关于氯气处理装置的设计

关于氯气处理装置的设计
1 装置整体布置方案的确定
目前，国内绝大多数氯碱厂的氯气处理装置都是采用三层框架式厂房进行布置，厂房层高多数为5.0~6.0m，厂房的总体高度达到15~18m.该布置方案虽然用地较省，但土建费用较高，设备吊装和配管很不方便，因此，该布置方案并不是最优的，只有在企业用地非常紧张的情况下才宜采用。

针对以上布置方案的缺点，2006年，中盐湖南株洲化工集团科人设计公司在为江西蓝恒达有限公司设计的一套5万t/a氯气处理装置时，首先采用了一种全新的布置模式，即只采用单层厂房来布置设备，并适当地提高楼层高度至7m，将钛冷却器、除水雾器、除酸雾器挂在楼面，氯气干燥塔只需穿过1层楼面，设备吊装、检修及配管均十分方便，并可节约一半左右的土建费用。

该套氯气处理装置已经运行近4年。

之后，该设计公司又将此设计模式用于河南三门峡天成电化有限公司氯气处理装置中，同样取得了十分理想的效果。

2007年，中盐株化集团公司新上1套20万t/a的氯气处理装置，并由该公司主持装置施工图的设计，装置布置在旧厂区内，由于受到用地的限制，因而采用了上述第一种布置方案，但考虑到干燥塔的吊装问题，布置时，将干燥塔放在了靠近装置厂房的室外，利用厂房楼面作为干燥塔的操作与检修平台，该布置也取得了不错的效果。

因此，设计者一定要根据建设单位的具体情况来确定装置的整体布置方案，设计人员通过了解项目用地、建设单位资金投入来调整优化设计，并需要在设计中有所创新。

2 流程的选择要与设备的选型相匹配
氯气干燥流程，大致可以分为单塔、双塔和三塔流程，塔型多为填料塔和泡罩塔，最后1个塔一般为填料加泡罩组合塔。

氯气干燥流程的选择主要应根据氯气压缩机的选型来确定。

氯气压缩机主要有3种类型：液环式纳氏泵、国产小透平和进口大透平。

其中纳氏泵一次性投资最省，但运行不节能，维修保养费用较高，且需要浓硫酸作输送介质，对氯气质量有一定影响，通常只在生产规模较小或建设单位资金有限的情况下才采用。

纳氏泵对氯中含水的要求是最低的，一般氯气含水量小于500×10-6纳氏泵就可以正常运行。

选择纳氏泵作氯气输送设备时，氯气干燥可以采用一塔或者二塔流程。

国产氯气小透平机则具有一次性投资适中，运行相对节能，工况条件适应性较强，自动化程度较高的优点，是目前氯碱企业使用十分普遍的一种氯气压缩机，小透平机一般要求氯中含水量不得大于300×10-6，氯气干燥流程可以选用二塔或者三塔流程。

进口氯气大透平机如德国三K公司生产的氯气大透平机，其主要特点是运行十分节能，自动化程度也高，设备维修工作量小，但设备价格昂贵，工况条件要求高。

进口氯气大透平机是近年来才逐步被一些大型的氯碱企业采用的，大透平机对氯气含水量要求很苛刻，一般规定氯中含水量不能大于20×10-6，所以一般要采用三塔氯气干燥流程才能满足要求。

2007年，中盐株化的20万t/a氯氢处理装置引进了3K公司的氯气大透平机，为确保氯中含水量达标，该氯气干燥系统采用了三塔流程，前2个塔为PVC/FRP 填料塔，最后1个氯气干燥塔为提高塔设备内件制作精度，确保氯气干燥效果达标，采用了全钢材质制作的填料加4层圆形泡罩组合塔。

当选用氯气大透平机或氯气小透平机来输送氯气时，最好要配置高效除水、除酸雾器，以免氯气形成雾沫夹带或盐雾夹带影响透平机的运行。

目前，国内很多氯碱企业使用美国孟山都公司的除雾器，效果较好。

另外，选用进口大透平氯气压缩机，氯气冷却器的设计和制造要求特别高，以确保冷却器不漏，否则水分进入透平机内将造成巨大损失，并影响生产。

相应地，冷却器用水最好采用高位槽水箱供水，冷却器回水采用无压回水工艺，以最大限度地减少冷却水进入大透平机内的可能性。

3 设备及管道材质的选择
在氯气处理装置设计中，设备和管道材质的合理选用十分关键，设计中要尽可能做到选材合理、投资节省。

一般湿氯气管道可以选用钛材或者是PVC/FRP复合管材，干氯气管道选
用普通碳钢即可，氯水管道选用增强聚丙烯模压管较好，硫酸循环管最好选用钢衬聚四氟乙烯管，其次是PVC/FRP复合管。

