制硝制鹽中液泛成因與防范措施

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本文作者：馬秀珍、呂新民 單位：江蘇瑞洪鹽業(yè)有限公司

1（略）

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3淺析我公司真空制硝制鹽生產(chǎn)過程中的液泛現(xiàn)象

3.1真空制硝制鹽生產(chǎn)過程中的液泛現(xiàn)象概述。在真空制硝制鹽生產(chǎn)過程中，液泛是非正?，F(xiàn)象，造成這種現(xiàn)象主要是液態(tài)靜壓壓制不住沸騰壓力，至使加熱液流體在循環(huán)運(yùn)行中閃發(fā)異常，出現(xiàn)液泛。正常生產(chǎn)中由于蒸汽壓力的波動，加熱室壓力升高或降低，加大加熱管內(nèi)、外的溫度差，增加了料液過熱度，破壞了正常生產(chǎn)中的液壓平衡，提高了循環(huán)料液的出口溫度，使料液加熱后所含熱值偏高，增加流體料液液態(tài)壓力，改變了閃發(fā)的速率，造成閃發(fā)異常。

料液在加熱室也就是換熱器加熱后，加熱室管內(nèi)料液被管間的蒸汽加熱，達(dá)到沸點(diǎn)（雖然料液達(dá)到沸點(diǎn)，但是由于液柱靜壓，使溶液在加熱室中只加溫不沸騰）,管內(nèi)料液在熱作用下膨脹形成一定壓力，受熱膨脹料液在上升進(jìn)入蒸發(fā)室中，溶液壓力急速釋放，壓力下降，溶液溶劑大量汽化，形成蒸汽。在生產(chǎn)操作中由于液面控制超標(biāo)，使料液蒸汽壓力增加，加熱管中溶液過熱度大，上升過程中自身能量迅速噴射，這種爆發(fā)性閃發(fā)使蒸發(fā)室中料液向四周騰飛，過度閃發(fā)力帶起的料液，一部分隨閃發(fā)蒸汽帶走，進(jìn)入換熱器中隨冷凝水進(jìn)回收系統(tǒng)，造成原料損失，這就是所謂的液泛。

3.2我公司真空制硝制鹽生產(chǎn)過程中的液泛現(xiàn)象案例。2011年8月16日地處洪澤縣西順河鎮(zhèn)的江蘇省鹽業(yè)集團(tuán)洪澤鹽化工有限公司（現(xiàn)更名為江蘇瑞洪鹽業(yè)有限公司）硝鹽分廠，小夜班21:00點(diǎn)鐘，在調(diào)節(jié)鹽末效液位時(shí)電氣調(diào)節(jié)閥抱死，鹽末效液位急速下降，這時(shí)操作員工為了保持系統(tǒng)正常運(yùn)行，降低系統(tǒng)料液循環(huán)量，使系統(tǒng)在短時(shí)間內(nèi)維持運(yùn)行，相關(guān)人員迅速處理調(diào)節(jié)閥，約十幾分鐘，調(diào)節(jié)閥打開，系統(tǒng)恢復(fù)正常循環(huán)，各效液面控制在指標(biāo)內(nèi)。

系統(tǒng)循環(huán)正常后，鹽系統(tǒng)首效液面正常，此時(shí)從罐頂視鏡中發(fā)現(xiàn)首效料液沖擊罐頂，而系統(tǒng)次效罐內(nèi)液面下降，導(dǎo)流管調(diào)節(jié)閥100%的開啟度，次效液面繼續(xù)下降，操作員工當(dāng)時(shí)在想，首效液位不低，都沖擊罐頂怎么次效液面還在下降呢？當(dāng)時(shí)判斷首效溢流管導(dǎo)料不暢，用冷凝水多次沖涮無果，處理至交班，零點(diǎn)班次員工接班后，通班液泛，部分料液隨二次蒸汽進(jìn)入冷凝水系統(tǒng)，導(dǎo)至系統(tǒng)原料消耗失衡，兩臺流量60m3/h、楊程45m的冷凝水泵無法抽走末效冷凝水，被迫鹽系統(tǒng)降負(fù)荷生產(chǎn)，在硝鹽分廠各方人員的排查下，焦點(diǎn)集中在首效導(dǎo)溢管線蝶閥上，為了破疑，17號下午停系統(tǒng)拆蝶閥排疑，拆下蝶閥檢查無異常，管線暢通正常，相關(guān)人員研究后，恢復(fù)系統(tǒng)生產(chǎn)。系統(tǒng)正常運(yùn)行后，通汽生產(chǎn)，首效依舊液泛，相關(guān)技術(shù)人員跟班觀察，幾個(gè)班次觀察下來，從外觀沒查出異常，料液組份無異，生產(chǎn)工藝執(zhí)行良好。為了查明原因，弄清情況，經(jīng)請示公司領(lǐng)導(dǎo)同意后，鹽系統(tǒng)停車檢查設(shè)備。

