氯化氢合成炉运行中故障及改进措施

氯化氢合成炉运行中故障及改进措施

何天1*，高俊1

1.陕西北元化工集团化工分公司设备运维中心 ，陕西 榆林 719319

摘  要  氯化氢是进行聚氯乙烯生产的中间工作，同时有着十分关键的影响作用。而氯化氢合成炉作为氯碱工作开展的重要设施，加强故障的排查与改进，对于安全生产工作至关重要。

关键词  氯化氢合成炉；运行故障；改进措施

在工业生产过程中，氯化氢具有十分重要的应用，而目前我国对氯化氢的合成技术方式也在不断发展与提高，并在各大化工企业得到了广泛的运用，但是却经常出现合成炉爆炸等故障。氯化氢合成炉的故障出现不仅会对设备形成损害，影响生产效率，不利于企业经济经济效益提高；同时故障的发生经常会伴随着严重的人员伤害，因此对职工生命安全形成严重的威胁，更是对职工的精神形成了较大的压力。所以进行氯化氢合成炉运行故障的研究以及改进措施的优化，对于保障合成炉稳定运行以及企业的安全生产，具有重要的现实意义。

1 氯化氢合成炉的工艺简介

陕西北元化工集团有限公司现在一共有24台氯化氢合成炉，包括TQZ-140合成炉9台，单台处理能力为120d/t，副产蒸汽2.0t/h（压力：0.25MPa）；SZL-1600合成炉15台，单台处理能力140d/t，副产蒸汽4.1t/h（压力：0.3-0.6Mpa ）。其材质都是石墨+Q345，并且每台合成炉都配有独立的降膜吸收与尾气吸收系统，用来进行超过31%浓度的高纯盐酸的生产。

在合成炉运行过程中，经过氢气处置程序得到的氢气在经过稳定阀、缓冲罐以及孔板流量计计量管控以后，和同样工序得到的氯气以1.05比1的摩尔比，一同流进合成炉内。经过灯头燃烧之后，就会形成氯化氢气体，然后通过石墨合成炉上部冷却器的冷却到常温状态之后输送至VCM阶段运用。当开炉、停炉或者停止使用HCL气体的时候，就让其形成盐酸，自底部流进储存槽中。生产中一旦出现一些特殊状况，联锁反应装置就会开启联锁操作，停止原料供应，保障合成炉运行的安全。循环水经过高压泵施加压力之后流入高温炉段，而当吸收反应中释放的热量以后，形成热水再经过管道流入汽包，汽化后排出，另外大多数热水则流入循环装置[1]。

图1 氯化氢合成炉工艺流程

2 氯化氢合成炉运行故障及改进措施

2.1 石墨块堵塞

2.1.1运行故障

氯化氢合成炉在经过长时间运转之后，其夹套层中循环水的酸碱度会不断减小，直到水呈现浑浊且变红，并且底端出现很多红色泥状物的时候，就会对石墨块与循环水之间的换热形成干扰。并且如果长期不进行清理的话，就很容易出现合成炉石墨块的堵塞，造成换热不均匀，影响正常生产，并造成石墨块毁坏。

2.1.2 改进措施

因为夹套中循环水会经常受热蒸发，就会导致水浓度逐渐增加，氢离子含量的增加，使得酸碱度减小。并且因为夹套层一般为铁制品，因此水中同时也伴有一些铁离子，长时间的运转使得循环水呈现红色的同时，沉淀淤积就形成红色泥状物沉淀。因此需要在日常工作中每隔三天就进行一次循环水酸碱度的测量，当酸碱度偏低的时候予以更换；同时在氯化氢合成炉底端两侧增加相应的法兰清洗口，便于能够随时打开进行清洗，结合底部沉淀物的情况进行定期的清理[2]。

2.2 视镜结垢

2.2.1运行故障

因为在进入合成炉中的Cl2中通常会带有少量的酸性物质，而H2当中又会带有少量的NaOH，这样当两者同时进入合成炉内燃烧发生化学反应之后，酸性物质与Na+就会附着于合成炉视镜上结垢，不利于对炉内部燃烧情况的查看，影响生产过程的安全性。并且如果情况较为严重的时候，还会造成自动控制系统与操作人员的安全威胁。但是在合成炉运行过程中进行清洗的话，就会干扰正常运转，不利于安全生产。

2.2.2 改进措施

需要对视镜进行经常性的清洗，例如在合成炉视镜附近增加一个自动清洗装置，通过专门的注射清洗装置进行清洗，并且密切关注DCS的变化，把控合成炉内的压力。

2.3氢气弯管腐蚀泄漏

2.3.1运行故障

当H2通过阻火装置之后，就会流入合成炉底部的H2管道。H2管道通常是碳钢材料，上端和灯头相连接。在合成炉当中具有HCl气体、水蒸气以及一些不凝结的气体，而HCl气体与水蒸气反应会生成酸雾，在顶部灯头凝聚产生倒流，逐渐就会对H2管道的焊接处形成腐蚀。腐蚀程度逐渐严重造成泄漏的话，就需要停炉予以修补或换新，因此经常会面临较多人力资源的消耗，并且还存在H2泄露的风险，具有较大的爆炸事故隐患[3]。