氯气洗涤塔可以采用钛材或者耐高温玻璃钢制作，钛冷却器最好采用全钛材质制作，氯气干燥塔、废氯处理塔、氯水除雾器一般为PVC/FRP材质，而除酸雾器因不接触湿氯气，可采用普通碳钢制作。

氯水板式换热器一般为钛材，而制作稀硫酸板式换热器的最理想材质是哈氏合金，浓硫酸板式换热器可以采用专门耐浓硫酸腐蚀的不锈钢制作。

氯水循环泵一般采用钛泵较好，硫酸循环泵可以采用钢衬四氟材质或特种合金钢泵。

总之，要根据具体的工况环境，选择性价比合理的耐腐蚀材料。

4 实施完备的自控方案，确保装置安全平稳运行
完备的自控设计方案是确保装置安全、平稳运行的关键。

在氯气处理系统中，以下方面的控制和连锁值得设计人员特别重视。

（1）氯气洗涤塔氯气入口总管压力的控制。

保持氯气入口总管压力的平稳，关系到上游电槽氯氢压差的稳定，在设计中应考虑氯气的“大回流”，即从氯压机出口总管引一部分氯气回流至第一个氯气干燥塔前，该管路上设有氯气流量调节阀，阀门开度的大小决定于氯气总管压力的高低，最大回流量可按总设计负荷的25~30%考虑，当生产负荷较低时，这一回流还可以起到稳定氯气干燥塔和透平机运行的作用。

（2）二段钛冷却器氯气出口温度的控制。

氯气温度低于9.6℃会与水生成Cl2.8H2O结晶水合物，堵塞管路和设备；温度太高，氯气中的水蒸气分压会超标，将增加干燥系统的负荷与硫酸消耗。

所以，二段钛冷却器出口的温度必须严格控制为12~15℃。

应在二段钛冷器冷却水入口管路上设置1个冷却水流量调节阀，阀门的开度与二段钛冷氯气出口温度连锁，从而实现对二段钛冷却器出口温度的实时调节和控制。

（3）氯气洗涤塔和氯气干燥塔的液位控制。

高温湿氯气在洗涤塔内冷却时，大部分水分留在洗涤塔中，为维持洗涤塔内液位稳定，就要连续均匀地采集塔内的氯水，并送淡盐水脱氯岗位处理。

氯气干燥塔内的硫酸在吸收水分的过程中，酸浓度会下降，酸液位也会随之上升，因此，同样需要均匀地采集第1个氯气干燥塔的稀硫酸，第2个和第3个氯气干燥塔中的酸则可以利用酸液位差的办法，通过自流进入前一个氯气干燥塔中继续使用。

在设计中，液位控制方案是在塔循环泵的出口管上开设采出旁路，旁路上装有流量调节阀，阀门的开度与塔内液位高低连锁，从而实现对塔内液位的稳定控制。

（4）氯气处理装置在安全方面的联锁也是自控设计中重要内容。

一般来说，对于氯气透平机的控制与自我保护系统，透平机厂家都有成套的控制设计，只需要将信号引入DCS 系统与整个装置控制融合即可，但设计中要考虑发生事故时，氯气透平机与电解槽的连锁开停车问题，即电解槽跳闸时透平机要连锁停车，透平机跳闸时电解槽也要连锁停车，形成透平机与电解槽事故发生时的双向同步连锁，这一点对于保护电槽，防止跑氯事故发生至关重要。

废氯处理的钛风机、事故氯碱液循环泵要配备保安电源，当电解槽事故停车时，必须连锁开启电解去事故氯的氯气自动阀，并连锁启动钛风机和事故氯碱泵，以防止氯气外逸引发的环保事故。

如果设计中有事故氯碱高位槽，碱自动喷淋阀在失电状态下应立即打开，高位槽中碱液自动喷入废氯处理塔内，吸收事故氯气。

目前，还有部分氯碱企业将氯气处理装置的开停车与氯化氢、聚氯乙烯等下游用氯装置形成了“大连锁”控制，以确保整个氯碱生产系统的安全运行，这也是提高整个氯碱装置自动化程度的一个发展方向。

5 结束语
氯气处理装置的设计是一个系统工程，涉及的内容还有很多，譬如：氯气洗涤部分的热量衡算，氯气干燥系统的传热传质计算；氯气流速的选取与管径计算，系统总阻力降的计算；事故时最大氯气处理量的计算；氯气洗涤塔、氯气干燥塔、废氯处理塔等设备的设计与填料的选取；这些都是最基础的工作。

总之，每一个技术问题都需要结合项目的具体情况进行准确计算和全面考虑，才能完成一个好的工程设计。