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[摘 要]本文通过对硫铵装置蒸发器抽真空系统操作过程存在问题的分析，寻找解决问题的方法，通过各种技术改进，最终解决问题，满足正常生产运行，保障丙烯腈装置上产扩能的需要。
[关键词]硫酸铵 蒸发器 抽真空系统 技术改进
中图分类号：P747 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）32-0045-01
丙烯腈装置扩能至8万吨/年后，副产的稀硫酸铵溶液也由原来的每天90多吨，增到现今每天170吨左右。为了确保稀硫酸铵溶液的全部回收，分析和解决蒸发器抽真空系统能力不足的问题成为保障减压蒸发操作的重中之急，是硫铵装置在高负荷生产状态下安全、平稳运行的关键。
1、扩能后蒸发器抽真空系统出现的问题
1.1 真空度的问题
硫铵装置生产时采用的是减压蒸发的方法。减压蒸发又称真空蒸发，是在一定范围的操作温度下，使蒸发器内形成一定的真空度，使溶液的沸点降低。本装置是用真空泵不断地从蒸发器中抽出汽体，通过冷凝器和冷却器进行冷却。为了保持蒸发器内汽液平衡，液体不断蒸发，使进入蒸发器内的稀硫酸铵溶液变成过饱和溶液，硫酸铵不断结晶。水份蒸发所需的热量来自蒸发器加热器强制循环加热与溶液自身降温结晶阶段所放出的热量。稀硫酸铵溶液蒸发出大量的急冷水回到急冷水罐，通过泵连续的回送到丙烯腈装置的急冷塔。
减压蒸发这种操作，溶液的沸点取决于操作压力。压力愈高，溶液沸点愈高，反之压力愈低沸点愈低。而真空蒸发就是使蒸发器内形成一定的真空度，使溶液的沸点降低，加大传热速率，节约蒸汽，因此保证真空度是节能降耗的主要条件之一。硫铵装置在原设计100%负荷生产时，日产16.4吨，随着丙烯腈装置的扩能，硫铵装置的日产量达到24-33吨，负荷是150%～201%，真空度已不能满足生产的需要。真空度的调节主要依赖两台相互备用的水环式真空泵。
水环式真空泵的工作原理是利用水环与叶轮之间的空隙大小变化把气体抽出。真空泵的水环用的水是急冷水，急冷水的温度在80℃左右，当真空度达到工艺要求-0.04～-0.06MPa时，急冷水自身就可能汽化而影响真空度。生产负荷低时影响不大，高负荷生产时真空度基本没有，又因为急冷水中有杂质，使供水管线结垢严重，真空泵叶轮部分被堵塞，抽真空能力下降。为了适应丙烯腈装置从2002年10月以后的超负荷生产，我们对真空泵进行了酸洗，把泵体中的杂质洗掉，把真空泵用的急冷水改成脱盐水。通过以上工作，真空度有所改善，能耗下降0.05吨蒸汽/吨产品。但是当生产达150%负荷以上时，真空度还是达不到要求。
1.2 蒸发器冷凝器的问题
硫铵装置使用的蒸发器冷凝器是兰州石油化工机器厂于1993年6月出厂的单管程的固定管板式换热器。换热器内管总计有1501根。蒸发器冷凝器到2006年已运行了整整十一年，由于硫酸铵溶液及其蒸发汽体具有极强的腐蚀性，管束由于腐蚀泄漏导致的堵管量逐年增加，已超过总数的十分之一。由于循环水中夹带杂质，还经常带有大量的冷却填料的碎块，它们一进入换热器内，便卡在管缝间而无法流出，造成壳程堵塞，管间结垢非常严重。根据在上下法兰孔观察到的管间结垢情况推测，该换热器的管间结垢堵塞的程度已达到总换热面积的百分之八十以上，根本起不到冷凝的作用。这些都直接影响着蒸发汽相的冷却操作，还造成急冷水温度过高，影响真空度。蒸发汽相过大，两台真空泵同时运行都抽不过来。真空度达不到要求又使蒸发器内的溶液沸点增高，加热蒸汽的消耗量增加，反导致冷凝器的冷却量不够。大量的未凝蒸汽导致真空泵起不到抽真空的作用，形成了恶性循环。
