（机械工程专业论文）二级热水连续汽化装置在液氯气化工艺中的应用.pdf

摘要 摘要 氯气作为重要的工业原料，在我国工业( 特别是化工) 生产中有着十分广泛的 用途。液氯是低压液化气体，属于危险品。目前工厂所用的氯气几乎都以液体 的形式储存和运输，经汽化后供其它工艺单元使用。由于氯气具有剧毒性，在 生产工艺、设备等方面设计中存在许多特殊安全要求。液氯气化过程中，液氯 不可避免地随着气化的压力到下一工序，很容易产生积氯现象，积氯危害着生 产的安全，对下游产品的质量造成影响。本文结合江西省萍乡市金太阳化工有 限公司企业需求，针对其产品制造工艺特点，进行了工艺改进，将液氯汽化的 工艺提升了一个台阶，在提高系统的安全性和增加经济效益方面效果显著。 论文主要从以下几个方面进行研究： l 、改进了液氯气化生产工艺； 2 、研究设计了一种二级汽化器装置； 3 、完成了气化装置的施工、安装、调试以至投入使用。 通过工艺的改进和新设备的使用，达到了以下效果： l 、极大地消除了级气化过程中因压力夹带的液氯，避免了生产过程中积 氯现象的产生，提高了下游产品的质量； 2 、防止了液态黄磷和三氯化磷倒吸现象的发生； 3 、防止了三氯化氮在液氯气化过程中富集，杜绝了气化器中的三氯化氮爆 炸的可能性，有效地提高了系统的安全性； 4 、提高通氯量，增加三氯化磷的产量，达到了增产的目的； 5 、充分利用反应的热量，达到了节能降耗的目的。 关键词：液氯；液氯气化；二级气化器；节能降耗 a b s t r a c t a b s t r a c t a sa ni m p o r t a n ti n d u s t r yr a wm a t e r i a l ，c h l o r i n e i si nw i d eu s ei ni n d u s t r y ( e s p e c i a l l yi nc h e m i s t r yi n d u s t r y ) p r o d u c t i o no fo u rc o u n t r y c h l o r i n ei sl o w - p r e s s u r e l i q u e f i e dg a s e s ，w h i c hi sc l a s s i f i e d a sd a n g e r o u sg o o d ga tp r e s e n tn e a r l ya l lt h e c h l o r i n eu s e di nf a c t o r i e si sp r e s e r v e da n dt r a n s p o r t e di nt h ef o r mo fl i q u i d ，p r o v i d e d f o ro t h e rp r o c e s su n i t s a sw i t ht h eh i g h l yt o x i cc h l o r i n eg a si nt h ep r o d u c t i o np r o c e s s ， e q u i p m e n t ，e t c t h e r ea l em a n ya s p e c t so f t h ed e s i g no fs p e c i a ls a f e t yr e q u i r e m e n t s d u r i n gt h el i q u i dc h l o r i n eg a s i f i c a t i o n ，i ti su n a v o i d a b l et h a tl i q u i dc h l o r i n ew i l ll e a k i nt h en e x tw o r k i n gp r o c e d u r ea n dc a u s et h ec h l o r i n ea c c u m u l a t i o n ，w h i c hi sh a r mt o t h ep r o d u c t i o ns a f e t ya n da f f e c tt h eq u a l i t yo ft h em a n u f a c t u r e t h ea r t i c l ei m p l e m e n t t h et e c h n o l o g yi m p r o v e m e n tc o m b i n e dw