2.3.2 改进措施

针对H2管道出现泄漏的情况应当及时进行管道的检查，尽可能将管道材质更换为橡胶材质，并且采用在法兰和弯头的地方分开安装的操作，降低对人力、物力资源的消耗。

2.4 底盘频繁损坏

2.4.1运行故障

氯化氢合成炉的底盘通常每3、4个月就需要更换，当底盘出现破损之后，其内部氯化氢气体就会进入循环水内，并反应生成盐酸，不仅对循环水形成污染，还会干扰整个设备的良好运转。而这种情况经常是因为循环冷却水当中，携带的泥沙在合成炉底端逐渐凝结并堆积，致使底盘循环水通道堵塞，使得内部热量不能及时散发出去，长久下去持续高温的状态，就会对合成炉石墨材料形成损害。

2.4.2 改进措施

针对这种情况就需要对合成炉底盘的进水结构进行优化，将之前循环水垂直流入的方式，改变为一定角度的流入方式，降低因为垂直流入形成的泥沙大量堆积，减轻沉淀堆积的可能性。

3合成炉的维护保养方案

3.1 合成炉日常维护

在氯化氢合成炉的日常维护中，需要每天都对其进行钢套排污操作，避免杂质长期堆积在合成炉底部的造成石墨块的堵塞，影响石墨块良好散热性的同时引发烧毁。同时还应当每隔半个月对合成炉循环水中的含盐量进行检查，避免循环水进入纯水中，造成高温处石墨块的烧毁。

3.2 重点维护部位

针对氯化氢合成炉日常运转中，除了保持一定的日常维护之外，还需要对其重点位置予以着重关注。

首先，要定期性的对其钢套上的15毫米“O”型圈进行换新，这主要是因为合成炉长时间都处在高温的运行状态下，如果长时间的连续工作将会导致其逐渐老化而降低弹性，不能具有良好的密封效果。特别是在冬天炉内外部温差更大，一旦停车的话，“O”型圈密封性的降低就会导致出现严重漏水现象，影响炉内液位稳定，不利于下一次的正常开炉。

其次，要对H2的连通软管以及碳钢弯管的更换，避免由于长时间酸性环境腐蚀出现管道破损，出现氢气泄漏，甚至造成严重的爆炸事故。

此外，要及时查看视镜、炉口以及防爆膜口侧的垫片情况，并进行换新。由于此处垫片一般都是四氟材料制作，尽管能够具有良好的耐高温与抗腐蚀的特点，可是如果长时间处在上千度的超高温环境下，也很可能会出现弹性降低的问题。假如长时间不进行换新的话，开停炉的时候很容易因为温度剧烈变动，而出现炉腔内部积水，对故障归因形成干扰。

再有，还要及时进行合成炉的防爆膜以及视镜的换新，因为防爆膜本身就是本着安全运转的目的，但是因为氯化氢强烈的腐蚀性，长期使用不更换的话，就会出现镜面模糊，无法进行过氯等问题的发现。

最后，就是要及时对合成炉底端Φ1800的橡胶垫和排冷凝酸DN25垫的换新，因为长时间使用会因为老化而出现密封性减弱，导致蒸汽或冷凝酸自灯头处渗漏，形成对炉底盘的腐蚀与损坏。

3.3 解体检修及维护

（1）排查：根据常规检查计划停炉，先不进行纯水排放，进行H2管道灯头等装置拆除以后，到合成炉中进行详细泄露处的查找；

（2）合成炉解体

首先对附属管道和大法兰的螺栓、弹性螺栓的拆除；然后按顺序将闪蒸罐、高温区石墨块、钢套、筒体、底盘等装置放置地面，依次摆放，尤其对于易碎部件要垫上垫片，避免损坏；当吊起放置的时候要尽可能垂直操作，避免损坏石墨块；之后对零部件进行相应的拆卸清晰操作，尤其对于容易渗漏的装置，要进行额外加压侧漏的操作，通常是采用200kpa、不低于30min的压力测试；如果发现泄漏点，就要首先将其烘干，然后使用酚醛树脂浸泡，如果孔壁少量泄露，就采用酚醛树脂泥补漏。一般是在常温24小时静置之后，逐渐进行130-150℃、6-8小时的压力测试。但是如果泄露较为严重的话，就需要进行部件更换；最后需要按照顺序将拆卸的部件进行重新组装，保证密闭处的密封效果，并进行注水测试。

参考文献

[1] 张晓峰，氯化氢合成炉的安全运行措施[J]. 氯碱工业，2020(11)：30-31+34.

[2] 郭永和，氯化氢合成炉故障处理[J].氯碱工业，2019(09)：34-35.

[3] 姚志国，氯化氢合成炉检修总结[J]. 中国氯碱，2021(06)：21-23.

作者介绍：何天，出生于1988年，男，群众，现供职于陕西北元化工集团化工分公司设备运维中心，从事于化工产品检修行业。