浅析蒸发系统的稳定运行

孙秀瑾

[摘要]结合蒸发运行中的实际操作,分析进料碱浓度与温度、蒸发器的液位、真空度、蒸汽压力、不凝气等因素对蒸发稳定运行的影响,提出在蒸发装置生产操作中要严格控制好这些指标,以维持蒸发系统稳定运行、提高产品质量、降低消耗。

[关键词]碱浓度 真空度 蒸汽压力 液位

中图分类号:TK2文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)0910133-01

一、工艺流程简介

从离子膜电解单元来的32%碱液进入32%碱液槽,然后由32%碱液泵送至Ⅰ效降膜蒸发器被浓缩至36.5%左右,其加热的热源为Ⅱ效降膜蒸发器产生的二次汽。在Ⅰ效降膜蒸发器产生的二次汽进入表面冷凝器,用循环水进行冷却而被冷凝下来,惰性气体则被水环式的真空泵抽走,从而保证系统有足够和稳定的真空度。从Ⅰ效降膜蒸发器出来的36.5%碱液用36%碱液泵送经预热后进入Ⅱ效降膜蒸发器被浓缩至41.8%左右,其加热的热源为Ⅲ效降膜蒸发器产生的二次汽。从Ⅱ效降膜蒸发器出来的41.8%碱液用42%碱液泵送经预热后进入Ⅲ效降膜蒸发器被浓缩到规定的50%碱液。从界区来的中压蒸汽经减温减压后变成饱和蒸汽进入Ⅲ效降膜蒸发器的加热室作为该效的热源,通过控制蒸发温度来保证产品浓度。从Ⅲ效降膜蒸发器出来的50%碱液用浓碱泵送经冷却后进入50%碱液槽,然后用50%碱液泵送至各用户。工艺流程示意图如图1。

Ⅰ-Ⅰ效降膜蒸发器;Ⅱ-Ⅱ效降膜蒸发器;Ⅲ-Ⅲ效降膜蒸发器;

1-36%碱液泵;2-42%碱液泵;3-50%碱液泵

二、影响因素分析

(一)进料碱浓度与温度。蒸发的进料碱是从离子膜电解来的碱液,浓度约为32%,进料碱浓度低,则需要蒸发的水分也多,不仅会影响装置的生产能力,也会增加蒸发装置蒸汽的消耗量。但是电解液浓度过高,又会影响离子膜电槽的电流效率,增加电耗。为准确控制好电解液的浓度,在电解单元设有一取样点,定时对电解液的浓度取样分析,根据分析结果及时进行调整使电解液浓度严格控制在32%左右,当浓度有偏差时,可通过增加或减少高纯水的流量来进行调节。

另外,来料碱液的温度对蒸发也有影响,来料碱温度高,可以节约消耗的蒸汽量,但是温度过高又会加快碱液对蒸发器等的腐蚀。从电解槽流出的碱液温度是通过一个碱换热器来控制的,电解液与循环水进行换热,通过控制经过碱换热器的电解液流量来保证电解液的温度维持在85-90℃,为保证进入蒸发器的碱液温度,我们在蒸发工序设有32%碱液槽,这样同时也可以保证进入蒸发器的碱液浓度以及供料相对稳定,避免造成蒸发系统的波动。

(二)蒸发器的液位。要稳定蒸发操作,必须使蒸发器的液位保持恒定。因为蒸发器液位过高,会增加液柱的静压头,引起碱液沸点升高,蒸发量也会减小;液位过低,二次汽夹带碱液量大,造成冷凝液中带碱。因此,蒸发操作中必须维持蒸发器的液位稳定。我装置中降膜蒸发器的液位设定在固定值40%,能够保证碱液有足够的汽液分离空间,通过液位调节阀门自动调节进入蒸发器的碱液流量,当蒸发负荷过低时,蒸发器的液位波动很大,会导致整个蒸发系统的大幅度波动,为保证蒸发器能正常工作,蒸发的负荷不能低于蒸发器设计能力的60%,进Ⅰ效蒸发器的32%碱流量要大于36m3/h。