i t ht h ee n t e r p r i s ed e m a n do ft h ep i n g x i a n g c i t y , j i a n g x ip r o v i n c e ，g o l d e ns u nc h e m i c a lc o ，l t d ，a i m e da ti t st e c h n o l o g i c c h a r a c t e r i s t i c s ，w h i c hu p g r a d et h el e v e l o ft h et e c h n o l o g yo fl i q u i dc h l o r i n e g a s i f i c a t i o na n d i so b v i o u s l yw o r k e di ne n h a n c i n gt h es y s t e ms e c u r i t ya n di n c r e a s i n g t h ee c o n o m i cb e n e f i t t h e s i sr e s e a r c hf r o mt h ef o l l o w i n ga s p e c t s ： 1 ，i m p r o v eo ft e c h n o l o g yo fl i q u i dc h l o r i n e 2 r e s e a r c ha n dd e s i g nf o rat w o - l e v e lg a s i f i e dd e v i c e 3 a c c o m p l i s ht h ec o n s t r u c t i o n ，i n s t a l l a t i o n ，t e s ta n dp u ti n t o u s eo ft h e g a s i f i c a t i o np l a n t t h r o u g hp r o c e s si m p r o v e m e n t sa n dt h eu s eo fn e we q u i p m e n tt oa c h i e v et h e f o l l o w i n gr e s u l t s ： 1 e l i m i n a t et h el i q u i dc h l o r i n eb r o u g h td u d n gt h ef i r s t - l e v e lg a s i f i c a t i o n p r o c e s s ，a v o i dt h ec h l o r i n ea c c u m u l a t i o na n di m p r o v et h eq u a l i t yo fd o w n s t r e a m p r o d u c t s 2 p r e v e n tf r o mt h eo c c u r r e n c eo ft h ep h e n o m e n o no fl i q u i dp h o s p h o ra n d p h o s p h o r u st r i c h l o r i d ei n v e r t e da b s o r p t i o n 3 a v o i dt h ea c c u m u l a t i o no fp h o s p h o r u st r i c h l o r i d ed u r i n gt h ep r o c e s so fl i q u i d a b s t r a c t c h l o r i n el i q u e f a c t i o n ，p u ta ne n dt ot h ep o s s i b i l i t yo ft h ep h o s p h o r u st r i c h l o r i d e e x p l o d ei nt h ec a r b u r e t o r , w h i c he n h a n c e st h es e c u r i t yo f t h es y s t e me f f e c t i v e l y 4 b o o s tt h eq u a n t i t yo ft h ec h l o r i n et oi n c r e a s