蒸发器冷凝器的换热能力不足，还带来一个严重的安全隐患。大量的未凝蒸汽随着急冷水进入急冷水罐，蒸汽遇水换热导致急冷水罐震动严重，罐基础松动，罐壁温度超过70℃。因冷凝器的缘故使急冷水罐成了一个“热地雷”，严重影响车间的正常生产操作。急冷水过热，挥发汽进入放空线冷凝后，形成积液在管线凹处形成水封，导致放空总线不畅通，又严重危害其它设备的安全操作。
蒸发器冷凝器的问题严重制约着硫铵装置的产能扩大。
1.3 真空泵的问题
硫铵装置使用的是从日本引进的两台50NVEM-112型真空泵，其配件成本特别高。每台泵使用前端、后端两套单端面机械密封，即使配件国产化以后，每套机封也要1250元。由于蒸发器内蒸汽量过大，冷凝器的换热能力不够，致使真空泵温度超过70℃。温度过高导致机封的密封胶圈损坏，进而导致机封损坏，使设备维修的次数倍增。真空度达不到要求，使用两台真空泵同时运行，每月机封损坏量至少在3套以上。
为了给真空泵降温形成水环，减少结垢，需要脱盐水持续不断地供应。大量的脱盐水经汽液分离罐后流进了急冷水罐，造成急冷水过多，当丙烯腈装置的急冷塔消耗不完时，就产生了大量废水。不仅增加了废水焚烧，而且脱盐水用量过大导致能耗高居不下。
能否降低真空泵的脱盐水用量已成为硫铵装置环保、降耗的关键问题。
2、蒸发器抽真空系统的技术改进和运行总结
2.1 更换蒸发器冷凝器和真空度的优化操作
为了改善蒸发器温度和真空度的问题，硫铵装置在2006年检修期间实施了技措改造，更换一台新的蒸发器冷凝器。原设备由于循环水夹带杂质，壳程堵塞严重，换热效果远远不能满足工艺要求，还造成急冷水温度过高，大量的未凝蒸汽导致真空泵起不到抽真空的作用。更换新的蒸发器冷凝器后，在循环水的入口处增加一个法兰滤网式过滤器，有效的起到过滤杂质的作用，防止换热管间隙堵塞。
新蒸发器冷凝器投用后，经检查换热器外部未发现有散热现象。急冷水温度保持在20℃左右。由于换热效果较好使真空度达到-0.08MPa。为调整系统温度达到工艺要求，硫铵装置研究后决定停用蒸发器冷却器（E-2003），并且关小蒸发器冷凝器（E-2002）的循环水阀，使循环水回水温度保持在40℃左右。调整后，真空度由以前的-0.02～-0.03MPa下降至-0.06～-0.08MPa。使蒸发系统的温度由90±10℃降为80±5℃。不但工艺上完全满足了高负荷的生产要求，而且节约大量的蒸汽、循环水。原来急冷水罐因大量蒸汽而产生震动和挥发汽凝液封堵放空线的安全隐患也彻底消除，罐内急冷水的温度也降至40℃以下。
新蒸发器冷凝器从2006年9月9日投用至今，运行良好，完全满足了连续日产33吨硫酸铵的高负荷生产，而且消除了急冷水罐的安全隐患。
蒸发器冷凝器的更换不仅产生安全效益和经济效益，更主要是使硫铵装置满足了丙烯腈高负荷的生产要求。
2.2 真空泵封水系统的技改与节能降耗
真空泵在未更换蒸发器冷凝器前几乎起不到抽真空作用，蒸汽量大导致真空泵温度超过70℃，機械密封每月损坏1-3套以上。为了降低封水温度，提高真空度，在2006年进行了真空泵封水系统的技术改造，增加了一台冷冻盐水换热器。
改造后的封水温度由70℃降到20℃左右， 机泵封水实现循环利用。汽液分离罐的液位控制在50%时，脱盐水的置换量由原来的500L/小时降至50L/小时。真空度最高可达到-0.08MPa，机械密封的损坏量也直线下降，不但工艺上完全满足了减压蒸发的条件，同时还达到了节能降耗的目的。
《真空泵排水形式技术改造》使硫铵装置节约了大量的脱盐水；真空泵的机封消耗下降了87%； 由真空泵排放的脱盐水减少90%，直接降低了急冷水的增长量，控制了废水的产生；也间接的降低了焚烧炉的负荷及瓦斯的消耗量，带来了巨大的环保效益。
真空泵封水系统改造后运行至今，十分平稳，单泵运行就完全满足了硫铵装置的高负荷生产，而且大大降低能耗、物耗和设备维修费用。
3 结论
硫铵装置对蒸发器抽真空系统的工艺和设备进行改进、改造的同时，达到了优化运行，而且产生了较大的经济效益，解决了装置长周期运行和环境污染的问题。保障了丙烯腈装置上产扩能的需要。
