【壓縮機(jī)網(wǎng)】氯氣壓縮機(jī)中間冷卻器泄漏的原因有很多，涉及設(shè)備材質(zhì)選擇、設(shè)備加工、設(shè)備安裝、工藝指標(biāo)控制，特別是氯氣含水量的控制及酸霧的控制、氯氣中間冷卻器的冷卻介質(zhì)即循環(huán)水的制備工藝等。本文將從氯氣壓縮機(jī)氯氣處理開(kāi)始介紹，在整個(gè)氯氣處理直至氯氣壓縮后輸送過(guò)程中，各個(gè)過(guò)程安裝及控制對(duì)氯氣中冷器壽命可能造成影響的因素。氯氣的洗滌、冷卻、干燥、除霧、壓縮過(guò)程統(tǒng)稱為氯氣處理，也會(huì)對(duì)氯氣中冷器壽命造成影響。
1、氯氣處理工藝流程簡(jiǎn)介
由離子膜電解槽出來(lái)的溫度約為85-90℃的高溫氯氣，在電解工序通過(guò)鈦列管式換熱器與二次鹽水工序的精制鹽水進(jìn)行換熱，冷凝下來(lái)的氯水流至離子膜電解氯水罐，用氯水泵打入脫氯淡鹽水塔進(jìn)行真空脫氯。冷卻后的氯氣溫度降溫至50-55℃后匯總并入氯氣主管線與氯酸鹽分解，和淡鹽水脫氯過(guò)來(lái)的氯氣一起被送至氯氣處理工序。
總體而言，在氯氣處理工序氯氣冷卻采用一級(jí)洗滌加二級(jí)鈦冷間接冷卻相結(jié)合[1]，硫酸干燥采用四塔串聯(lián)干燥工藝，水霧和酸霧除霧器濾芯采用美國(guó)布林克除霧器濾芯，氯氣壓縮機(jī)采用西門(mén)子KKK公司生產(chǎn)的透平離心式氯氣壓縮機(jī)。該套氯氣處理裝置無(wú)論在電解初開(kāi)車(chē)還是調(diào)峰生產(chǎn)變動(dòng)負(fù)荷情況下，總體運(yùn)行正常平穩(wěn)，干燥氯氣含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)一直穩(wěn)定在1＊10-5以內(nèi)，硫酸單耗穩(wěn)定在12-14kg/t。
詳細(xì)的處理過(guò)程為來(lái)自電解的氯氣通過(guò)玻璃鋼管道輸送至氯氣處理一級(jí)洗滌塔，塔內(nèi)氯水由氯水泵加壓經(jīng)氯水冷卻器冷卻后，從洗滌塔塔頂噴淋頭噴淋而下，與從下至上的高溫氯氣進(jìn)行逆流接觸，氯氣降溫至30℃進(jìn)入鈦列管式換熱器，被7-9℃冷凍水間接冷卻至12-16℃。在此過(guò)程中的所有氯水通過(guò)管道回流至氯氣洗滌塔，通過(guò)洗滌塔泵出口的液位調(diào)節(jié)閥與洗滌塔液位自控聯(lián)鎖將氯水打至電解淡鹽水脫氯工序回收利用。
從鈦冷卻器出來(lái)的氯氣進(jìn)入水霧捕集器除去水霧后，電解槽出來(lái)的氯氣剩余含水量約降低為原來(lái)的1.6%[2]，除霧后的氯氣進(jìn)入一級(jí)填料塔填料底部，填料塔循環(huán)硫酸通過(guò)硫酸磁力泵從塔底輸送至硫酸板式換熱器，通過(guò)7～9℃的冷凍水與硫酸換熱后從塔頂硫酸分布器噴淋而下，在填料干燥塔中與氯氣逆流接觸，除去氯氣中的水分。一級(jí)干燥塔至四級(jí)干燥塔的硫酸濃度依次約為75～78%、85～90%、93～95%、98%，硫酸控制的溫度為14-15℃，氯氣溫度控制在14-15℃。其中在一級(jí)干燥塔的硫酸循環(huán)泵出口，設(shè)置一硫酸取樣口、現(xiàn)場(chǎng)密度計(jì)及廢酸控制調(diào)節(jié)閥，用于控制出酸。選擇上述各塔出酸濃度有一定的原因，一般情況下，濃硫酸溫度不應(yīng)低于10℃，以防結(jié)晶，參見(jiàn)表1硫酸溶液的結(jié)晶溫度表。
干燥后的氯氣經(jīng)過(guò)酸霧除霧器，除去硫酸霧和其它雜質(zhì)后，進(jìn)入氯氣壓縮機(jī)壓縮，經(jīng)過(guò)四級(jí)壓縮及四級(jí)氯氣冷卻器冷卻，最終氯氣被壓縮至0.6-0.7MPaG，溫度約為30-35℃，送至液化工序的原氯分配臺(tái)。下圖1為安邦公司氯氣處理工序流程方框簡(jiǎn)圖：
2、氯氣處理裝置運(yùn)行情況
安邦公司氯氣處理裝置運(yùn)行13年來(lái)，總體運(yùn)行平穩(wěn)，干燥氯氣中含水完全達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。在線水分分析儀顯示一般保持在1＊10-5以下，冬季水分可保持在0.5＊10-5以下。由于電解調(diào)峰生產(chǎn)，調(diào)節(jié)較為頻繁，2010年開(kāi)機(jī)以來(lái)，硫酸消耗基本維持在12-14kg/t左右水平，近5年來(lái)年平均硫酸單耗在12.7、13.6、12.9、13.2、13.2kg/t。
氯氣處理裝置運(yùn)行中各項(xiàng)工藝指標(biāo)保持穩(wěn)定，2022年5月16日各項(xiàng)工藝指標(biāo)執(zhí)行情況如下：
氯氣洗滌塔氯氣進(jìn)口溫度55.2℃
氯氣洗滌塔氯氣進(jìn)口壓力-0.45KPa
氯氣洗滌塔氯氣出口溫度30.1℃
鈦冷卻器氯氣出口溫度13.45℃
一級(jí)干燥塔氯氣出口溫度14.2℃
一級(jí)干燥塔稀硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)77.5%
二級(jí)干燥塔氯氣出氣溫度14.3℃
二級(jí)干燥塔稀硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)92%
三級(jí)干燥塔氯氣出氣溫度14.1℃
三級(jí)干燥塔稀硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)96%
四級(jí)干燥塔氯氣出氣溫度14.2℃
四級(jí)干燥塔稀硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)98%
氯氣壓縮機(jī)進(jìn)口氯氣壓力-12.8KPa
氯氣壓縮機(jī)出口氯氣溫度32℃
氯氣壓縮機(jī)出口氯氣壓力0.602MPa
氯氣在線水分分析儀(I、IV級(jí))0.56＊10-5、0.62＊10-5
3、氯氣處理裝置可能產(chǎn)生的問(wèn)題及技術(shù)改進(jìn)
3.1干燥塔填料故障，出塔水分增加，影響氯氣中冷器壽命，可能造成腐蝕泄漏
氯氣填料干燥塔內(nèi)填料是有壽命的，正常情況下經(jīng)過(guò)近4年的運(yùn)行，原PVC填料逐步老化，會(huì)發(fā)生脆化變形現(xiàn)象。導(dǎo)致比表面積嚴(yán)重降低，氯氣含水逐步上升，從原來(lái)穩(wěn)定的5ppm左右，在約1個(gè)月時(shí)間內(nèi)就可能上升至60ppm，且仍有繼續(xù)上升趨勢(shì)；干燥塔塔阻升高約2KPa，開(kāi)始影響到氯壓機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
氯氣填料干燥塔水分開(kāi)始逐步升高時(shí)，安邦公司在排除水分檢測(cè)儀誤差及故障、水霧捕集器故障原因后，初步懷疑PVC填料出現(xiàn)問(wèn)題。
安邦公司氯氣處理1級(jí)到4級(jí)干燥塔用的是PVC花環(huán)，73*27.5型，填料堆積密度是硫酸密度的4.3%，填料質(zhì)量相對(duì)于硫酸質(zhì)量可不計(jì)。
從當(dāng)時(shí)硫酸用量、硫酸控制溫度、氯氣水份來(lái)判斷，若水分檢測(cè)儀結(jié)果為真，則出現(xiàn)該情況的原因最大的可能性為塔內(nèi)填料發(fā)生軟化降低，而且高度降低較多。硫酸用量增加及降低溫度已起不到?jīng)Q定性作用。在氯氣產(chǎn)量增加的情況下，氯氣流速流量增加，硫酸用量雖然增加，但是接觸面積不夠?qū)е滤譄o(wú)法及時(shí)吸附。