et h eo u t p u to fp h o s p h o r u s t r i c h l o r i d ea n da c h i e v et h ep u r p o s eo fi n c r e a s i n gt h ey i e l d 5 m a k ef u l lu s eo f t h er e a c t i o nh e a t ，w h i c hi sh e l p f u li nr e d u c i n gt h ee n e r g y k e yw o r d ：l i q u i dc h l o r i n e ；l i q u i dc h l o r i n eg a s i f i c a t i o n ；t w o l e v e lc a r b u r e t o r ； e n e r g ys a v i n g i i i 学位论文原创性声明 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师指导下独立研究所取得的成果。 除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经 发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均在文中 予以标明。本人承担本声明的法律后果。 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解南昌大学有关保留、使用学位论文的规定，有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借 阅。本人授权南昌大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行 检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编本学位论文。同时授 权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库， 并通过网络向社会公众提供信息服务。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位做作者签名( 手动：1 号 签字醐：1 引朋枷 导师签名( 手写) ：e ；卅冱7 签字日期： 矿年月p 日 第一章绪论 第一章绪论 江西萍乡金太阳化工有限公司是一家为医药、农药中间体的专业生产企业， 主要产品有三氯化磷、三氯氧磷。氯气的是生产产品的主要原料，氯化反应过 程是剧烈的放热反应过过程，生产过程中存在着火灾、爆炸、中毒等危险。氯 气中低压液化气体属危险品，因此如何确保液氯气化在使用中的安全，是广大 液氯用户非常关注的问题。 1 1 氯气的物理、化学性质 氯气1 常温下是黄绿色有刺激性气味气体，有毒。密度：3 1 7 9 l ；熔点：1 0 i ；沸点一3 4 6 。密度比空气大的有毒气体，易液化能溶于水，是活泼的非金 属单质是强氧化剂。氯气有很强的氧化性，可以氧化金属，还可以把有可变价 态的金属直接氧化到最高价；氯气还有酸性，可以和碱类物质和有碱性的物质 反应；它是工业生产漂白粉的原料之一，也是有机合成的重要的原材料之一。 氯气是一种十分常见的工艺原料，可制造氯化合物、盐酸、聚合乙烯等。 氯气不会燃烧，但可助燃，一般可燃物大都能在氯气中燃烧，一般易燃气体或 蒸气也都能与氯气形成爆炸混合物，且氯气有很强的腐蚀性，在工业生产中， 作为原料的氯气在很多情况下是通过外购液氯钢瓶经过气化液氯得到的。而氯 气的原始生产般是通过对氯化纳电解得到，为了提高氯气的纯度，一般都采 用对氯气的液化来达到。氯气的常用性决定了液氯气化这一工艺的普遍性，氯 气的性质决定了液氯气化有它的特殊性。 1 2 三氯化磷的生产工艺流程简介 江西萍乡金太阳化工有限公司主要产品三氯化磷生产采用的氯化法生产工 艺，该工艺主体就是将液氯气化后，将干燥的氯气通入所化反应釜内熔融的黄 磷中反应生成三氯化磷，并蒸馏冷凝冷却而制得三氯化磷。 主要化学反应：p 4 + 6 c l 3 = 4 p c l 3 其工艺流程简图见图 为了防止在生产过程中生成五氯化磷，反应釜内黄磷必须过量。同时黄磷 与氯气的反应非常剧烈，为了获得较温和的反应条件，反应一般是在三氯化磷 第一章绪论 母液中进行。 