19號上午9:00點(diǎn)鐘鹽系統(tǒng)排首效、次效、Ⅲ效料液，打開各效罐體人孔檢查內(nèi)部結(jié)構(gòu)，鹽首效循環(huán)管出口、罐體、循環(huán)泵葉、溢流管、格柵等都無異常，查出次效、Ⅲ效循環(huán)管出口支撐脫落，管口小部分變形，但這點(diǎn)變化改變不了循環(huán)流速。加固次效、Ⅲ效支架，恢復(fù)繼續(xù)生產(chǎn)。支架加固至20號零晨4點(diǎn)多，加料，系統(tǒng)循環(huán)后通生蒸汽，鹽系統(tǒng)循環(huán)正常，起因無果。

在制鹽生產(chǎn)中，鹽系統(tǒng)中的料液化學(xué)成份多，濃度高，水份蒸發(fā)速度就較慢，耗能較高，制鹽周期長，而且鹽結(jié)晶中所含雜質(zhì)也較多。根據(jù)這個(gè)原理，鹽系統(tǒng)在生產(chǎn)一段時(shí)間后，料液都需更換處理，更換料液時(shí)，為確保鹽系統(tǒng)傳熱及管道的暢通，系統(tǒng)都加水煮罐，煮罐后系統(tǒng)生產(chǎn)又出現(xiàn)液泛，幾次更換料液，幾次都液泛，出現(xiàn)這種情況時(shí)，都是通過降負(fù)荷生產(chǎn)，提料液濃度來解決，料液濃度達(dá)到過飽和后，系統(tǒng)漸漸恢復(fù)正常，負(fù)荷升至正常狀態(tài)。但是在2011年10月27日更換料液涮罐時(shí)，鹽系統(tǒng)液泛非常嚴(yán)重，連續(xù)幾天生產(chǎn)都無法正常，無奈之下再次停車檢查，這次主要針對性地排查各效罐體，對首效循環(huán)泵進(jìn)出口、格柵、泵葉片、加熱室例管等處進(jìn)行檢查，在各項(xiàng)疑點(diǎn)通過仔細(xì)檢查后，無果而終。投料恢復(fù)生產(chǎn)，一切正常，無法得出合理結(jié)論。

3.3分析我公司真空制硝制鹽生產(chǎn)過程中發(fā)生液泛現(xiàn)象的原因。我公司生產(chǎn)中采取的是真空多效蒸發(fā)，即強(qiáng)制循環(huán)式蒸發(fā)，（多效循環(huán)蒸發(fā)制鹽流程如圖2所示）。

這是一種用泵強(qiáng)制溶液作循環(huán)流動，料液通過加熱室管間加熱，此時(shí)管間內(nèi)料液溫度上升，高出溶液沸點(diǎn)，由于蒸發(fā)室具有一定高度，加熱管間以上的溶液形成液柱靜壓，使加熱后的溶液達(dá)到沸騰點(diǎn)而不沸騰，(這些料液含有相當(dāng)?shù)娘柡驼羝麎?這些加熱溶液上升到蒸發(fā)空間，熱值釋放，溶液壓力降低，溶劑大量汽化，液體中的液態(tài)分子蒸發(fā)為氣態(tài)分子，被作為熱源再次利用，溶液濃縮析出結(jié)晶。

但是這種形式的蒸發(fā)，料液經(jīng)過加熱室加熱，溶液溫度升高達(dá)到沸點(diǎn)，雖然料液達(dá)到沸騰點(diǎn)，但是由于液柱靜壓，使溶液在加熱室中只加溫不沸騰，加熱料液進(jìn)入蒸發(fā)室界面空間才能閃發(fā)沸騰，這種表層溶液汽化不可能造成溶液濺起騰飛，造成溶液騰飛的原因主要是液柱靜壓小，壓制不住加熱料液沸騰，使料液在加熱室中汽化，形成溶液密度間隙﹙也就是汽泡﹚，料液間隙中的汽態(tài)分子，由于溶液表面張力和液柱靜壓，控制這些汽泡容積，使這些汽態(tài)分子具有很強(qiáng)的澎漲力，它們被循環(huán)流動料液挾帶上升至接近閃發(fā)空間時(shí)，此時(shí)它的漲力大于上表層液柱靜壓，這樣使這些汽泡在沒上升到閃發(fā)空間就形成爆炸性閃發(fā)，這樣的爆炸性閃發(fā)使覆蓋它的溶液隨著能量釋放而濺起騰飛沖擊罐頂，即形成液泛的異?，F(xiàn)象。

