海化纯碱母液蒸馏塔出气系统改造
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摘 要：通过对母液蒸馏塔管线进行改造，将原来的蒸馏并联体系改造为蒸发+冷却两个串联体系，当单台设备出现故障时，仅将该台设备离线，其余设备可以照常进行工作。
关键词：波纹管换热器；母液蒸馏塔；冷却器；氨气分离器；吸收塔
母液蒸馏是纯碱生产的一道重要工序，蒸馏塔塔顶蒸出氨气送入波纹管換热器冷却，经氨气分离器进行气液分离后，汇入氨气总管后在进入吸收塔。蒸馏系统的稳定高效对于生产稳定，蒸汽消耗降低有着极其重要的作用。
1 项目改造背景
山东海化股份有限公司纯碱厂老线重碱车间有7台母液蒸馏塔，每台蒸馏塔与波纹管换热器、氨气分离器串联组成一个小的系统，系统中任一环节出现问题都会导致该系统失效，七个小系统并联又组成整个蒸馏系统，为提高单台设备的出力率，减少因单台设备故障造成的生产能力损失，在2018年大修中，通过对母液蒸馏塔出气系统管线进行改造，将原来的蒸馏并联体系改造为蒸发+冷却两个串联体系，当单台设备出现故障时，仅将该台设备离线，其余设备可以照常进行工作。
2 项目设计内容
2.1 设计依据
①母液蒸馏塔出气系统改造项目试设计任务书；②母液蒸馏塔出气系统改造项目试设计统一规定。
2.2 设计规范
①《石油化工企业设计防火规范》GB50160-2008；②《建筑设计防火规范》GB50016-2014；③《工业金属管道设计规范》GB50316-2000（2008年版）；④《化工工艺设计施工图内容和深度统一规定》HG20519-2009；⑤《化工装置管道布置设计规定》HG/T20549-1998；⑥《钢制管法兰、垫片、紧固件》HG20592～20635-2009；⑦《管架标准图》HG/T21629-1999；⑧《化工设备、管道外防腐设计规范》HG/T20679-2014；⑨《化工企业静电接地设计规程》HG/T20675-19901。
2.3 设计内容概述
现工艺流程为各塔蒸出氨气经对应波纹管换热器换热后进行降温处理后，送至氨气分离器分离水分后，氨气汇至氨气总管然后送吸收塔。一旦该组系统内蒸馏塔或者波纹管出现故障，该组设备立即需要进行停车处理，造成设备工作能力的浪费和生产负荷的减量。
1-5#蒸馏塔为旧设备，冷却器在蒸馏成分西侧；6-7#蒸馏塔为后期扩充产能新加设备，冷却器在厂房东侧。根据现有条件，将1-5#蒸馏塔分为一组，6-7#分为一组。冷却分离系统同样采取此种分组。
原出气为DN700铸铁管件，单塔每小时出气量为35740m3/h，管内气体流速为26m/s，将1-5#蒸馏塔分组后，设备全开时，主管内气体流量达到178700m3/h，在气体流速基本不变的情况下，选用DN1400管道可基本满足条件。6-7#蒸馏塔主管选用DN1000管道。
2.4 管道材质的选择
蒸馏塔出气管线原来为DN700铸铁管件，使用过程中，抗腐蚀能力尚可，因检修时间短，需要提前铺设管线，在大修时完成碰口。蒸馏塔蒸出气体中含有氨气、水、二氧化碳、硫化氢等腐蚀性气体，对管道的抗腐蚀性提出了较高要求。车间对化工常用的几种抗腐蚀较好的材质，进行比选。
考虑到均匀收缩，在各蒸馏塔出气管处加装波纹管补偿器，补偿主管道形变。补偿量由管道中间向两侧逐台加大。
2.5 阀门材质的选定