經(jīng)過(guò)論證，安邦公司決定徹底更換四臺(tái)塔內(nèi)的PVC花環(huán)填料。對(duì)PVC花環(huán)和CPVC花環(huán)進(jìn)行了溫度耐受實(shí)驗(yàn)，PVC花環(huán)填料的耐受溫度在65℃，60℃時(shí)強(qiáng)度開(kāi)始降低；而CPVC耐受溫度在85℃，80℃時(shí)強(qiáng)度未見(jiàn)明顯降低，且據(jù)資料顯示CPVC對(duì)腐蝕性介質(zhì)比如氯氣和濃硫酸的耐受性上有較為明顯的優(yōu)勢(shì)，PVC花環(huán)在長(zhǎng)期使用過(guò)程中會(huì)發(fā)生癱軟脆化甚至發(fā)生斷裂，而CPVC花環(huán)填料相對(duì)PVC花環(huán)而言，CPVC盡管同樣會(huì)發(fā)生強(qiáng)度的降低但不易發(fā)生變脆垮塌的風(fēng)險(xiǎn)。因此在確認(rèn)CPVC花環(huán)填料的運(yùn)行穩(wěn)定性后，決定對(duì)每只塔更換填料體積為31.8396m3，比表面積127m2/m3，接觸面積為4044m2。
安邦公司電解工序采用峰谷電調(diào)峰生產(chǎn)的方式，在電解A-D槽電流5kA，E-J槽電流6kA時(shí)，為低負(fù)荷；電解A-D槽電流11kA，E-J槽電流12.5kA時(shí)，為高負(fù)荷。PT0509為一級(jí)水洗塔前壓力，PT0550為四級(jí)干燥塔出口壓力，PT2450為酸霧捕集器出口壓力，PT2451為氯壓機(jī)進(jìn)口壓力，氯氣處理阻力指水洗塔至酸霧捕集器出口之間的阻力，總阻力指水洗塔至氯壓機(jī)進(jìn)口包含氯壓機(jī)進(jìn)口過(guò)濾器的阻力。
更換填料后，在同樣高負(fù)荷情況下，電解氯氣輸送壓力PT218壓力從7.5kPa降至3.9kPa，降低3.6kPa；氯氣處理總阻力降低1.3kPa，電解至氯壓機(jī)進(jìn)口管道總阻力降低4.9kPa。水分從60～90ppm降低至13ppm并仍然有下降趨勢(shì)。
更換填料后電解系統(tǒng)至氯壓機(jī)進(jìn)口間的阻力降低效果明顯，降低的4.9kPa壓力可以提升電解槽A-D的電流約4kA，每小時(shí)多產(chǎn)3.3噸折百堿，每年多產(chǎn)2.67萬(wàn)噸折百堿。同時(shí)干燥系統(tǒng)的水分降低明顯，保證了氯氣壓縮機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)有效防止了氯氣中間冷卻器因?yàn)樗趾扛邔?dǎo)致的腐蝕穿孔泄漏。
3.2氯氣處理工藝指標(biāo)控制值偏差導(dǎo)致水分升高，影響設(shè)備壽命
3.2.1.氯氣處理的目的
從電解槽陽(yáng)極析出的聯(lián)產(chǎn)氯氣溫度很高，通常稱之為“高溫濕氯氣”。濕氯氣的化學(xué)性質(zhì)要比干燥氯氣更為強(qiáng)烈，幾乎對(duì)鋼鐵以及絕大多數(shù)的金屬有較強(qiáng)的腐蝕作用。只有少量的貴、稀金屬或非金屬材料在一定條件下，才能抵御此類氯氣的腐蝕作用。因此給氯氣的輸送、使用、貯存等都帶來(lái)了極大的麻煩和困難。而干燥后的氯氣對(duì)鋼鐵等常用的金屬材料的腐蝕作用在通常的條件之下是比較小的。詳見(jiàn)氯中不同含水對(duì)鋼鐵的年腐蝕速率，見(jiàn)表4。
由上述腐蝕速率表可知，隨著氯氣中含水分的增加，每年的腐蝕速率也在增加。因此濕氯氣的脫水和干燥是生產(chǎn)和使用氯氣過(guò)程的需要?？梢?jiàn)氯氣處理的目的就是要除去濕氯氣中的水分，使之成為含水分量甚微的干燥氯氣以適應(yīng)、滿足氯氣輸送、生產(chǎn)、使用的需要。
3.2.2.氯氣處理氯中含水與氯氣溫度控制的關(guān)系
從氯氣處理的過(guò)程中，我們知道完整的氯氣處理工藝應(yīng)包括：“冷卻除沫、干燥脫水、除霧凈化、壓縮輸送和事故氯氣處理”這五個(gè)部分。用通俗的話來(lái)講就是：“先冷卻、后干燥”工藝過(guò)程。
我們知道氣體的“含濕量”與溫度有著密切的關(guān)系。在不同的壓力和溫度下，氣體中的“含濕量”（又稱為“水蒸汽分壓”）是不同的。飽和濕氯氣中“含濕量”同樣與溫度有著密切的關(guān)系。一般來(lái)說(shuō)，在壓力相同的情況下，溫度較高的氣體中含水量要大于溫度較低的氣體。詳見(jiàn)“氯氣中含濕量與溫度關(guān)系表5”：
由表5可知，在相同的壓力情況下，氣體溫度每下降10℃，濕氯氣中的“含濕量”幾乎降低近一半。若以電解槽陽(yáng)極出口氯氣溫度為80℃的話，每千克濕氯氣中所含的水分為219克。如果使用溫度為30℃的工業(yè)上水將其冷卻，使其溫度降低至40℃；此時(shí)每千克濕氯氣含水分為19.8克，可以通過(guò)冷卻去除掉水分近200克，幾乎去除掉91.3％的含水分。如果再用5～10℃的冷凍氯化鈣鹽水進(jìn)一步冷卻，讓其溫度降至12℃；則每千克濕氯氣可去除水分16.24克。由此可見(jiàn)，濕氯氣溫度從80℃下降至12℃，每千克濕氯氣可以去除掉水分215.44克，占98.4％。余下的1.6％水分進(jìn)行干燥脫水，這樣做是比較合理的。
按照降低氣相的溫度能夠減少“含濕量”的觀點(diǎn)，即氣相的溫度越低，氣體中水蒸氣分壓也越低，所含水分也就越少。那么繼續(xù)降低氣相的溫度，以求得較低的氣體“含濕量”，這樣的做法卻是不可行、不可取的。原因是當(dāng)氯氣的溫度降低到9.6℃時(shí)，將會(huì)形成Cl2·8H2O的結(jié)晶體，使冷凝下來(lái)的氯水結(jié)冰，將冷卻器及其管道堵塞，使氣體無(wú)法通過(guò)。因此濕氯氣的溫度不可無(wú)限制降低，應(yīng)有適度，最佳的進(jìn)干燥塔溫度是12～16℃。
以上是通過(guò)冷卻手段，使氯氣中的含水分量減少了98.4％，這也就是實(shí)施“先冷卻、后干燥”理論的效果。如果不采取冷卻而直接用硫酸進(jìn)行脫水干燥會(huì)是什么樣子呢？我們用濃度為98％的硫酸干燥稀釋至75％硫酸計(jì)的話，進(jìn)行干燥脫水過(guò)程中，1噸硫酸吸收濕氯氣中所含水分0.306噸。這樣每干燥1噸濕氯氣所消耗的98％硫酸為0.7噸。以年產(chǎn)20萬(wàn)噸100％燒堿生產(chǎn)能力計(jì)的話，每天處理600噸濕氯氣需要消耗硫酸420噸。這樣的消耗實(shí)在驚人。更令人吃驚的是：這些硫酸吸收了氯氣中的水分所釋放出來(lái)的稀釋熱量簡(jiǎn)直無(wú)法估量。以每千克濃硫酸吸收水分放出的溶解熱為3557.675千焦（850千卡）計(jì)算，每天釋放出的熱量為1.49×109千焦。這些熱量可將4462.5噸20℃水上升至100℃，這明顯是不合理的。
3.2.3.氯氣處理硫酸濃度控制對(duì)氯中含水的影響
在氯氣洗滌降溫除霧后，氯中含水的進(jìn)一步降低需要通過(guò)濃硫酸干燥及除霧的方式進(jìn)行脫除。
氯氣在硫酸中的溶解度很小，可以說(shuō)幾乎不溶解于硫酸；而水分卻能夠以任意比例溶解于硫酸之中，從而組成不同濃度比例的硫酸溶液。因此在氯氣處理工藝過(guò)程中“干燥脫水”這一步驟就借助于硫酸作溶劑；但是濃硫酸與濕氯氣中的水分進(jìn)行吸收傳質(zhì)的所謂“干燥脫水”，并不是在任何條件下都能實(shí)現(xiàn)的；而是需要一定的吸收傳質(zhì)條件，比如：溫度、溶劑濃度等等。
要使吸收傳質(zhì)操作得以進(jìn)行，需要解決三個(gè)問(wèn)題：
a.選擇合適的溶劑，要使其有選擇性的溶解氣相混合物中被分離的組分。在氯氣處理工藝過(guò)程中，選擇硫酸作為溶劑，它能夠溶解氯氣中被分離的組分水分，而對(duì)氯氣卻幾乎不能溶解。
