提高蒸氨塔运行效率的优化

提高蒸氨塔运行效率的优化
【摘要】本文主要介绍了福建三钢焦化厂煤化工车间现有蒸氨工艺及存在的主要问题，认真分析其原因并提出了相应的优化措施，改进后可延长检修周期，提高蒸氨系统运行效率。

【关键词】蒸氨；堵塞；腐蚀；原因；措施
1 蒸氨工艺简述
我厂氨水处理采用先蒸氨后脱酚的工艺，如图1所示。

由焦油氨水分离装置送来的剩余氨水首先进入两台串联操作的氨水澄清槽，进一步除去焦油渣及部分焦油后，经原料氨水泵抽出，再送往陶瓷填料过滤器过滤掉大部分焦油，经过原料氨水/废水换热器换热后，去蒸氨塔蒸氨。

蒸氨塔底部通入直接蒸汽，此蒸汽一方面做热源，另一方面起蒸吹作用。

蒸氨塔顶部出来的氨汽经分缩器冷凝冷却后，去脱硫预冷塔前煤气管道中。

浓度为30%的液碱用槽车送入碱液地下槽，经液下泵送入碱液槽，再经碱液泵送至分配器中，与原料氨水混合均匀后一起送入蒸氨塔，其主要作用是分解原料氨水中的固定铵盐。

蒸氨塔底部出来的蒸氨废水由废水泵抽出，经原料氨水/废水换热器换热、废水冷却器冷却后，送至酚氰污水处理站。

2 蒸氨生产原理
我厂蒸氨工艺采用连续蒸馏工艺，蒸氨塔为泡罩塔，共31层塔板，原料氨水与液碱混合后自第27块塔板（由下至上）加入塔内，
液碱主要用来分解原料氨水中的固定铵盐，塔底通入直接蒸汽。

原料氨水中的挥发氨可直接分解汽提，主要反应为：
nh4oh → nh3↑+h2o
固定氨先转换为挥发氨再分解，主要反应为：
nh4cl+naoh→nacl+nh3↑+h2o
同时，由于工业隔膜法生产的液碱中含有c032-、so42-等杂质离子，也会发生一些副反应：
（nh4）2co3→2nh3↑+co2↑+h2o
（nh4）2so4+2naoh→na2so4+2nh3↑+2h2o
nh4scn+naoh→nascn+nh3↑+h2o
（nh4）2s2o3+2naoh→na2s2o3+2nh3↑+2h2o
3 存在问题及优化措施
运行实践证明，导致我厂蒸氨塔运行效率低的因素有多方面，除了停电、停汽导致蒸氨停产外，主要有以下几个方面：（1）分配器后至塔前dn80混合进料管堵塞；（2）蒸氨塔氨气管及分缩器腐蚀；（3）塔盘、换热器、冷却器等设备堵塞。

3.1 分配器后至塔前dn80混合进料管堵塞
我公司蒸氨系统于2004年竣工投产，设计处理量为30t/h，运行至2009年，发现分配器后至进塔前dn80混合进料管频繁堵塞，管道弯头、阀门等处堵塞现象尤为严重，堵塞后氨塔处理能力大幅度下降，由正常时30m3/h下降到10m3/h左右，且由于两台蒸氨塔共用一套进料管路，处理此段管道堵塞必须要停塔清理，通常是采用
敲打管道的方法，每次清理约需5～8小时，这样，蒸氨塔的运行效率得不到保障。

由于经常敲打此段管道，导致管道变形严重，存在一定的隐患，同时，由于蒸氨塔开停次数较多，温度的变化及管道、塔盘积液，也会加剧塔盘、换热器、冷却器和分缩器等设备的堵塞及氨气管道的腐蚀。

3.1.1 堵塞物成分及原因分析
由于堵塞出现在分配器（碱液加入位置）后，而分配器前原料氨水管极少堵塞，初步判定此堵塞主要是由于液碱中的oh-及co32-、so42-等杂质离子引起的，拆开管道，取出堵塞物，发现其主要呈现黑灰色，外表附着一层灰绿色物质（判定为fe（oh）2遇空气变为（fe（oh）3的中间产物），将此堵塞物放入盐酸、硫酸等酸性溶液中，均能部分溶解，对此堵塞物进行灼烧、称重，干基（无机物，主要成分为cao、mgo、fe2o3等）约占22.3%，同时，由于剩余氨水中会含有焦油、煤粉等杂质，根据分析，我们判定此堵塞物主要是oh-、c032-、so42-的沉淀物及焦油、粉尘等杂质组成的混合物。

生成沉淀所需的ca2+、fe2+、mg2+等阳离子来自于剩余氨水中，主要来自煤气净化过程中使用的高硬度的工业水、循环水的泄露水、终冷塔置换的冷凝液等，oh-、c032-、so42-等阴离子来自碱液，剩余氨水与碱液在分配器内混合，反应非常迅速，在溶液中很快就会有沉淀产生，同时，由于剩余氨水槽的除油效果不好，剩余氨水中会含有悬浮焦油，当溶液中有沉淀产生时，悬浮的焦油会粘
附在沉淀上，随着液体流动，粘附在管壁上，造成堵塞现象。

当遇到弯头或阀门时，阻力增大，流速变缓，导致堵塞现象尤为严重。

3.1.2 工艺优化措施
针对此段管道的频繁堵塞，导致的停塔检修现象，提出一些优化措施：
1）加强原料氨水槽的排油操作。

此前，我厂对原料氨水槽的排油操作没有明确规定，基本上由长白班人员完成，平均2-3天排油一次，且周六周日没有排油，这样，原料氨水含油情况不够稳定，现规定白班人员每天排油一次，并对此进行严格监督考核，可有效改善剩余氨水含油，减缓管道堵塞现象发生。