然而這種現(xiàn)象在生產(chǎn)過程中是不可能出現(xiàn)的。鹽系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)，它的加熱室到上管板高度6m，而上管板進(jìn)入蒸發(fā)罐出口高度也有6.5m以上，而這么大的液柱靜壓無法造成溶液間隙，能造成這種現(xiàn)象的可能性只有循環(huán)管進(jìn)口格柵堵塞、或循環(huán)泵跳停，使加熱室中料液受熱過度，造成過熱被動循環(huán)，料液受熱無節(jié)制，才會出現(xiàn)這種閃發(fā)異常。但循環(huán)泵工作正常，格柵良好。

硝鹽聯(lián)產(chǎn)從試生產(chǎn)至今，設(shè)備通過生產(chǎn)驗(yàn)證不斷改進(jìn)，各生產(chǎn)環(huán)節(jié)理化實(shí)用，生產(chǎn)能力不斷提升。為了適應(yīng)當(dāng)前原料變化，硝鹽聯(lián)產(chǎn)通過論證，根據(jù)實(shí)際情況對鹽系統(tǒng)在不改變原結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，對混合冷凝器進(jìn)行擴(kuò)容改造，提高鹽系統(tǒng)總溫差，增大現(xiàn)有鹽系統(tǒng)的生產(chǎn)能力?；旌侠淠饔?011年7月11日投入使用，系統(tǒng)各效溫、壓差梯度增大，真空度提高，效果非常明顯。

真空度增大，提真空的速率上升，這樣就造成了系統(tǒng)原承載力的改變，承載的改變使系統(tǒng)各管線料液流動時(shí)引起壓強(qiáng)改變，這種流體內(nèi)摩擦力產(chǎn)生的壓力差，即壓降。使各管線焊接部位本就到工作時(shí)限的，(從投入使用至今各焊縫已多處滲漏)滲漏處成為輕泄漏，這種內(nèi)外壓差造成的輕泄空氣使管線內(nèi)料液產(chǎn)生密度間隙，這些帶有間隙的料液經(jīng)1100m2換熱面積預(yù)熱器加熱，再經(jīng)系統(tǒng)首效2100m2換熱面積加熱室加熱，使這些汽泡間隙再注入溶液沸騰汽態(tài)分子，本就有12.5m液柱壓再注入汽態(tài)壓力，造成這些密度間隙附有很強(qiáng)壓力，高壓力間隙大于它的液壓后，就形成爆炸性閃發(fā)，這就是系統(tǒng)液泛的主因。

8月16日小夜班，在Ⅲ轉(zhuǎn)Ⅳ電動閥抱死時(shí)，當(dāng)班迅速降低末效轉(zhuǎn)料量，使Ⅳ轉(zhuǎn)Ⅰ轉(zhuǎn)料量維持最低限。由于改變了原流量，末效相連轉(zhuǎn)料總管上的溢流支管只有臨近的在工作，而停止溢流的支管在一定時(shí)間內(nèi)，受外冷作用，其支管內(nèi)的溶液形成濕水結(jié)晶體，滯留在支流管中。待Ⅲ轉(zhuǎn)Ⅳ電子汽動閥處理好后，各設(shè)備調(diào)為正常狀態(tài)。此時(shí)Ⅳ轉(zhuǎn)Ⅰ轉(zhuǎn)料泵滿負(fù)荷工作！而支管在瞬間增容時(shí)，滯留管中濕晶體溶液阻力大，使Ⅳ轉(zhuǎn)Ⅰ轉(zhuǎn)料困難，這種能量損失是由流體流動時(shí)克服內(nèi)摩擦力和湍流時(shí)流體質(zhì)點(diǎn)間相互交換動量引起的，這種流體流動產(chǎn)生的壓力差，導(dǎo)致轉(zhuǎn)料泵進(jìn)口管線上的滲漏點(diǎn)引入外力來補(bǔ)充管道中的壓力差，這樣就造成了流體溶液的密度間隙，這些間隙注入沸騰汽態(tài)分子﹙即使管道沒有滲透點(diǎn)，由于循環(huán)泵的吸力作用，進(jìn)口管中溶液內(nèi)流量不足形成真空也可引起溶液間隙。而管道中的壓降低于或同等于末效的壓降，所以管道中料液溫度處于高沸騰點(diǎn)，任何的間隙空間都可能造成一定能量的汽態(tài)分子汽泡﹚，這就是造成系液泛的問題所在。