b.選擇合適的吸收傳質(zhì)設(shè)備,以實(shí)現(xiàn)氣液二相(溶質(zhì)與溶劑)之間的接觸,使被分離的組分能夠從氣相中轉(zhuǎn)移到硫酸溶液中去。在氯氣處理工藝過(guò)程中,選擇了填料塔（泡沫塔、泡罩塔）等設(shè)備等,使氣相中的溶質(zhì)(水分)與液相的硫酸充分接觸，使氯氣中的水分能夠轉(zhuǎn)移到硫酸中去。
c.選擇的溶劑能夠循環(huán)使用。在氯氣處理工藝過(guò)程中，溶劑硫酸能夠在一定的濃度范圍之內(nèi)循環(huán)使用（98％～75％），并不斷補(bǔ)充新溶劑，以確保溶劑有足夠的循環(huán)量，使?jié)舛炔粩嗟馗隆?/p>
濕氯氣中的所含水分處理量決定于硫酸液面上方的水蒸汽分壓。而不同的濃度和溫度的硫酸溶液的液面上方的水蒸汽分壓力是不同的。把硫酸液面上的水蒸氣分壓力降低，就能提高硫酸吸收氣相中所含水分進(jìn)行傳質(zhì)的速率，也就能將“氣相”濕氯氣中所含水分量降到最低點(diǎn)。
那么，要降低硫酸液面上的水蒸氣分壓有兩種途徑：
a).在溫度一定的狀況下，溶劑硫酸的濃度越高，其液面上的水蒸氣分壓就越低（這是從參數(shù)濃度方面來(lái)考慮）。
b).在濃度一定的狀況下，溶劑硫酸的溫度降低，那么它的液面上水蒸汽分壓隨之下降，從而加大了傳質(zhì)吸收的過(guò)程的推動(dòng)力。理解溫度對(duì)硫酸吸水的影響請(qǐng)看示意圖2。
如圖所示（Ⅰ）表示：硫酸溶液在一個(gè)封閉的容器中，溶液中的水分不斷地從溶液中蒸發(fā)出來(lái)進(jìn)入硫酸液面；幾乎同時(shí)又有液面上的冷凝水蒸汽不斷地進(jìn)入硫酸溶液；因而，硫酸溶液的液面上水蒸氣分壓幾乎不變，達(dá)到平衡狀態(tài)。
如圖所示（Ⅱ）表示：硫酸溶液在一個(gè)封閉的容器中，并且處于溫度上升的加熱狀態(tài)，硫酸溶液中的水分大量的被蒸發(fā)出來(lái)進(jìn)入硫酸溶液的液面；而液面上冷凝水蒸汽進(jìn)入硫酸溶液幾乎很少；因而造成硫酸液面上的水蒸汽分壓增高，液面上的水蒸汽是很難進(jìn)入硫酸溶液的。
如圖所示（Ⅲ）表示：硫酸溶液在一個(gè)封閉的容器之中，并且處于溫度下降的冷卻狀態(tài)，硫酸溶液中的水分由于溫度降低而蒸發(fā)至液面上的很少，相反液面上的水蒸汽由于溫度降低而大量的冷凝下來(lái)，進(jìn)入溶液；因而造成硫酸液面上的水蒸氣分壓力降低，液面上的水蒸氣是很容易進(jìn)入硫酸溶液的。
當(dāng)然，對(duì)于氣相中含有雙組分（氯氣與水蒸汽）的混合物來(lái)說(shuō)，其氣相擴(kuò)散組分（水蒸汽）擴(kuò)散進(jìn)入硫酸的過(guò)程，“費(fèi)克定律”（Fickler principle）同樣是適用的。即在單位時(shí)間之內(nèi)，氣相氯氣中的擴(kuò)散組分（水蒸汽）擴(kuò)散通過(guò)單位面積的物質(zhì)量是與擴(kuò)散組分在擴(kuò)散方向Z向上的濃度梯度成正比，因此降低硫酸濃度，可以降低硫酸表面水蒸氣分壓，更加有利于硫酸降低表面水蒸氣分壓從而在噴淋過(guò)程中增加傳質(zhì)推動(dòng)力，促進(jìn)氯氣中的水分向冷硫酸中轉(zhuǎn)移，達(dá)到脫除氯中含水的目的，保證氯氣中間冷卻器的安全，防止其產(chǎn)生泄漏。
在此說(shuō)明一點(diǎn)，氯中含水水分一般控制在50ppm以內(nèi)，控制的越低對(duì)設(shè)備而言越好。氯氣壓縮機(jī)在運(yùn)行時(shí)，會(huì)設(shè)置水分高報(bào)及停車(chē)指標(biāo)，德國(guó)KKK壓縮機(jī)高報(bào)為240ppm，停車(chē)指標(biāo)為480ppm。過(guò)高的水分不但對(duì)氯氣中間冷卻器造成腐蝕泄漏，同時(shí)也對(duì)氯氣壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子及管腔產(chǎn)生腐蝕。由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達(dá)到10000轉(zhuǎn)/min，水分的失控危害極其嚴(yán)重，可在短期內(nèi)造成轉(zhuǎn)子的報(bào)廢，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子壓縮能力急劇下降，甚至造成轉(zhuǎn)子不平衡導(dǎo)致導(dǎo)致事故的發(fā)生。曾有某廠家因氯中含水不達(dá)標(biāo)導(dǎo)致氯氣壓縮機(jī)一周內(nèi)轉(zhuǎn)子報(bào)廢的事故發(fā)生。
3.3氯氣壓縮機(jī)中間冷卻器列管結(jié)垢造成堵塞導(dǎo)致局部產(chǎn)生腐蝕穿孔
原廠家提供的氯氣中間冷卻器圖紙，采用八管程列管換熱器，管道為Φ19*2碳鋼管道。經(jīng)過(guò)一年多的使用，發(fā)現(xiàn)該換熱器存在冷卻水折流管線過(guò)長(zhǎng)，阻力大，導(dǎo)致水流速過(guò)緩，管道內(nèi)部易杜塞、換熱效果差，出口氯氣溫度逐步由原來(lái)的30℃升高至51℃。
針對(duì)原氯氣中間冷卻器，冷卻水折流管線過(guò)長(zhǎng)，阻力大，導(dǎo)致水流速過(guò)緩，管道內(nèi)部易杜塞、換熱效果差的問(wèn)題，安邦公司進(jìn)行了專門(mén)的分析和研究，制定了改進(jìn)方案。
將氯氣冷卻器重新設(shè)計(jì)，將原八管程改為六管程，內(nèi)部列管改為Φ25*3管道，排列方式為正三角排列，換熱器循環(huán)水進(jìn)出口管道由原來(lái)DN125改為DN150，因高位槽位置未變，進(jìn)水壓力保持不變，出口依然保持無(wú)壓回水方式。
管道內(nèi)水流方式為喘流，根據(jù)壓差阻力與管徑的關(guān)系，壓差阻力反比于管徑之比的5次方。改造后氯氣中間冷卻器的管程阻力降為改造前阻力的0.3倍，管內(nèi)水流速增加，總傳熱系數(shù)大大增加。氯氣溫度由原來(lái)?yè)Q熱后51℃降低至25-30℃。改造后換熱效果非常明顯。
3.4氯氣中間冷卻器水側(cè)暴露導(dǎo)致的電化腐蝕穿孔
氯氣冷卻器作為備件保存時(shí)應(yīng)注意充氮?dú)獗４?，將所有氣相管口盲死確保密封，氣相口用盲板盲死，在盲板上安裝閥門(mén)及氮?dú)膺M(jìn)口。有必要時(shí)加裝壓力表，觀察氯氣冷卻器氣相壓力泄漏情況。如果充入氮?dú)夂髿庀鄩毫﹄S著時(shí)間發(fā)生持續(xù)降低，應(yīng)進(jìn)行氣密性試驗(yàn)。
氯氣冷卻器投入使用后，應(yīng)注意氣相壓力高于冷卻水壓力，以防氯氣冷卻器水管泄漏時(shí)水進(jìn)入氣相，導(dǎo)致氯氣壓縮機(jī)腐蝕造成更大事故。
氯氣壓縮機(jī)崗位巡檢人員在巡檢時(shí)，每班次需打開(kāi)水側(cè)封頭排氣口將水中夾帶的空氣排盡，在每次開(kāi)車(chē)加水時(shí)需打開(kāi)排盡氯氣冷卻器內(nèi)水中夾帶的空氣，而排水時(shí)同樣需要打開(kāi)排氣口，以能夠迅速?gòu)呐盼劭谂湃ヂ葰饫鋮s器內(nèi)水，防止氯氣冷卻器內(nèi)水因排水導(dǎo)致空腔形成負(fù)壓被吸住無(wú)法排盡。