二氯化磷丰要牛产过程： ( 1 ) 熔碡 熔磷池内加满承，将磷块投入到池内，磷必须被水覆盖咀免与空气接触。 通燕汽加热，熔磷温度为6 0 c ，磷熔融后用泵输送至碡静置槽。 ( 2 ) 液氧气化 将液氯钢瓶内液氧导入套管式气化器，经加热使之完全气化，再经缓冲缸 氯化反应岗位与黄磷反就。气化量根据氯化反应的需要进行控制。 三氯化磷生产工艺流程图 ( 3 ) 氯化反应 将液态磷放入瞵计量槽中，液态磷经计量后进入反应釜与来自气化岗位的 氯气进行反应，反应生成的粗三氯化磷进入填料塔，除去杂质后再经冷凝冷却 装置变成液体，并经分离器分离后一部分回流返回反应釜一部分送入成品槽 得成品反应釜压力1 0 k p a ，反应釜液相温度7 9 8 3 ，气相温度7 5 7 9 c 。 冷凝冷却装置进口温度7 6 出口温度3 5 。 1 3 课题来源、意义及研究内容 1 3 1 谭题背景 液氯气纯是为了下一步乍成二氯化磷作准备，原液氯气化器是采用夹套式 第一章绪论 蒸发器，随着下游产品( 三氯化磷) 的不断发展，原装置已经明显不能满足对气化液 氯的需要，于是有必要对原有的气化装置进行改进。 1 3 2 课题来源 本工艺是在严格执行氯气安全规程g b l l 9 8 4 - - 8 9 的前提下，利用热水 两级汽化效果好、安全系数高、节能效果好的特点，公司自行开发的汽化装置， 它可以很好地取代原有利用蒸汽气化液氯的装置。 1 3 3 课题意义 l 、使液氯汽化严格按照氯气安全规程g b l1 9 8 4 8 9 的标准，液氯汽化环 节更具有规范性、安全性、科学性； 2 、降低液氯汽化的危险系数，彻底杜绝汽化器中的三氯化氮爆炸的可能性； 3 、提高通氯量，增加三氯化磷产量； 4 、节能降耗，降低成本。 1 3 4 研究内容 本课题研究的内容共有五个部分： 第一部分分析汽化工艺的发展与运用，确立研究方法及实施方案。 第二部分对液氯汽化的工艺原理和方法进行研究，为液氯汽化的技术改造 提供技术支持。 第三部分对江西省萍乡市金太阳化工有限公司的工艺流程及设备配置作了 详细分析，通过对比分析，确定改进方案的设计。 第四部分对改进方案的设备施工、安装、调试。 第五部分通过对项目技术评价、经济效益及社会效益的分析，对整个改造 项目进行前景评价，对可能出现的问题及预防措施进行阐述。 1 3 5 研究方法、实施方案 本文采取理论与实际相结合、实地调查研究、定量与定性相结合，对江西 省萍乡市金太阳化工有限公司的液氯气化工艺进行改进。 第二章液氯气化工艺的发展 第二章液氯气化工艺的发展 氯气作为重要的工业原料，在我国工业( 特别是化工) 生产中有着十分广泛 的用途。液氯是低压液化气体，属于危险品。因此如何确保液氯气化在使用中 的安全，是广大液氯用户非常关注的问题。 液氯多由钢瓶气相出料。钢瓶自身气化氯气的量( 特别是冬季) 肯定不能满 足生产需要，常采用对钢瓶直接加热的方法，以加速气化。这种方法有可能使 液氯温度急剧上升，引起液氯钢瓶或缓冲罐内超压或安全塞熔化，导致事故发 生。还有相当一部分用户采用钢瓶液相出料法，出钢瓶的氯气进入带加热套的 气化罐进行气化( 气化罐属三类压力容器) ，夹套内通常通蒸汽或热水加热。通 蒸汽可造成罐内液氯急剧气化而不易控制；通热水则需增加一套热水循环装置 ( 如热水罐、热水泵等) 。 最不安全的因素是：氯碱生产中所使用的原料工业食盐和水，会不可 避免地带入铵类物质。用含有铵离子的精制盐水进行电解反应时，铵离子则与 电解产物氯气发生化学反应，生成三氯化氮，即：n h 。+ 3 c 1 ：一n c l s + 3 h c l 。三氯化 氮是一种黄色粘稠的液体或斜方形晶体的含氮化合物，在制液氯过程中也被液 化混入液氯内。所以用户在使用氯气时，气化罐内逐渐会贮存由氯气液化装瓶 时一同液化带来的三氯化氮。而三氯化氮的沸点比液氯的沸点要高得多( 三氯化 氮沸点 7 1 ，液氯沸点- 3 4 6 c ) 。液氯中三氯化氮的爆炸危险含量为5 。当 气化罐内液氯不断气化时，三氯化氮则不气化或气化不完全，久而久之，三氯 化氮就会富集而达到一定浓度，且在一定条件( 如振动、阳光、有机物作用等) 下，则可能导致气化罐爆炸。 液氯气化工艺研究现状、发展趋势【3 】 氯气气化时大量吸热，因此使用热水加热的气化器，一般使用液氯钢瓶做 气源时，后接用不高于4 5 的温温水加热气化器。由于氯气的剧毒性，液氯气 化系统的设计要充分考虑其安全因素。