参考文献：
[1]《聚合物一厂硫铵装置操作规程》，2011年
作者简介
刘俊 1994年12月参加工作，现任聚合物一厂硫铵车间设备技术员。
[关键词]硫酸铵 蒸发器 抽真空系统 技术改进
中图分类号：P747 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）32-0045-01
丙烯腈装置扩能至8万吨/年后，副产的稀硫酸铵溶液也由原来的每天90多吨，增到现今每天170吨左右。为了确保稀硫酸铵溶液的全部回收，分析和解决蒸发器抽真空系统能力不足的问题成为保障减压蒸发操作的重中之急，是硫铵装置在高负荷生产状态下安全、平稳运行的关键。
1、扩能后蒸发器抽真空系统出现的问题
1.1 真空度的问题
硫铵装置生产时采用的是减压蒸发的方法。减压蒸发又称真空蒸发，是在一定范围的操作温度下，使蒸发器内形成一定的真空度，使溶液的沸点降低。本装置是用真空泵不断地从蒸发器中抽出汽体，通过冷凝器和冷却器进行冷却。为了保持蒸发器内汽液平衡，液体不断蒸发，使进入蒸发器内的稀硫酸铵溶液变成过饱和溶液，硫酸铵不断结晶。水份蒸发所需的热量来自蒸发器加热器强制循环加热与溶液自身降温结晶阶段所放出的热量。稀硫酸铵溶液蒸发出大量的急冷水回到急冷水罐，通过泵连续的回送到丙烯腈装置的急冷塔。
减压蒸发这种操作，溶液的沸点取决于操作压力。压力愈高，溶液沸点愈高，反之压力愈低沸点愈低。而真空蒸发就是使蒸发器内形成一定的真空度，使溶液的沸点降低，加大传热速率，节约蒸汽，因此保证真空度是节能降耗的主要条件之一。硫铵装置在原设计100%负荷生产时，日产16.4吨，随着丙烯腈装置的扩能，硫铵装置的日产量达到24-33吨，负荷是150%～201%，真空度已不能满足生产的需要。真空度的调节主要依赖两台相互备用的水环式真空泵。
水环式真空泵的工作原理是利用水环与叶轮之间的空隙大小变化把气体抽出。真空泵的水环用的水是急冷水，急冷水的温度在80℃左右，当真空度达到工艺要求-0.04～-0.06MPa时，急冷水自身就可能汽化而影响真空度。生产负荷低时影响不大，高负荷生产时真空度基本没有，又因为急冷水中有杂质，使供水管线结垢严重，真空泵叶轮部分被堵塞，抽真空能力下降。为了适应丙烯腈装置从2002年10月以后的超负荷生产，我们对真空泵进行了酸洗，把泵体中的杂质洗掉，把真空泵用的急冷水改成脱盐水。通过以上工作，真空度有所改善，能耗下降0.05吨蒸汽/吨产品。但是当生产达150%负荷以上时，真空度还是达不到要求。
1.2 蒸发器冷凝器的问题
硫铵装置使用的蒸发器冷凝器是兰州石油化工机器厂于1993年6月出厂的单管程的固定管板式换热器。换热器内管总计有1501根。蒸发器冷凝器到2006年已运行了整整十一年，由于硫酸铵溶液及其蒸发汽体具有极强的腐蚀性，管束由于腐蚀泄漏导致的堵管量逐年增加，已超过总数的十分之一。由于循环水中夹带杂质，还经常带有大量的冷却填料的碎块，它们一进入换热器内，便卡在管缝间而无法流出，造成壳程堵塞，管间结垢非常严重。根据在上下法兰孔观察到的管间结垢情况推测，该换热器的管间结垢堵塞的程度已达到总换热面积的百分之八十以上，根本起不到冷凝的作用。这些都直接影响着蒸发汽相的冷却操作，还造成急冷水温度过高，影响真空度。蒸发汽相过大，两台真空泵同时运行都抽不过来。真空度达不到要求又使蒸发器内的溶液沸点增高，加热蒸汽的消耗量增加，反导致冷凝器的冷却量不够。大量的未凝蒸汽导致真空泵起不到抽真空的作用，形成了恶性循环。
蒸发器冷凝器的换热能力不足，还带来一个严重的安全隐患。大量的未凝蒸汽随着急冷水进入急冷水罐，蒸汽遇水换热导致急冷水罐震动严重，罐基础松动，罐壁温度超过70℃。因冷凝器的缘故使急冷水罐成了一个“热地雷”，严重影响车间的正常生产操作。急冷水过热，挥发汽进入放空线冷凝后，形成积液在管线凹处形成水封，导致放空总线不畅通，又严重危害其它设备的安全操作。