在停車(chē)大修時(shí)，需要對(duì)氯氣冷卻器重點(diǎn)保護(hù)，除了氯氣壓縮機(jī)需要通入高氮進(jìn)行充氣置換保護(hù)外，氯氣冷卻器水相也是重中之重。因水走的是管程，從氯氣冷卻器封頭的底部進(jìn)入，從上部無(wú)壓溢出，碳鋼設(shè)備充水容易在空氣與水的接觸面上發(fā)生銹蝕，要防止這個(gè)問(wèn)題，有兩種方法可以考慮。第一種是氯氣冷卻器管程保持充水滿液狀態(tài)后關(guān)閉進(jìn)水閥門(mén)，為了保證氣相壓力大于水壓力，需要調(diào)整氯氣壓縮機(jī)進(jìn)口的氮?dú)忾y門(mén)，保證氯氣冷卻器內(nèi)氣相壓力超過(guò)水壓力5kPa以上，以防止氯氣冷卻器泄漏水進(jìn)入殼程。第二種方法是將氯氣冷卻器管程內(nèi)水徹底排盡，排盡后從氯氣冷卻器E口充入氮?dú)?，從F口將水吹出，直至排水口無(wú)水噴出為止。
在做開(kāi)車(chē)準(zhǔn)備時(shí)，氯氣冷卻器充水前必須保證氣相壓力在15kPa以上，以時(shí)刻保證氣相壓力大于水壓力。氯氣冷卻器充滿水后，提高氯氣壓縮機(jī)內(nèi)氮?dú)鈮毫υ?5-40kPa之間，各項(xiàng)準(zhǔn)備工作完畢后，開(kāi)始啟動(dòng)氯氣壓縮機(jī)。啟動(dòng)后，迅速調(diào)節(jié)進(jìn)入氯氣壓縮機(jī)的氮?dú)忾y門(mén)，保證氮?dú)夤?yīng)，防止氯氣壓縮機(jī)啟動(dòng)后導(dǎo)致一級(jí)氯氣壓縮機(jī)內(nèi)氣相壓力為負(fù)值。氯氣冷卻器曾發(fā)生過(guò)兩次因列管缺陷發(fā)生的泄漏，其中一次在氯氣壓縮機(jī)啟動(dòng)后壓力逐步上升的過(guò)程中，發(fā)生列管突然破裂，DCS氯氣壓縮機(jī)冷卻水PH值發(fā)生迅速下降，現(xiàn)場(chǎng)氯氣報(bào)警儀出現(xiàn)氯氣報(bào)警，迅速被發(fā)現(xiàn)后，系統(tǒng)停車(chē)處理，檢測(cè)出具體的泄漏氯氣冷卻器，打開(kāi)所有封頭用水管對(duì)所有列管進(jìn)行水置換，直至水清澈無(wú)異味，同理對(duì)封頭及焊接面也必須徹底沖洗干凈，防止氯水腐蝕。在整個(gè)過(guò)程中氯氣壓縮機(jī)內(nèi)始終充入大約200kPa的壓力，用肥皂水進(jìn)行試驗(yàn)，檢查泄漏的列管，如果列管泄漏，干燥的氮?dú)鈺?huì)將列管吹干，而不漏的列管保持潮濕狀態(tài)，此時(shí)用肥皂水試驗(yàn)?zāi)軌蜉^快地發(fā)現(xiàn)泄漏的列管。整個(gè)過(guò)程如果處理迅速，可及時(shí)防止氯氣冷卻器的腐蝕，否則極易導(dǎo)致氯氣冷卻器被普遍腐蝕穿孔而報(bào)廢，造成因處理不及時(shí)而產(chǎn)生更大的損失。需要注意的是檢查出泄漏的列管后，堵焊后需要進(jìn)行壓力測(cè)試，進(jìn)行打壓試驗(yàn)至使用壓力以上0.1MPa，穩(wěn)壓40分鐘以上，24小時(shí)壓力減小低于0.01MPa方可投入使用，以防砂眼無(wú)法查出導(dǎo)致進(jìn)一步泄漏，并做好試壓記錄。
3.5氯氣中冷器冷卻循環(huán)水富氧化導(dǎo)致的泄漏
我公司氯氣壓縮機(jī)中間冷卻器及油冷卻器循環(huán)水，采用獨(dú)立的循環(huán)水冷卻系統(tǒng)提供的循環(huán)水，與氯堿系統(tǒng)大循環(huán)水站獨(dú)立。
主要原因?yàn)榇笱h(huán)水站水質(zhì)由于濃縮倍數(shù)的關(guān)系，通常濃縮倍數(shù)≤3進(jìn)行換水，經(jīng)過(guò)在線檢測(cè)PH大約在8-9，含鹽量大約在0.8-1.0g/l，沒(méi)有加藥處理。氯堿系統(tǒng)換熱設(shè)備的材質(zhì)品種繁多，換熱器數(shù)量較多，出現(xiàn)泄漏進(jìn)入各種雜質(zhì)離子的可能性增加，對(duì)氯氣中冷器產(chǎn)生影響，造成腐蝕泄漏的可能性提高；大循環(huán)水站供水壓力大約在0.5MPa，而氯氣壓縮機(jī)中間冷卻器的氯氣壓力從一級(jí)到四級(jí)依次大約為0.05MPa、0.15MPa、0.35MPa、0.65MPa，大循環(huán)水站供水壓力由循環(huán)水泵供應(yīng)，采用變頻與出口溫度調(diào)節(jié)，水壓會(huì)發(fā)生變化，氯氣中間冷卻器采用手動(dòng)閥門(mén)控制且要求氣壓必須大于水壓，這給調(diào)節(jié)帶來(lái)不穩(wěn)定性。
為了確保水質(zhì)的穩(wěn)定性和供水壓力的穩(wěn)定性，我公司從第一套隔膜堿氯氣壓縮機(jī)開(kāi)始就設(shè)計(jì)采用獨(dú)立的涼水塔系統(tǒng)，設(shè)計(jì)涼水塔冷水高位槽且設(shè)置回流至低位槽，水從12米高度的冷水高位槽內(nèi)自然流到氯氣中間冷卻器及油冷卻器內(nèi)，水壓穩(wěn)定在0.12MPa。
原始采用河水作為補(bǔ)加水的方式，發(fā)現(xiàn)結(jié)垢較為嚴(yán)重，后改為純水作為補(bǔ)加水，結(jié)垢問(wèn)題得到徹底解決，但經(jīng)過(guò)了解考證，單純的純水是不適宜獨(dú)立作為補(bǔ)加水的。原因?yàn)樘间撝泻幸欢ǖ奶?，在純水中，水與鐵、碳形成原電池，純水中的溶解氧、二氧化碳具有促進(jìn)金屬腐蝕的作用，即使在氧、二氧化碳濃度很低的情況下，也能引起嚴(yán)重的腐蝕。純水對(duì)碳鋼的腐蝕面積小、深；工業(yè)水對(duì)碳鋼腐蝕的面積大、淺，容易使設(shè)備整體產(chǎn)生層狀腐蝕[4]。由于點(diǎn)蝕的過(guò)程具有自催化的特征，從而促進(jìn)腐蝕快速發(fā)展，這種腐蝕產(chǎn)生的穿孔特征為尖銳狀針孔。在不完全密閉、不加處理劑的情況下，純水對(duì)碳鋼設(shè)備的腐蝕更不利于化工生產(chǎn)。要減少腐蝕，必須合理選擇使用環(huán)境（如溴化鋰?yán)渌到y(tǒng)，完全密閉，不存在富氧化環(huán)境，純水對(duì)碳鋼設(shè)備腐蝕就可以忽略不計(jì)）。
如上所述，因敞開(kāi)式?jīng)鏊渭兗蛹兯畬?duì)碳鋼的腐蝕作用，我們采用的純水為主，添加部分工業(yè)水，控制PH在7-8以上，電導(dǎo)率控制在＜100us/cm，ORP控制在＜300mv。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)，避免了工業(yè)水容易堵塞的問(wèn)題，也解決了單純純水容易產(chǎn)生針孔腐蝕穿孔的問(wèn)題。
4、結(jié)論
綜上所述，氯氣中間冷卻器的使用安全，本質(zhì)上也是保護(hù)主設(shè)備氯氣壓縮機(jī)的使用安全。氯氣壓縮機(jī)所涉及的輔助系統(tǒng)，如氯氣處理干燥系統(tǒng)的工藝參數(shù)的運(yùn)行質(zhì)量、循環(huán)水站水質(zhì)的控制及在線監(jiān)測(cè)、設(shè)備材質(zhì)選擇及正確安裝等都關(guān)系到氯氣中間冷卻器能否長(zhǎng)周期安全穩(wěn)定運(yùn)行。
上述僅代表筆者本人的一點(diǎn)薄見(jiàn)，不妥之處，敬請(qǐng)同行業(yè)者批評(píng)指正。
參考文獻(xiàn)
[1]王榮欣，肖娜.氯氣干燥裝置運(yùn)行總結(jié)[J].氯堿工業(yè)，2014（10）：25-26
[2]劉紅民，周賢國(guó)，柴曄.降低氯中含水量的措施[J].中國(guó)氯堿，2008（7）：6-7
[3]楊國(guó)穩(wěn).氯氣處理工藝及關(guān)鍵點(diǎn)控制綜述[J].中國(guó)氯堿，2016（10）：11-14
[4]王建超，薛志清.工業(yè)水與純水腐蝕碳鋼的實(shí)驗(yàn)[J].氯堿工業(yè)，2015（3）：44-45.
