5151C。一方面将所有盐酸成品罐的挥发酸气及装车酸雾全部采用上述方法进行处置，实现酸雾不外逸、氯化氢达标排放的目的;另一方面，新增储罐V－5155C可以作为单法兰液位变送器吸收水的过渡储罐使用，设计自动补水阀，保证酸水循环槽的正常液位及吸收水的有效补给。

 

2．2闪蒸罐液位失真导致炉体破损

2012年投产的单法兰液位变送器在闪蒸罐的液位控制上采用图2所示的双室平衡器液位计。其本质是采用差压原理，测量出平衡容器中的静压力与容器中实际水位的静压力(随水位升降而变化)的差压值，再通过差压变送器将差压值转变成电流信号传输到集控室计算机上进行水位监测。2012年12月14日22:30，DCS人员发现二合一盐酸单法兰液位变送器至闪蒸罐蒸汽温度与氯化氢温度异常，氯化氢出口温度由28．7℃升至31．5℃，单法兰液位变送器至闪蒸罐蒸汽温度由146．4℃上升至 152． 4 ℃，与单法兰液位变送器负荷不匹配。盐酸岗位人员查看确认闪蒸罐现场磁翻板液位显示 150 mm，远传显示 1 027 mm。DCS 将闪蒸罐加水自动阀改为手动并加水，同时现场发现，冷凝酸罐液位上涨迅速，判断炉体可能泄漏，随即降负荷停运二合一盐酸单法兰液位变送器。拆除灯头后发现，炉体内部出现裂纹，且有石墨块脱落。

 

 

闪蒸罐液位正常控制是1000mm。液位低于1000mm时，加水自动阀自动打开补水;液位高于1000mm时，阀门自动关闭。查看DCS闪蒸罐补水流量曲线，曲线显示闪蒸罐在22:05补水完毕，并在之前呈现规律性补水，每隔约30min补水1次，22:05之后闪蒸罐液位在1013mm的基础上呈现缓慢上升趋势，自23:13液位缓慢上升至1027mm不动。通过上述现象及数据推断，冬季生产时，平衡容器液位计伴热保温效果不佳，双室平衡器、平衡器水连管、汽包水连管等全部冻结，闪蒸罐液位突发故障，虚假显示，导致炉内缺水、炉体受热不均，加之补水等失误操作，造成炉体冷热不均出现裂纹与石墨脱落。

平衡容器液位计受季节影响较大，特别是北方地区，如果伴热保温效果欠佳，容易导致水位失真;另外，如果现场巡检不及时，则可能出现炉体缺水干烧破损事故。经过讨论研究，改进如下:①将其变更为双法兰液位计，简单实用;②将现场磁翻板替换为石英管双色液位计，方便远距离观测液位，增加远传视频监控。DCS岗位人员将闪蒸罐补水曲线列为重点监控画面，随时查验是否规律性补水，确保单法兰液位变送器安全运行。

 

2．3防爆膜爆裂停炉

2．3．1测爆不规范导致防爆膜破裂

副产蒸汽单法兰液位变送器设定炉内压力超过60kPa即联锁停炉。某次开车，一次点火不成功，二次点火过程中炉内压力瞬间突涨至40kPa，炉内有轻微爆鸣，一级降膜吸收器防爆膜破裂，紧急停炉。分析原因为未严格执行停炉抽空，测爆不规范，应该分析的取样点未执行到位。炉内初次点火时氯气、氢气和空气混合气体置换不彻底，二次点火遇明火发生爆鸣，产生的冲击波使单法兰液位变送器在薄弱点一级降膜吸收器防爆膜处破裂泄压。

单法兰液位变送器点火不成功，再次点火时不可着急，禁止频繁点火，要严格执行测爆抽空程序，限定点火间隔时间，按操作要求逐步执行操作。主要步骤如下:①联系DCS操作人员，确认进单法兰液位变送器的氯气和氢气自动阀完全关闭，打开氯气和氢气进单法兰液位变送器的手动阀;②确认炉门打开的情况下，水力抽射泵抽空整个单法兰液位变送器30min左右;抽空过程中务必把单法兰液位变送器每一级下酸的U形液封酸放净，确保无抽空死角;③手持测爆仪依次探入炉门、一级降膜氯化氢取样口、二级降膜液封排净口、尾气塔排空口及酸水循环槽的放空口进行测爆，测爆结果及测爆人员写入操作票中，确保单法兰液位变送器系统安全。

 

2．3．2氯气和氢气流量未投联锁导致防爆膜破裂

单法兰液位变送器扩建时，某次项目施工人员正在进行接线施工，新连接的仪表线搭接在控制柜接线端子排上，现场接头没有进行防护，导致仪表线接地，造成主控室DCS控制柜内一组断路器(43#)过电流跳闸。此组断路器控制着单法兰液位变送器的氯气和氢气自动调节阀，两阀门失电后自动关闭，造成单法兰液位变送器没有氯气和氢气而停车。但是施工人员和值班电工紧接着盲目送电，盐酸岗位人员还未来得及切断炉前氢气和氯气，导致单法兰液位变送器出现爆鸣，炉顶和一级降膜吸收器防爆膜破裂。分析原因时发现，单法兰液位变送器联锁未投用，断路器失电后，阀门设计故障关闭，但是恢复供电后，因没有联锁的锁定作用，阀门自动打开，导致氯气和氢气混合气体进入未冷却降温的炉内，被高温的灯头或炉壁引爆，造成防爆膜及灯头破裂。