蒸发器冷凝器的问题严重制约着硫铵装置的产能扩大。
1.3 真空泵的问题
硫铵装置使用的是从日本引进的两台50NVEM-112型真空泵，其配件成本特别高。每台泵使用前端、后端两套单端面机械密封，即使配件国产化以后，每套机封也要1250元。由于蒸发器内蒸汽量过大，冷凝器的换热能力不够，致使真空泵温度超过70℃。温度过高导致机封的密封胶圈损坏，进而导致机封损坏，使设备维修的次数倍增。真空度达不到要求，使用两台真空泵同时运行，每月机封损坏量至少在3套以上。
为了给真空泵降温形成水环，减少结垢，需要脱盐水持续不断地供应。大量的脱盐水经汽液分离罐后流进了急冷水罐，造成急冷水过多，当丙烯腈装置的急冷塔消耗不完时，就产生了大量废水。不仅增加了废水焚烧，而且脱盐水用量过大导致能耗高居不下。
能否降低真空泵的脱盐水用量已成为硫铵装置环保、降耗的关键问题。
2、蒸发器抽真空系统的技术改进和运行总结
2.1 更换蒸发器冷凝器和真空度的优化操作
为了改善蒸发器温度和真空度的问题，硫铵装置在2006年检修期间实施了技措改造，更换一台新的蒸发器冷凝器。原设备由于循环水夹带杂质，壳程堵塞严重，换热效果远远不能满足工艺要求，还造成急冷水温度过高，大量的未凝蒸汽导致真空泵起不到抽真空的作用。更换新的蒸发器冷凝器后，在循环水的入口处增加一个法兰滤网式过滤器，有效的起到过滤杂质的作用，防止换热管间隙堵塞。
新蒸发器冷凝器投用后，经检查换热器外部未发现有散热现象。急冷水温度保持在20℃左右。由于换热效果较好使真空度达到-0.08MPa。为调整系统温度达到工艺要求，硫铵装置研究后决定停用蒸发器冷却器（E-2003），并且关小蒸发器冷凝器（E-2002）的循环水阀，使循环水回水温度保持在40℃左右。调整后，真空度由以前的-0.02～-0.03MPa下降至-0.06～-0.08MPa。使蒸发系统的温度由90±10℃降为80±5℃。不但工艺上完全满足了高负荷的生产要求，而且节约大量的蒸汽、循环水。原来急冷水罐因大量蒸汽而产生震动和挥发汽凝液封堵放空线的安全隐患也彻底消除，罐内急冷水的温度也降至40℃以下。
新蒸发器冷凝器从2006年9月9日投用至今，运行良好，完全满足了连续日产33吨硫酸铵的高负荷生产，而且消除了急冷水罐的安全隐患。
蒸发器冷凝器的更换不仅产生安全效益和经济效益，更主要是使硫铵装置满足了丙烯腈高负荷的生产要求。
2.2 真空泵封水系统的技改与节能降耗
真空泵在未更换蒸发器冷凝器前几乎起不到抽真空作用，蒸汽量大导致真空泵温度超过70℃，機械密封每月损坏1-3套以上。为了降低封水温度，提高真空度，在2006年进行了真空泵封水系统的技术改造，增加了一台冷冻盐水换热器。
改造后的封水温度由70℃降到20℃左右， 机泵封水实现循环利用。汽液分离罐的液位控制在50%时，脱盐水的置换量由原来的500L/小时降至50L/小时。真空度最高可达到-0.08MPa，机械密封的损坏量也直线下降，不但工艺上完全满足了减压蒸发的条件，同时还达到了节能降耗的目的。
《真空泵排水形式技术改造》使硫铵装置节约了大量的脱盐水；真空泵的机封消耗下降了87%； 由真空泵排放的脱盐水减少90%，直接降低了急冷水的增长量，控制了废水的产生；也间接的降低了焚烧炉的负荷及瓦斯的消耗量，带来了巨大的环保效益。
真空泵封水系统改造后运行至今，十分平稳，单泵运行就完全满足了硫铵装置的高负荷生产，而且大大降低能耗、物耗和设备维修费用。
3 结论
硫铵装置对蒸发器抽真空系统的工艺和设备进行改进、改造的同时，达到了优化运行，而且产生了较大的经济效益，解决了装置长周期运行和环境污染的问题。保障了丙烯腈装置上产扩能的需要。
参考文献：
[1]《聚合物一厂硫铵装置操作规程》，2011年
作者简介
刘俊 1994年12月参加工作，现任聚合物一厂硫铵车间设备技术员。