【壓縮機(jī)網(wǎng)】氯氣壓縮機(jī)中間冷卻器泄漏的原因有很多，涉及設(shè)備材質(zhì)選擇、設(shè)備加工、設(shè)備安裝、工藝指標(biāo)控制，特別是氯氣含水量的控制及酸霧的控制、氯氣中間冷卻器的冷卻介質(zhì)即循環(huán)水的制備工藝等。本文將從氯氣壓縮機(jī)氯氣處理開(kāi)始介紹，在整個(gè)氯氣處理直至氯氣壓縮后輸送過(guò)程中，各個(gè)過(guò)程安裝及控制對(duì)氯氣中冷器壽命可能造成影響的因素。氯氣的洗滌、冷卻、干燥、除霧、壓縮過(guò)程統(tǒng)稱為氯氣處理，也會(huì)對(duì)氯氣中冷器壽命造成影響。
1、氯氣處理工藝流程簡(jiǎn)介
由離子膜電解槽出來(lái)的溫度約為85-90℃的高溫氯氣，在電解工序通過(guò)鈦列管式換熱器與二次鹽水工序的精制鹽水進(jìn)行換熱，冷凝下來(lái)的氯水流至離子膜電解氯水罐，用氯水泵打入脫氯淡鹽水塔進(jìn)行真空脫氯。冷卻后的氯氣溫度降溫至50-55℃后匯總并入氯氣主管線與氯酸鹽分解，和淡鹽水脫氯過(guò)來(lái)的氯氣一起被送至氯氣處理工序。
總體而言，在氯氣處理工序氯氣冷卻采用一級(jí)洗滌加二級(jí)鈦冷間接冷卻相結(jié)合[1]，硫酸干燥采用四塔串聯(lián)干燥工藝，水霧和酸霧除霧器濾芯采用美國(guó)布林克除霧器濾芯，氯氣壓縮機(jī)采用西門(mén)子KKK公司生產(chǎn)的透平離心式氯氣壓縮機(jī)。該套氯氣處理裝置無(wú)論在電解初開(kāi)車(chē)還是調(diào)峰生產(chǎn)變動(dòng)負(fù)荷情況下，總體運(yùn)行正常平穩(wěn)，干燥氯氣含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)一直穩(wěn)定在1＊10-5以內(nèi)，硫酸單耗穩(wěn)定在12-14kg/t。
詳細(xì)的處理過(guò)程為來(lái)自電解的氯氣通過(guò)玻璃鋼管道輸送至氯氣處理一級(jí)洗滌塔，塔內(nèi)氯水由氯水泵加壓經(jīng)氯水冷卻器冷卻后，從洗滌塔塔頂噴淋頭噴淋而下，與從下至上的高溫氯氣進(jìn)行逆流接觸，氯氣降溫至30℃進(jìn)入鈦列管式換熱器，被7-9℃冷凍水間接冷卻至12-16℃。在此過(guò)程中的所有氯水通過(guò)管道回流至氯氣洗滌塔，通過(guò)洗滌塔泵出口的液位調(diào)節(jié)閥與洗滌塔液位自控聯(lián)鎖將氯水打至電解淡鹽水脫氯工序回收利用。
從鈦冷卻器出來(lái)的氯氣進(jìn)入水霧捕集器除去水霧后，電解槽出來(lái)的氯氣剩余含水量約降低為原來(lái)的1.6%[2]，除霧后的氯氣進(jìn)入一級(jí)填料塔填料底部，填料塔循環(huán)硫酸通過(guò)硫酸磁力泵從塔底輸送至硫酸板式換熱器，通過(guò)7～9℃的冷凍水與硫酸換熱后從塔頂硫酸分布器噴淋而下，在填料干燥塔中與氯氣逆流接觸，除去氯氣中的水分。一級(jí)干燥塔至四級(jí)干燥塔的硫酸濃度依次約為75～78%、85～90%、93～95%、98%，硫酸控制的溫度為14-15℃，氯氣溫度控制在14-15℃。其中在一級(jí)干燥塔的硫酸循環(huán)泵出口，設(shè)置一硫酸取樣口、現(xiàn)場(chǎng)密度計(jì)及廢酸控制調(diào)節(jié)閥，用于控制出酸。選擇上述各塔出酸濃度有一定的原因，一般情況下，濃硫酸溫度不應(yīng)低于10℃，以防結(jié)晶，參見(jiàn)表1硫酸溶液的結(jié)晶溫度表。
干燥后的氯氣經(jīng)過(guò)酸霧除霧器，除去硫酸霧和其它雜質(zhì)后，進(jìn)入氯氣壓縮機(jī)壓縮，經(jīng)過(guò)四級(jí)壓縮及四級(jí)氯氣冷卻器冷卻，最終氯氣被壓縮至0.6-0.7MPaG，溫度約為30-35℃，送至液化工序的原氯分配臺(tái)。下圖1為安邦公司氯氣處理工序流程方框簡(jiǎn)圖：
2、氯氣處理裝置運(yùn)行情況
安邦公司氯氣處理裝置運(yùn)行13年來(lái)，總體運(yùn)行平穩(wěn)，干燥氯氣中含水完全達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。在線水分分析儀顯示一般保持在1＊10-5以下，冬季水分可保持在0.5＊10-5以下。由于電解調(diào)峰生產(chǎn)，調(diào)節(jié)較為頻繁，2010年開(kāi)機(jī)以來(lái)，硫酸消耗基本維持在12-14kg/t左右水平，近5年來(lái)年平均硫酸單耗在12.7、13.6、12.9、13.2、13.2kg/t。
氯氣處理裝置運(yùn)行中各項(xiàng)工藝指標(biāo)保持穩(wěn)定，2022年5月16日各項(xiàng)工藝指標(biāo)執(zhí)行情況如下：
氯氣洗滌塔氯氣進(jìn)口溫度55.2℃
氯氣洗滌塔氯氣進(jìn)口壓力-0.45KPa
氯氣洗滌塔氯氣出口溫度30.1℃
鈦冷卻器氯氣出口溫度13.45℃
一級(jí)干燥塔氯氣出口溫度14.2℃
一級(jí)干燥塔稀硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)77.5%
二級(jí)干燥塔氯氣出氣溫度14.3℃
二級(jí)干燥塔稀硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)92%
三級(jí)干燥塔氯氣出氣溫度14.1℃
三級(jí)干燥塔稀硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)96%
四級(jí)干燥塔氯氣出氣溫度14.2℃
四級(jí)干燥塔稀硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)98%
氯氣壓縮機(jī)進(jìn)口氯氣壓力-12.8KPa
氯氣壓縮機(jī)出口氯氣溫度32℃
氯氣壓縮機(jī)出口氯氣壓力0.602MPa
氯氣在線水分分析儀(I、IV級(jí))0.56＊10-5、0.62＊10-5
3、氯氣處理裝置可能產(chǎn)生的問(wèn)題及技術(shù)改進(jìn)
3.1干燥塔填料故障，出塔水分增加，影響氯氣中冷器壽命，可能造成腐蝕泄漏
氯氣填料干燥塔內(nèi)填料是有壽命的，正常情況下經(jīng)過(guò)近4年的運(yùn)行，原PVC填料逐步老化，會(huì)發(fā)生脆化變形現(xiàn)象。導(dǎo)致比表面積嚴(yán)重降低，氯氣含水逐步上升，從原來(lái)穩(wěn)定的5ppm左右，在約1個(gè)月時(shí)間內(nèi)就可能上升至60ppm，且仍有繼續(xù)上升趨勢(shì)；干燥塔塔阻升高約2KPa，開(kāi)始影響到氯壓機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
氯氣填料干燥塔水分開(kāi)始逐步升高時(shí)，安邦公司在排除水分檢測(cè)儀誤差及故障、水霧捕集器故障原因后，初步懷疑PVC填料出現(xiàn)問(wèn)題。
安邦公司氯氣處理1級(jí)到4級(jí)干燥塔用的是PVC花環(huán)，73*27.5型，填料堆積密度是硫酸密度的4.3%，填料質(zhì)量相對(duì)于硫酸質(zhì)量可不計(jì)。
從當(dāng)時(shí)硫酸用量、硫酸控制溫度、氯氣水份來(lái)判斷，若水分檢測(cè)儀結(jié)果為真，則出現(xiàn)該情況的原因最大的可能性為塔內(nèi)填料發(fā)生軟化降低，而且高度降低較多。硫酸用量增加及降低溫度已起不到?jīng)Q定性作用。在氯氣產(chǎn)量增加的情況下，氯氣流速流量增加，硫酸用量雖然增加，但是接觸面積不夠?qū)е滤譄o(wú)法及時(shí)吸附。