8月20日鹽系統(tǒng)換料煮罐，首效溫度達(dá)到后，系統(tǒng)開始循環(huán)沖涮各效及管線。在啟動末效轉(zhuǎn)料泵時(shí)，轉(zhuǎn)料泵開啟幾次都沒成功，在免強(qiáng)啟動后開啟出口閥時(shí)，泵都因氣塞而重啟。

10月27日更換料液，加水煮首效罐，煮罐水達(dá)92℃，開始啟動末效轉(zhuǎn)料泵，開啟數(shù)次1個(gè)多小時(shí)系統(tǒng)料液也沒循環(huán)成功，在高壓沖洗水導(dǎo)引多次兩泵循環(huán)才開啟。鹽系統(tǒng)首效加水煮罐達(dá)94℃才啟動系統(tǒng)循環(huán)，這時(shí)EV306換熱器溶液過熱度遠(yuǎn)超它的沸點(diǎn),這些帶有一定蒸汽壓的溶液循環(huán)再經(jīng)過首效加熱室加熱，在它上升過程中它的自身壓力大，而液柱靜壓小于上升溶液的蒸汽壓時(shí),導(dǎo)致溶液爆炸閃發(fā),使覆蓋在上升溶液上的料液隨爆炸閃發(fā)力躍起騰飛.這些騰飛料液形成裙?fàn)钏?，與由下而上的閃發(fā)蒸汽進(jìn)行混合傳熱和傳質(zhì)。因鹽料液中含有多介質(zhì)化學(xué)成份，所以它的閃發(fā)水分子分解出多性不冷氣體，當(dāng)躍起的料液和這些氣體混合物接觸時(shí)，就會使一部分氣體回融洽到料液中去，而因閃發(fā)后的料液與蒸發(fā)空間壓力基本平衡，至使這些微量氣體在料液中不能瞬間沖破液膜，這就形成了料液泡沫化，這些泡沫料液大大降低其液柱靜壓，使這些帶有密度間隙含一定壓力的加熱料液，閃發(fā)騰起的更強(qiáng)，料液騰飛越大其汽化度就更高，這樣就形成閃發(fā)空間界液面覆蓋著一層汽化料膜層，覆蓋在閃發(fā)界面的汽膜層由于閃發(fā)作用，形成不規(guī)則紊流體上下反騰，沖向罐頂，造成液泛。

經(jīng)過幾年的生產(chǎn)實(shí)踐我們總結(jié)得出，鹽系統(tǒng)料液在生產(chǎn)一段時(shí)間后，料液由于在外力作用下，流體內(nèi)部各層之間產(chǎn)生相對運(yùn)動，有相對運(yùn)動則就有互作用力，該作用力起到“抗拒”相對運(yùn)動的作用，這種作用形成的流體粘性影響鹽系統(tǒng)的蒸發(fā)，而制鹽生產(chǎn)的料液是通過制硝生產(chǎn)后，供給制鹽系統(tǒng)，這些本身就含有一定粘性的料液，再經(jīng)鹽系統(tǒng)循環(huán)運(yùn)動，料液中硬度離子在一定的熱作用下產(chǎn)生較輕微膠體，這種膠體使加熱料液不能完全得到閃發(fā)，沒有閃發(fā)的汽態(tài)分子滯留在料液中就形成了密度間隙。當(dāng)各效真空系統(tǒng)有漏點(diǎn)出現(xiàn)時(shí)，就會造成液泛現(xiàn)象。

在2011年8月20號液泛停車處理，破鹽系統(tǒng)真空時(shí)，鹽末效轉(zhuǎn)料母管兩處泄漏，處理后開車正常。10月27日液泛停車檢查時(shí)，鹽末效兩根溢流支管各一處漏點(diǎn)，母管一處漏點(diǎn)，處理后開車正常。2012年1月16日液泛鹽系統(tǒng)末效轉(zhuǎn)料母管﹙盤管﹚及支管四處焊縫泄漏，處理后正常。

4防止出現(xiàn)液泛的措施

通過我們在實(shí)踐中總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)，為了避免再次出現(xiàn)液泛現(xiàn)象提出以下幾個(gè)措施：（1）控制適當(dāng)?shù)囊簹獗?；?）控制適當(dāng)?shù)呢?fù)荷；（3）保證液體干凈，不易發(fā)泡；（4）保證塔板清潔無污；（5）加強(qiáng)對設(shè)備的檢查維護(hù)保養(yǎng)；（6）加大對漏點(diǎn)的排查力度；（7）提高相關(guān)操作人員的操作技能。