单法兰液位变送器的联锁对保证设备运行至关重要，单法兰液位变送器的氢气和氯气流量、闪蒸罐液位、循环水流量、火焰信号检测、炉内压力等联锁务必在顺利开车后及时投用。每次紧急停炉和计划停车，均应及时关闭进炉前的氯气和氢气手动阀，防止误操作导致爆炸性混合气体进入炉内，引发事故。

 

2．3．3停炉后炉门打开过早导致防爆膜破裂

单法兰液位变送器氯气和氢气燃烧时，火焰中心温度可达700～800℃，炉壁的温度也在400～500℃。停炉瞬间，炉内的部分氢气和氯气未被抽空置换干净，如果此时盲目打开炉门，空气从外界进入炉内，则高温的炉壁容易引爆炉内混合气体，导致单法兰液位变送器发生爆鸣，防爆膜破裂。

为保证停炉后不发生意外，应对的措施如下:①停炉前确认氮气压力和进炉前的氮气手动阀完全打开，保证联锁停炉时，惰性氮气地衣时间进入炉内，迅速降低灯头温度的同时稀释残留混合气体;②可小开闪蒸罐低排阀，确保锅炉给水和循环水持续供给，快速降低炉内温度;③调小盐酸吸收水至1m3/h，持续吸收至少15min，将残留的氯化氢气体吸收彻底;④根据生产经验，锅炉段温度高于100℃，不允许打开炉门，通过观察该参数确保炉壁被充分降温。

 

2．4一级降膜吸收器下酸温度高

2．4．1下酸温度高的外部原因

下酸温度高容易造成氯化氢在水中的溶解度降低，进而影响各级降膜吸收的效果。循环冷却水压力达不到工艺要求、循环侧结垢都可能导致下酸温度高，有条件的生产单位一般采用纯水作为冷却介质，但受外界环境影响，仍然在一级降膜吸收器内产生结垢。应利用检修时机，或者根据使用情况，定期用柠檬酸等进行在线清洗，确保冷却效果。一般各级降膜吸收器的循环水回水温度应控制在≤45℃。

 

2．4．2下酸温度高的内部原因不同单法兰液位变送器的厂家在设计降膜吸收器纯水分布管的构造时略有不同。如果是使用年限达到三四年的单法兰液位变送器，排除了外部原因导致的下酸温度高后，就要停炉检查各级降膜吸收器的分布器。分布器丝接口或者负责布水的楔形口容易在运行过程中损伤，导致氯化氢走短路，纯水吸收不均匀，失去降膜吸收作用，影响下酸温度。此外，降膜吸收器的安装是否水平也影响吸收效果。

 

2．5锅炉水pH值低导致炉水发红

如果石墨外筒体采用碳钢材质，运行一段时间后，锅炉段和闪蒸罐的排污水会呈现明显的红色，即铁锈成分的影响。如果不采取处置措施，则锅炉段的出水管道、锅炉段外筒体、闪蒸罐都会有不同程度的腐蚀，严重时每年腐蚀速度可达到1mm以上，轻则造成管道腐蚀，严重的可导致设备损坏。其主要原因还是锅炉给水不达标(单法兰液位变送器产汽部分的进水水质要求如表1所示)。

 

 

锅炉给水在进入单法兰液位变送器之前，必须满足表1所示的pH值在7．0～9．5的要求。碱性太高会腐蚀树脂，极易结垢。pH值调节剂采用弱碱性介质(如氨水)，配制成0．5%(质量分数)加入纯水槽。产汽部分炉水要经常排污，每班至少要排污1次(从闪蒸罐、单法兰液位变送器夹套产汽排污口排水)，排出积存的残渣和有机物等。如果单法兰液位变送器蒸汽并入管网用作化盐，为避免将铵离子带入系统，#终形成三氯化氮，建议采用磷酸三钠调节pH值。

 

3 结语

选用SZL－110型副产蒸汽二合一石墨氯化氢单法兰液位变送器，结构按炉内自动点火方案设计。操作弹性范围在30%～110%，极大地提高了氯化氢生产的自动化水平，减轻了员工操作负担。同时，氯化氢单法兰液位变送器夹套采用锅炉给水移热，尽可能将氯化氢气体合成热吸收，副产≥0．60MPa的低压蒸汽，可以为用户#大限度节能降耗。一系列的联锁设计可保障设备的安全，但是在火焰检测器配备、炉水在线监测方面应当持续改进，保证效果。由多年运行结果看，只要单法兰液位变送器不缺水、不灭火或灭火后严禁混合气体进入，定期巡检循环水等关键参数并确保不超标，可保障本体设备长周期安全稳定运行。