經(jīng)過(guò)論證，安邦公司決定徹底更換四臺(tái)塔內(nèi)的PVC花環(huán)填料。對(duì)PVC花環(huán)和CPVC花環(huán)進(jìn)行了溫度耐受實(shí)驗(yàn)，PVC花環(huán)填料的耐受溫度在65℃，60℃時(shí)強(qiáng)度開(kāi)始降低；而CPVC耐受溫度在85℃，80℃時(shí)強(qiáng)度未見(jiàn)明顯降低，且據(jù)資料顯示CPVC對(duì)腐蝕性介質(zhì)比如氯氣和濃硫酸的耐受性上有較為明顯的優(yōu)勢(shì)，PVC花環(huán)在長(zhǎng)期使用過(guò)程中會(huì)發(fā)生癱軟脆化甚至發(fā)生斷裂，而CPVC花環(huán)填料相對(duì)PVC花環(huán)而言，CPVC盡管同樣會(huì)發(fā)生強(qiáng)度的降低但不易發(fā)生變脆垮塌的風(fēng)險(xiǎn)。因此在確認(rèn)CPVC花環(huán)填料的運(yùn)行穩(wěn)定性后，決定對(duì)每只塔更換填料體積為31.8396m3，比表面積127m2/m3，接觸面積為4044m2。
安邦公司電解工序采用峰谷電調(diào)峰生產(chǎn)的方式，在電解A-D槽電流5kA，E-J槽電流6kA時(shí)，為低負(fù)荷；電解A-D槽電流11kA，E-J槽電流12.5kA時(shí)，為高負(fù)荷。PT0509為一級(jí)水洗塔前壓力，PT0550為四級(jí)干燥塔出口壓力，PT2450為酸霧捕集器出口壓力，PT2451為氯壓機(jī)進(jìn)口壓力，氯氣處理阻力指水洗塔至酸霧捕集器出口之間的阻力，總阻力指水洗塔至氯壓機(jī)進(jìn)口包含氯壓機(jī)進(jìn)口過(guò)濾器的阻力。
更換填料后，在同樣高負(fù)荷情況下，電解氯氣輸送壓力PT218壓力從7.5kPa降至3.9kPa，降低3.6kPa；氯氣處理總阻力降低1.3kPa，電解至氯壓機(jī)進(jìn)口管道總阻力降低4.9kPa。水分從60～90ppm降低至13ppm并仍然有下降趨勢(shì)。
更換填料后電解系統(tǒng)至氯壓機(jī)進(jìn)口間的阻力降低效果明顯，降低的4.9kPa壓力可以提升電解槽A-D的電流約4kA，每小時(shí)多產(chǎn)3.3噸折百堿，每年多產(chǎn)2.67萬(wàn)噸折百堿。同時(shí)干燥系統(tǒng)的水分降低明顯，保證了氯氣壓縮機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)有效防止了氯氣中間冷卻器因?yàn)樗趾扛邔?dǎo)致的腐蝕穿孔泄漏。
3.2氯氣處理工藝指標(biāo)控制值偏差導(dǎo)致水分升高，影響設(shè)備壽命
3.2.1.氯氣處理的目的
從電解槽陽(yáng)極析出的聯(lián)產(chǎn)氯氣溫度很高，通常稱之為“高溫濕氯氣”。濕氯氣的化學(xué)性質(zhì)要比干燥氯氣更為強(qiáng)烈，幾乎對(duì)鋼鐵以及絕大多數(shù)的金屬有較強(qiáng)的腐蝕作用。只有少量的貴、稀金屬或非金屬材料在一定條件下，才能抵御此類氯氣的腐蝕作用。因此給氯氣的輸送、使用、貯存等都帶來(lái)了極大的麻煩和困難。而干燥后的氯氣對(duì)鋼鐵等常用的金屬材料的腐蝕作用在通常的條件之下是比較小的。詳見(jiàn)氯中不同含水對(duì)鋼鐵的年腐蝕速率，見(jiàn)表4。
由上述腐蝕速率表可知，隨著氯氣中含水分的增加，每年的腐蝕速率也在增加。因此濕氯氣的脫水和干燥是生產(chǎn)和使用氯氣過(guò)程的需要?？梢?jiàn)氯氣處理的目的就是要除去濕氯氣中的水分，使之成為含水分量甚微的干燥氯氣以適應(yīng)、滿足氯氣輸送、生產(chǎn)、使用的需要。
3.2.2.氯氣處理氯中含水與氯氣溫度控制的關(guān)系
從氯氣處理的過(guò)程中，我們知道完整的氯氣處理工藝應(yīng)包括：“冷卻除沫、干燥脫水、除霧凈化、壓縮輸送和事故氯氣處理”這五個(gè)部分。用通俗的話來(lái)講就是：“先冷卻、后干燥”工藝過(guò)程。
我們知道氣體的“含濕量”與溫度有著密切的關(guān)系。在不同的壓力和溫度下，氣體中的“含濕量”（又稱為“水蒸汽分壓”）是不同的。飽和濕氯氣中“含濕量”同樣與溫度有著密切的關(guān)系。一般來(lái)說(shuō)，在壓力相同的情況下，溫度較高的氣體中含水量要大于溫度較低的氣體。詳見(jiàn)“氯氣中含濕量與溫度關(guān)系表5”：
由表5可知，在相同的壓力情況下，氣體溫度每下降10℃，濕氯氣中的“含濕量”幾乎降低近一半。若以電解槽陽(yáng)極出口氯氣溫度為80℃的話，每千克濕氯氣中所含的水分為219克。如果使用溫度為30℃的工業(yè)上水將其冷卻，使其溫度降低至40℃；此時(shí)每千克濕氯氣含水分為19.8克，可以通過(guò)冷卻去除掉水分近200克，幾乎去除掉91.3％的含水分。如果再用5～10℃的冷凍氯化鈣鹽水進(jìn)一步冷卻，讓其溫度降至12℃；則每千克濕氯氣可去除水分16.24克。由此可見(jiàn)，濕氯氣溫度從80℃下降至12℃，每千克濕氯氣可以去除掉水分215.44克，占98.4％。余下的1.6％水分進(jìn)行干燥脫水，這樣做是比較合理的。
按照降低氣相的溫度能夠減少“含濕量”的觀點(diǎn)，即氣相的溫度越低，氣體中水蒸氣分壓也越低，所含水分也就越少。那么繼續(xù)降低氣相的溫度，以求得較低的氣體“含濕量”，這樣的做法卻是不可行、不可取的。原因是當(dāng)氯氣的溫度降低到9.6℃時(shí)，將會(huì)形成Cl2·8H2O的結(jié)晶體，使冷凝下來(lái)的氯水結(jié)冰，將冷卻器及其管道堵塞，使氣體無(wú)法通過(guò)。因此濕氯氣的溫度不可無(wú)限制降低，應(yīng)有適度，最佳的進(jìn)干燥塔溫度是12～16℃。
以上是通過(guò)冷卻手段，使氯氣中的含水分量減少了98.4％，這也就是實(shí)施“先冷卻、后干燥”理論的效果。如果不采取冷卻而直接用硫酸進(jìn)行脫水干燥會(huì)是什么樣子呢？我們用濃度為98％的硫酸干燥稀釋至75％硫酸計(jì)的話，進(jìn)行干燥脫水過(guò)程中，1噸硫酸吸收濕氯氣中所含水分0.306噸。這樣每干燥1噸濕氯氣所消耗的98％硫酸為0.7噸。以年產(chǎn)20萬(wàn)噸100％燒堿生產(chǎn)能力計(jì)的話，每天處理600噸濕氯氣需要消耗硫酸420噸。這樣的消耗實(shí)在驚人。更令人吃驚的是：這些硫酸吸收了氯氣中的水分所釋放出來(lái)的稀釋熱量簡(jiǎn)直無(wú)法估量。以每千克濃硫酸吸收水分放出的溶解熱為3557.675千焦（850千卡）計(jì)算，每天釋放出的熱量為1.49×109千焦。這些熱量可將4462.5噸20℃水上升至100℃，這明顯是不合理的。
3.2.3.氯氣處理硫酸濃度控制對(duì)氯中含水的影響
在氯氣洗滌降溫除霧后，氯中含水的進(jìn)一步降低需要通過(guò)濃硫酸干燥及除霧的方式進(jìn)行脫除。
氯氣在硫酸中的溶解度很小，可以說(shuō)幾乎不溶解于硫酸；而水分卻能夠以任意比例溶解于硫酸之中，從而組成不同濃度比例的硫酸溶液。因此在氯氣處理工藝過(guò)程中“干燥脫水”這一步驟就借助于硫酸作溶劑；但是濃硫酸與濕氯氣中的水分進(jìn)行吸收傳質(zhì)的所謂“干燥脫水”，并不是在任何條件下都能實(shí)現(xiàn)的；而是需要一定的吸收傳質(zhì)條件，比如：溫度、溶劑濃度等等。
要使吸收傳質(zhì)操作得以進(jìn)行，需要解決三個(gè)問(wèn)題：
a.選擇合適的溶劑，要使其有選擇性的溶解氣相混合物中被分離的組分。在氯氣處理工藝過(guò)程中，選擇硫酸作為溶劑，它能夠溶解氯氣中被分離的組分水分，而對(duì)氯氣卻幾乎不能溶解。