(三)真空度。蒸发装置的Ⅰ效和Ⅱ效都是在真空的条件下操作的,真空度是蒸发装置的一个重要的控制指标,真空度增加,Ⅰ效的沸点降低,有效温差提高。较高的真空度有利于提高装置的生产能力和降低蒸汽的消耗量,但是由于真空受到冷凝水温度等的限制,也不可无限制的提高,一般Ⅰ效压力不低于-92KPa·G。真空度过高也会增加真空泵的负担。

(四)蒸汽压力。中压蒸汽是蒸发装置的加热热源,提高加热蒸汽的压力,有助于提高蒸发器的生产能力。但是,蒸汽压力过高,容易造成液体在管内剧烈沸腾,形成汽膜,影响装置生产能力;蒸汽压力过低,经过加热器的碱液达不到所需要的温度,也会降低蒸发强度,因此,选择适宜的蒸汽压力才能保证蒸发器的生产能力。另外,生产中由于蒸汽压力是共用系统,有时会遇到压力波动的情况,不仅影响到整个系统物料和能量平衡,还会影响到对成品碱浓度和质量的有效控制,所以要保证蒸汽压力的稳定,才能保证蒸发系统的平稳运行,保证产出优质的成品碱。

从界区来的中压蒸汽压力大约在1.4-1.5MPa,在进蒸发器之前设置了减温减压装置,并设有一台增湿泵,经增湿后使蒸汽压力保持相对稳定在1.0MPa。为避免停车后增湿水进入蒸汽系统,停车降蒸汽后要及时停增湿泵。在蒸汽系统,我们还设有安全阀,当压力超过一定值时安全阀就会起跳,可以对系统起到保护作用。

(五)不凝气。在蒸发装置中,由于加热蒸汽中含有一些空气及挥发性物质,在效体中蒸汽冷凝后,剩下不凝性气体,这些不凝性气体不及时排除会在加热室内逐步积累,严重影响系统的真空度。不但会增加真空泵的负荷,而且也会在加热管周围形成一层气膜,降低蒸发器的生产能力。生产中要定期排除不凝气,才能保持必要的真空,有利于蒸发的稳定。

蒸发装置中表面冷凝器、Ⅰ效中的不凝气通过水环式真空泵连续抽出,Ⅱ、Ⅲ效不凝气均通过设在蒸发器顶部的管线直接定期排空,若不及时排除不凝气,Ⅱ、Ⅲ效管侧压力高出正常值,成品碱浓度降低。

(六)仪表。仪表的维护也是蒸发工序稳定运行的关键,我厂蒸发装置采用了先进的DCS操作控制系统,可根据生产需要随时调整成品碱产量和浓度,蒸发单元很多参数例如温度、液位、压力等都是自动控制调节,所以仪表指示正确与否直接影响到蒸发系统的稳定运行,若仪表指示出现误差,会导致操作控制系统对蒸发运行情况进行错误判断,引起系统波动,所以一旦仪表出现异常,必须及时联系仪表人员进行检查调校。

(七)杂质。蒸发设备在运行过程中不可避免会造成一定程度的腐蚀,导致成品碱中含有杂质,影响产品性能。为解决这一问题,装置在成品碱进入50%碱液罐前设有两台碱过滤器,当蒸发负荷下降无法保证时要及时更换滤袋,以维持蒸发系统稳定,保证产品质量和产量。由于安装设计问题,其中一台碱过滤器运行时间一直较短,针对这一问题,2009年大检修期间调整了其碱液进出口方位,出入口管线的弯头大大减少,管线阻力也相应减小。

三、小结

蒸发装置生产操作中要严格控制好进料碱浓度与温度、蒸发器的液位、真空度、蒸汽压力等参数,这些因素变化都会导致蒸发系统的不稳定,影响产品碱的浓度和质量等,从而影响到企业的效益。控制好这些参数是维持蒸发系统稳定运行、提高产品质量、降低消耗的保证。