2）控制好原料氨水槽的液位。

日常操作时，通过调节进塔原料量，控制原料氨水槽液位不要太高或太低，尽量控制在3-4m。

若液位太高，碰到管道堵塞或突发停塔检修时，容易引发原料槽满流事故；若液位太低，氨水澄清效果不理想，容易引发管道设备的堵塞。

3）控制好碱液质量，采用质量达到国家标准的碱液。

质量差的碱液，杂质含量较多，生产时为控制好废水ph值，必定会消耗更多的碱液，这样，不仅会增加蒸氨成本，同时由于摄入更多的杂质，也会使得沉淀量增多，加剧管道堵塞。

4）精确控制加减量。

碱液的加入量通过蒸氨废水ph值控制，确保废水ph值在9.0-9.5之间，蒸氨废水ph值由生化脱酚人员每两小时一次测试而来，若超出指标范围，蒸氨工序人员要及时去现场调节，同时，脱酚人员要半小时一次跟踪测试，至废水ph值恢复
正常为止。

5）停产期间，规范蒸氨塔的开停操作。

停塔应该是按照先听碱液、氨水，再停蒸汽的顺序，开塔则按照先开蒸汽，再开氨水、碱液的顺序，避免开停塔时摄入过量碱液，且停塔期间要排空管道内残留碱液。

6）制作一套备用进料管。

针对此段管道容易堵塞现象，制作一套备用进料管，这样，检修时可直接将备用管道安装上去，能有效减少检修时间，可缩短至1-2小时，甚至可以在停进料不停蒸气的情况下检修，这样，不仅节约了开工时预热蒸氨塔的时间，且能一定程度减缓蒸氨塔盘的堵塞。

3.2 氨气管及分缩器腐蚀
我厂蒸氨塔设计为铸铁塔，分缩器、氨气管材质设计为316l不锈钢，运行期间，发现氨气管仪表头焊缝、放散短接等地方极容易腐蚀穿孔，分缩器也腐蚀的较为厉害，且放散、氨气管等阀门均存在泄漏，严重影响现场作业环境，须停塔检修。

3.2.1 原因分析
氨水蒸馏时，气相进入分缩器，冷凝液回流至塔内，氨气由氨气管送入饱和器前煤气管，可见，分缩器和氨气管的腐蚀主要是由气相中的腐蚀性介质引起的。

参考某厂对蒸氨塔腐蚀性介质的检查结果，f-nh3、hcn、s2-和s2o32-主要集中在塔顶气相冷凝液中，scn-和cl-在塔顶气相和塔底液相中均匀分布，so42-则主要集中在塔底出水，塔顶气相中含
量甚微。

根据金属腐蚀机理，cl-活性很强，出现小孔腐蚀的可能性较高；少量的s2-存在会对金属的腐蚀产生较大的影响，导致金属表面钝化膜破坏，使不锈钢电极阻抗值大幅度降低，加速腐蚀的进行；同时so42-较高，易引起晶间腐蚀。

由此可见，分缩器的腐蚀主要是由cl-和s2-共同作用引起的，而氨气管主要是由cl-引起的小孔腐蚀。

3.2.2 工艺优化措施
针对分缩器和氨气管的腐蚀，提出以下优化措施：
1）分缩器和氨气管材质可选用耐腐蚀性能更强的钛合金材质或纯钛材质。

2）检修时，采用氩弧焊接工艺，能够有效缓解腐蚀状况。

3）停塔期间，须排空设备管道内液体，再通入蒸汽清扫设备内残留的腐蚀性介质。

4）温度的变化也会加剧金属的腐蚀，要尽量减少停塔次数，保持蒸氨塔稳定运行。

3.3 塔盘、冷却器等设备堵塞
长期运行，也会导致塔盘、换热器、冷却器等设备堵塞，但频率较低，大约3年要清理一次，检修时，发现换热器的堵塞主要存在原料氨水通道，冷却器的堵塞主要存在于废水通道，堵塞物主要是焦油，针对以上问题，提出以下优化措施：
1）加强原料氨水槽的排油。

2）加强过滤器的反冲，必要时拆开过滤器检查陶瓷填料，如过滤效果不理想，可更换填料。

3）停塔时，要继续通入一段时间蒸汽，蒸吹塔盘上残留液体，缓解塔盘积液现象。

4）停止换热器、冷却器运行时，要关闭进出口阀门，并放空设备内液体。

5）冬季气温较低时，要加强废水温度的控制，控制在适宜范围内。

4 结束语
4.1 通过对蒸氨工艺及日常操作上的一些优化，能有效减少的蒸氨塔的检修次数及每次停塔检修的时间，适当延长检修周期，提高蒸氨塔运行效率。

4.2 建议在蒸氨废水冷却器出口安装一在线ph计，自动连锁控制加碱量。

蒸氨塔碱液量的调节通过废水ph值控制，废水ph值由生化脱酚工序人员2小时一次测试后反馈而来，若超出指标范围，蒸氨工序人员才去现场调节，这样，碱液的调节明显滞后，且得不到精确控制。

建议在蒸氨废水冷却器出口安装一在线ph计，更加直观、敏锐的反映废水ph值，再与加碱量实现连锁，能够更加精确的控制加减量，缓解管道及塔盘堵塞情况。

4.3 合理安排蒸氨塔的检修，尽量在外部停电、停汽时开展检修，能减少蒸氨塔开停次数，提高运行效率。