b.選擇合適的吸收傳質(zhì)設(shè)備,以實(shí)現(xiàn)氣液二相(溶質(zhì)與溶劑)之間的接觸,使被分離的組分能夠從氣相中轉(zhuǎn)移到硫酸溶液中去。在氯氣處理工藝過(guò)程中,選擇了填料塔（泡沫塔、泡罩塔）等設(shè)備等,使氣相中的溶質(zhì)(水分)與液相的硫酸充分接觸，使氯氣中的水分能夠轉(zhuǎn)移到硫酸中去。
c.選擇的溶劑能夠循環(huán)使用。在氯氣處理工藝過(guò)程中，溶劑硫酸能夠在一定的濃度范圍之內(nèi)循環(huán)使用（98％～75％），并不斷補(bǔ)充新溶劑，以確保溶劑有足夠的循環(huán)量，使?jié)舛炔粩嗟馗隆?/p>
濕氯氣中的所含水分處理量決定于硫酸液面上方的水蒸汽分壓。而不同的濃度和溫度的硫酸溶液的液面上方的水蒸汽分壓力是不同的。把硫酸液面上的水蒸氣分壓力降低，就能提高硫酸吸收氣相中所含水分進(jìn)行傳質(zhì)的速率，也就能將“氣相”濕氯氣中所含水分量降到最低點(diǎn)。
那么，要降低硫酸液面上的水蒸氣分壓有兩種途徑：
a).在溫度一定的狀況下，溶劑硫酸的濃度越高，其液面上的水蒸氣分壓就越低（這是從參數(shù)濃度方面來(lái)考慮）。
b).在濃度一定的狀況下，溶劑硫酸的溫度降低，那么它的液面上水蒸汽分壓隨之下降，從而加大了傳質(zhì)吸收的過(guò)程的推動(dòng)力。理解溫度對(duì)硫酸吸水的影響請(qǐng)看示意圖2。
如圖所示（Ⅰ）表示：硫酸溶液在一個(gè)封閉的容器中，溶液中的水分不斷地從溶液中蒸發(fā)出來(lái)進(jìn)入硫酸液面；幾乎同時(shí)又有液面上的冷凝水蒸汽不斷地進(jìn)入硫酸溶液；因而，硫酸溶液的液面上水蒸氣分壓幾乎不變，達(dá)到平衡狀態(tài)。
如圖所示（Ⅱ）表示：硫酸溶液在一個(gè)封閉的容器中，并且處于溫度上升的加熱狀態(tài)，硫酸溶液中的水分大量的被蒸發(fā)出來(lái)進(jìn)入硫酸溶液的液面；而液面上冷凝水蒸汽進(jìn)入硫酸溶液幾乎很少；因而造成硫酸液面上的水蒸汽分壓增高，液面上的水蒸汽是很難進(jìn)入硫酸溶液的。
如圖所示（Ⅲ）表示：硫酸溶液在一個(gè)封閉的容器之中，并且處于溫度下降的冷卻狀態(tài)，硫酸溶液中的水分由于溫度降低而蒸發(fā)至液面上的很少，相反液面上的水蒸汽由于溫度降低而大量的冷凝下來(lái)，進(jìn)入溶液；因而造成硫酸液面上的水蒸氣分壓力降低，液面上的水蒸氣是很容易進(jìn)入硫酸溶液的。
當(dāng)然，對(duì)于氣相中含有雙組分（氯氣與水蒸汽）的混合物來(lái)說(shuō)，其氣相擴(kuò)散組分（水蒸汽）擴(kuò)散進(jìn)入硫酸的過(guò)程，“費(fèi)克定律”（Fickler principle）同樣是適用的。即在單位時(shí)間之內(nèi)，氣相氯氣中的擴(kuò)散組分（水蒸汽）擴(kuò)散通過(guò)單位面積的物質(zhì)量是與擴(kuò)散組分在擴(kuò)散方向Z向上的濃度梯度成正比，因此降低硫酸濃度，可以降低硫酸表面水蒸氣分壓，更加有利于硫酸降低表面水蒸氣分壓從而在噴淋過(guò)程中增加傳質(zhì)推動(dòng)力，促進(jìn)氯氣中的水分向冷硫酸中轉(zhuǎn)移，達(dá)到脫除氯中含水的目的，保證氯氣中間冷卻器的安全，防止其產(chǎn)生泄漏。
在此說(shuō)明一點(diǎn)，氯中含水水分一般控制在50ppm以內(nèi)，控制的越低對(duì)設(shè)備而言越好。氯氣壓縮機(jī)在運(yùn)行時(shí)，會(huì)設(shè)置水分高報(bào)及停車(chē)指標(biāo)，德國(guó)KKK壓縮機(jī)高報(bào)為240ppm，停車(chē)指標(biāo)為480ppm。過(guò)高的水分不但對(duì)氯氣中間冷卻器造成腐蝕泄漏，同時(shí)也對(duì)氯氣壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子及管腔產(chǎn)生腐蝕。由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達(dá)到10000轉(zhuǎn)/min，水分的失控危害極其嚴(yán)重，可在短期內(nèi)造成轉(zhuǎn)子的報(bào)廢，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子壓縮能力急劇下降，甚至造成轉(zhuǎn)子不平衡導(dǎo)致導(dǎo)致事故的發(fā)生。曾有某廠家因氯中含水不達(dá)標(biāo)導(dǎo)致氯氣壓縮機(jī)一周內(nèi)轉(zhuǎn)子報(bào)廢的事故發(fā)生。
3.3氯氣壓縮機(jī)中間冷卻器列管結(jié)垢造成堵塞導(dǎo)致局部產(chǎn)生腐蝕穿孔
原廠家提供的氯氣中間冷卻器圖紙，采用八管程列管換熱器，管道為Φ19*2碳鋼管道。經(jīng)過(guò)一年多的使用，發(fā)現(xiàn)該換熱器存在冷卻水折流管線過(guò)長(zhǎng)，阻力大，導(dǎo)致水流速過(guò)緩，管道內(nèi)部易杜塞、換熱效果差，出口氯氣溫度逐步由原來(lái)的30℃升高至51℃。
針對(duì)原氯氣中間冷卻器，冷卻水折流管線過(guò)長(zhǎng)，阻力大，導(dǎo)致水流速過(guò)緩，管道內(nèi)部易杜塞、換熱效果差的問(wèn)題，安邦公司進(jìn)行了專門(mén)的分析和研究，制定了改進(jìn)方案。
將氯氣冷卻器重新設(shè)計(jì)，將原八管程改為六管程，內(nèi)部列管改為Φ25*3管道，排列方式為正三角排列，換熱器循環(huán)水進(jìn)出口管道由原來(lái)DN125改為DN150，因高位槽位置未變，進(jìn)水壓力保持不變，出口依然保持無(wú)壓回水方式。
管道內(nèi)水流方式為喘流，根據(jù)壓差阻力與管徑的關(guān)系，壓差阻力反比于管徑之比的5次方。改造后氯氣中間冷卻器的管程阻力降為改造前阻力的0.3倍，管內(nèi)水流速增加，總傳熱系數(shù)大大增加。氯氣溫度由原來(lái)?yè)Q熱后51℃降低至25-30℃。改造后換熱效果非常明顯。
3.4氯氣中間冷卻器水側(cè)暴露導(dǎo)致的電化腐蝕穿孔
氯氣冷卻器作為備件保存時(shí)應(yīng)注意充氮?dú)獗４?，將所有氣相管口盲死確保密封，氣相口用盲板盲死，在盲板上安裝閥門(mén)及氮?dú)膺M(jìn)口。有必要時(shí)加裝壓力表，觀察氯氣冷卻器氣相壓力泄漏情況。如果充入氮?dú)夂髿庀鄩毫﹄S著時(shí)間發(fā)生持續(xù)降低，應(yīng)進(jìn)行氣密性試驗(yàn)。
氯氣冷卻器投入使用后，應(yīng)注意氣相壓力高于冷卻水壓力，以防氯氣冷卻器水管泄漏時(shí)水進(jìn)入氣相，導(dǎo)致氯氣壓縮機(jī)腐蝕造成更大事故。
氯氣壓縮機(jī)崗位巡檢人員在巡檢時(shí)，每班次需打開(kāi)水側(cè)封頭排氣口將水中夾帶的空氣排盡，在每次開(kāi)車(chē)加水時(shí)需打開(kāi)排盡氯氣冷卻器內(nèi)水中夾帶的空氣，而排水時(shí)同樣需要打開(kāi)排氣口，以能夠迅速?gòu)呐盼劭谂湃ヂ葰饫鋮s器內(nèi)水，防止氯氣冷卻器內(nèi)水因排水導(dǎo)致空腔形成負(fù)壓被吸住無(wú)法排盡。