目前，涉及该介质的阀门我厂及同行业应用最成功的为钛阀，但钛阀价格较高，本项目用阀门口径大、数量多，2507双相不锈钢阀门同等口径价格仅为钛阀的五分之一，因此综合考虑性价比因素，决定选用2507双相不锈钢阀门。双相不锈钢又称“超级”不锈钢，近年来得到改进及广泛应用。2507双相不锈钢主要成分：25Cr-7Ni-4Mo-0.27N，是一种铁素体--奥氏体（双相）不锈钢，它综合了许多铁素体钢和奥氏体钢最有益的性能， 由于该钢铬和钼的含量都很高，因此具有极好的抗点腐蚀，缝隙腐蚀和均匀腐蚀的能力。显微组织保证了该钢具有很高的抗应力腐蚀破裂的能力，而且机械强度也很高，具体情况如下：
2.5.1 抗腐蚀能力双相
①一般腐蚀：SAF 2507的较高的铬及钼含量使其对有机酸如甲酸、乙酸等具有较强的抗整体腐蚀的能力；②晶间腐蚀：SAF 2507较低的碳含量大大地降低了在热处理时晶间中的碳化物沉淀的风险，因此，这个合金具有很强的抵抗与碳化物相关的晶间腐蚀的能力；③应力腐蚀开裂：SAF 2507 的复式结构使其具有较强的抗应力腐蚀开裂的能力。
2.5.2 机械特性
SAF 2507具有很高的耐压强度、冲击强度及较低的热膨胀系数和较高的导热性。这些特性适用于很多结构零件及机械部件SAF 2507冲击强度很高，不宜长期置于高于570℉的温度环境下，这样可能会减弱其韧性。抗拉强度：σb≥730MPa；延伸率：δ≥20%。
选用双相不锈钢，主要还是基于它的性能特点，符合本项目工况条件下，腐蚀机理以及冲刷影响。目前其在尿素及氯碱行业已得到广泛应用，经咨询有关材料方面专家，本次改造阀门选用2507不锈钢材质完全可靠。
2.6 管径的确定
根据中国纯碱工业协会推荐，化学工业出版社出版的《纯碱生产工艺与设备计算》一书要求，氨碱法生产每吨纯碱蒸出氨气约计1787m3，按5台蒸馏塔满负荷，日产约3100t，照此计算单塔每秒蒸出气量=3000t÷ 24h÷3600s÷5台×1787m3/t=12.4m3/S
3 项目改造实施情况
1-5#蒸馏塔塔顶出气DN700不锈钢管向北侧与DN1400总管（使用抱柱支撑固定）碰口，DN1400管线向西向北下降到吸收五楼管廊处，使用DN1400/700三通分别连接1-5#波纹管换热器。6#7#蒸馏塔出气DN700不锈钢管向北向下与DN1000总管碰口，然后使用DN1000/700三通连接6-7#波纹管换热器。蒸馏塔出口及波纹管换热器入口加装阀门及8字盲板。
淡液塔塔顶出气沿厂房南侧立柱向西向下，单独连接淡液塔波纹管。蒸馏塔出气处阀门沿支撑柱两侧延伸一米加装操作平台。
4 项目改造效果
该管道在2018年6月10日投入使用，投入后，因采用分组串联系统后，未出现因单台设备故障，造成相关设备停车待用。设备出力率得到明显提升，蒸馏塔运行时间也可达到最大时长。因管道法兰接口少，泄漏率低，蒸馏塔真空有明显提升。
通过对比可以看到，蒸馏气耗、蒸馏塔中压以及吸收尾气含氧量在6月份系统改造后都有了明显的降低。
5 结束语
通过对母液蒸馏塔出气系统进行改造，可减少管线腐蚀，提高蒸馏真空，减少蒸馏气耗，管线互联后，可有效提高波纹管换热器使用效率，提高换热效率。管线泄漏消除，降低进入吸收系统的氧含量，减少管线内部腐蚀，从而提高产品质量。
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