在停車(chē)大修時(shí)，需要對(duì)氯氣冷卻器重點(diǎn)保護(hù)，除了氯氣壓縮機(jī)需要通入高氮進(jìn)行充氣置換保護(hù)外，氯氣冷卻器水相也是重中之重。因水走的是管程，從氯氣冷卻器封頭的底部進(jìn)入，從上部無(wú)壓溢出，碳鋼設(shè)備充水容易在空氣與水的接觸面上發(fā)生銹蝕，要防止這個(gè)問(wèn)題，有兩種方法可以考慮。第一種是氯氣冷卻器管程保持充水滿液狀態(tài)后關(guān)閉進(jìn)水閥門(mén)，為了保證氣相壓力大于水壓力，需要調(diào)整氯氣壓縮機(jī)進(jìn)口的氮?dú)忾y門(mén)，保證氯氣冷卻器內(nèi)氣相壓力超過(guò)水壓力5kPa以上，以防止氯氣冷卻器泄漏水進(jìn)入殼程。第二種方法是將氯氣冷卻器管程內(nèi)水徹底排盡，排盡后從氯氣冷卻器E口充入氮?dú)?，從F口將水吹出，直至排水口無(wú)水噴出為止。
在做開(kāi)車(chē)準(zhǔn)備時(shí)，氯氣冷卻器充水前必須保證氣相壓力在15kPa以上，以時(shí)刻保證氣相壓力大于水壓力。氯氣冷卻器充滿水后，提高氯氣壓縮機(jī)內(nèi)氮?dú)鈮毫υ?5-40kPa之間，各項(xiàng)準(zhǔn)備工作完畢后，開(kāi)始啟動(dòng)氯氣壓縮機(jī)。啟動(dòng)后，迅速調(diào)節(jié)進(jìn)入氯氣壓縮機(jī)的氮?dú)忾y門(mén)，保證氮?dú)夤?yīng)，防止氯氣壓縮機(jī)啟動(dòng)后導(dǎo)致一級(jí)氯氣壓縮機(jī)內(nèi)氣相壓力為負(fù)值。氯氣冷卻器曾發(fā)生過(guò)兩次因列管缺陷發(fā)生的泄漏，其中一次在氯氣壓縮機(jī)啟動(dòng)后壓力逐步上升的過(guò)程中，發(fā)生列管突然破裂，DCS氯氣壓縮機(jī)冷卻水PH值發(fā)生迅速下降，現(xiàn)場(chǎng)氯氣報(bào)警儀出現(xiàn)氯氣報(bào)警，迅速被發(fā)現(xiàn)后，系統(tǒng)停車(chē)處理，檢測(cè)出具體的泄漏氯氣冷卻器，打開(kāi)所有封頭用水管對(duì)所有列管進(jìn)行水置換，直至水清澈無(wú)異味，同理對(duì)封頭及焊接面也必須徹底沖洗干凈，防止氯水腐蝕。在整個(gè)過(guò)程中氯氣壓縮機(jī)內(nèi)始終充入大約200kPa的壓力，用肥皂水進(jìn)行試驗(yàn)，檢查泄漏的列管，如果列管泄漏，干燥的氮?dú)鈺?huì)將列管吹干，而不漏的列管保持潮濕狀態(tài)，此時(shí)用肥皂水試驗(yàn)?zāi)軌蜉^快地發(fā)現(xiàn)泄漏的列管。整個(gè)過(guò)程如果處理迅速，可及時(shí)防止氯氣冷卻器的腐蝕，否則極易導(dǎo)致氯氣冷卻器被普遍腐蝕穿孔而報(bào)廢，造成因處理不及時(shí)而產(chǎn)生更大的損失。需要注意的是檢查出泄漏的列管后，堵焊后需要進(jìn)行壓力測(cè)試，進(jìn)行打壓試驗(yàn)至使用壓力以上0.1MPa，穩(wěn)壓40分鐘以上，24小時(shí)壓力減小低于0.01MPa方可投入使用，以防砂眼無(wú)法查出導(dǎo)致進(jìn)一步泄漏，并做好試壓記錄。
3.5氯氣中冷器冷卻循環(huán)水富氧化導(dǎo)致的泄漏
我公司氯氣壓縮機(jī)中間冷卻器及油冷卻器循環(huán)水，采用獨(dú)立的循環(huán)水冷卻系統(tǒng)提供的循環(huán)水，與氯堿系統(tǒng)大循環(huán)水站獨(dú)立。
主要原因?yàn)榇笱h(huán)水站水質(zhì)由于濃縮倍數(shù)的關(guān)系，通常濃縮倍數(shù)≤3進(jìn)行換水，經(jīng)過(guò)在線檢測(cè)PH大約在8-9，含鹽量大約在0.8-1.0g/l，沒(méi)有加藥處理。氯堿系統(tǒng)換熱設(shè)備的材質(zhì)品種繁多，換熱器數(shù)量較多，出現(xiàn)泄漏進(jìn)入各種雜質(zhì)離子的可能性增加，對(duì)氯氣中冷器產(chǎn)生影響，造成腐蝕泄漏的可能性提高；大循環(huán)水站供水壓力大約在0.5MPa，而氯氣壓縮機(jī)中間冷卻器的氯氣壓力從一級(jí)到四級(jí)依次大約為0.05MPa、0.15MPa、0.35MPa、0.65MPa，大循環(huán)水站供水壓力由循環(huán)水泵供應(yīng)，采用變頻與出口溫度調(diào)節(jié)，水壓會(huì)發(fā)生變化，氯氣中間冷卻器采用手動(dòng)閥門(mén)控制且要求氣壓必須大于水壓，這給調(diào)節(jié)帶來(lái)不穩(wěn)定性。
為了確保水質(zhì)的穩(wěn)定性和供水壓力的穩(wěn)定性，我公司從第一套隔膜堿氯氣壓縮機(jī)開(kāi)始就設(shè)計(jì)采用獨(dú)立的涼水塔系統(tǒng)，設(shè)計(jì)涼水塔冷水高位槽且設(shè)置回流至低位槽，水從12米高度的冷水高位槽內(nèi)自然流到氯氣中間冷卻器及油冷卻器內(nèi)，水壓穩(wěn)定在0.12MPa。
原始采用河水作為補(bǔ)加水的方式，發(fā)現(xiàn)結(jié)垢較為嚴(yán)重，后改為純水作為補(bǔ)加水，結(jié)垢問(wèn)題得到徹底解決，但經(jīng)過(guò)了解考證，單純的純水是不適宜獨(dú)立作為補(bǔ)加水的。原因?yàn)樘间撝泻幸欢ǖ奶?，在純水中，水與鐵、碳形成原電池，純水中的溶解氧、二氧化碳具有促進(jìn)金屬腐蝕的作用，即使在氧、二氧化碳濃度很低的情況下，也能引起嚴(yán)重的腐蝕。純水對(duì)碳鋼的腐蝕面積小、深；工業(yè)水對(duì)碳鋼腐蝕的面積大、淺，容易使設(shè)備整體產(chǎn)生層狀腐蝕[4]。由于點(diǎn)蝕的過(guò)程具有自催化的特征，從而促進(jìn)腐蝕快速發(fā)展，這種腐蝕產(chǎn)生的穿孔特征為尖銳狀針孔。在不完全密閉、不加處理劑的情況下，純水對(duì)碳鋼設(shè)備的腐蝕更不利于化工生產(chǎn)。要減少腐蝕，必須合理選擇使用環(huán)境（如溴化鋰?yán)渌到y(tǒng)，完全密閉，不存在富氧化環(huán)境，純水對(duì)碳鋼設(shè)備腐蝕就可以忽略不計(jì)）。
如上所述，因敞開(kāi)式?jīng)鏊渭兗蛹兯畬?duì)碳鋼的腐蝕作用，我們采用的純水為主，添加部分工業(yè)水，控制PH在7-8以上，電導(dǎo)率控制在＜100us/cm，ORP控制在＜300mv。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)，避免了工業(yè)水容易堵塞的問(wèn)題，也解決了單純純水容易產(chǎn)生針孔腐蝕穿孔的問(wèn)題。
4、結(jié)論
綜上所述，氯氣中間冷卻器的使用安全，本質(zhì)上也是保護(hù)主設(shè)備氯氣壓縮機(jī)的使用安全。氯氣壓縮機(jī)所涉及的輔助系統(tǒng)，如氯氣處理干燥系統(tǒng)的工藝參數(shù)的運(yùn)行質(zhì)量、循環(huán)水站水質(zhì)的控制及在線監(jiān)測(cè)、設(shè)備材質(zhì)選擇及正確安裝等都關(guān)系到氯氣中間冷卻器能否長(zhǎng)周期安全穩(wěn)定運(yùn)行。
上述僅代表筆者本人的一點(diǎn)薄見(jiàn)，不妥之處，敬請(qǐng)同行業(yè)者批評(píng)指正。
參考文獻(xiàn)
[1]王榮欣，肖娜.氯氣干燥裝置運(yùn)行總結(jié)[J].氯堿工業(yè)，2014（10）：25-26
[2]劉紅民，周賢國(guó)，柴曄.降低氯中含水量的措施[J].中國(guó)氯堿，2008（7）：6-7
[3]楊國(guó)穩(wěn).氯氣處理工藝及關(guān)鍵點(diǎn)控制綜述[J].中國(guó)氯堿，2016（10）：11-14
[4]王建超，薛志清.工業(yè)水與純水腐蝕碳鋼的實(shí)驗(yàn)[J].氯堿工業(yè)，2015（3）：44-45.
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