国内现有的生产企业一般都采用热水气 化器加热器来完成其气化的，以安全为主，但是存在了以下缺点： 1 、换热面积小，热能利用率较低； 2 、气化过程中有效传热面积逐步减少，导致氯气出口压力不稳定( 通常在 0 1 0 4 5 m p a 之间) ； 4 第二章液氯气化工艺的发展 3 、装置占地面积较大； 4 、液氯输送间歇操作，劳动强度大； 5 、液氯汽化过程中产生的三氯化氮超过9 0 就有发生爆炸的可能。 所以很多企业在汽化装置方面投入了很多财力和人力加以改进，由于氯气 的剧毒性，在工艺、设备的安全设计中存在许多特殊性，以安全性为主。另外 如何提高通氯量，提高下游产品( 三氯化磷) 的产量，如何利用磷与氯气反应 生存巨大的热量以降低能源消耗是摆在我公司面前的一个挑战。 2 1 国内现状： 液氯气化在国内一般采用列管式换热器来完成。但由于工艺要求成过急较 苛刻，列管式换热器难以消除应力，另外因为温差影响，应力腐蚀较重，一旦 氯气泄漏，损失非常大，所以一般采用相对敞口式的盘管式气化器。但盘管式 气化器最终还是出现了泄漏事故，于是不得不对汽化器进行改进。不采用蒸汽 直接通入加热的方式( 以降低氯气中水的含量) ，将其他工段的冷却水对氯气进 行加热，做到能量再利用。这就是目前很多企业所采用的热水气化器，也是本 企业在改进工艺前所使用的气化器。 氯气经过热水气化器进行气化取代了蒸汽气化器，但很快就面临了以下问 题：( 1 ) 气化过程中有效传热面积小，利用热能效率低；( 2 ) 氯气出口压力不 稳定，对下游生产造成不利影响，三氯化磷的纯度很难达到预期的要求；( 3 ) 三氯化氮的富集使整个生产系统的危险系数增加。鉴于此，一些企业总是对液 氯气工艺进行不停地改进，努力提高产品的质量，保证生产系统的安全性。 2 2 发展趋势： 由于氯气使用的普遍性，使得生产工艺日趋成熟，由于氯气的剧毒性，使 得生产过程中的安全性成为最主要的任务，如何在保证安全的前提下更好地使 用氯气，更好地利用氯气的特殊性，降低生产成本、节约能源、保护环境、消 除安全隐患成为现代企业生产和发展的重要任务。 目前化工生产使用的原料氯气，几乎都以液体的形式储存和运输，经气化 后供其它工艺单元使用。液氯汽化早先各生产企业采用间歇式汽化器将液氯加 热汽化，向下游工艺单元提供氯气。但是由于间歇式汽化有很多缺陷：( 1 ) 氯 第二章液氯气化工艺的发展 气压力不稳定，造成氯化反应难以平稳控制，生产周期短。( 2 ) 间歇操作，工 人劳动强度大。( 3 ) 汽化器没有液面指示，进料作凭估计进料量，有时进料过 多，直接把液氯送到下游装置酿成生产事故，被迫停车处理。因此，间歇式气 化器很快被淘汰，由连续汽化工艺取而代之。 连续汽化工艺流程： 通过加压，液氯通过调节阀进入连续汽化器，液氯加热室管壳用热水加热， 液氯受热汽化成0 4 - 0 6 m p a 氯气，通过缓冲罐稳压后，送往下一工序。与间歇 性气化相比较，连续气化优点在于( 1 ) 连续气化为连续操作，控制自动化，劳 动强度小；( 2 ) 连续气化热水闭路循环，热量利用率高，能耗低；( 3 ) 连续气 化为列管加热，加热面积大，生产强度大，可根据生产负荷要求任意调节，操 作弹性大；( 4 ) 连续气化采用自动控制手段，氯气输出压力稳定；( 5 ) 连续气 化器有液面指示，可靠性高。 连续气化器的结构： 连续气化器主要由加热室、蒸发室组成贮槽内液氯首先进入气化器下部的 管箱，在管箱内液氯携带的酸泥和三氯化氮因比重较大而沉降下来，并从气化 器底部的排污口定期排出。气化器中的加热室为- n 换热器，换热管为无缝钢 管，在回热室中部是一根回流管，回流管有助于形成自然循环，强化了传热效 果，并且有利于加热室上部的气液分离。加热室上部为蒸发室，气液两相在此 分离，为了防止夹带液氯，蒸发室要有足够的汽相分离的空间。 连续汽化器的主要技术特性： 液氯中三氯化氮的富集是氯碱生产中较为严重的不安全因素，如果控制不 当，富集三氯化氮的极有可能发生爆炸。爆炸可以发生在任何三氯化氮能富集 的部位，如管道、液氯气化器、排污罐、液氯钢瓶。因此各氯碱企业应加强对 三氯化氮的管理，尽量避免三氯化氮富集达到爆炸条件，有效地消除了安全隐 患。 6 第二章液氯气化工艺的发展 三氯化氮的性质决定发生爆炸必须具备以下条件：( 1 ) 浓度条件。三氯化 氮在液氯中的体积需达到5 6 ；( 2 ) 温度条件。三氯化氮自然爆炸温度为 9 5 ，在振动或超声波条件下，6 0 。c 时可分解爆炸。所以需严格控制三氯化氮 容易富集的设备或管道的使用温度，尽量避免剧烈振动。气化器的夹套内应采 用热水加热，严禁用蒸汽加热，并严格控制加热水温8 0 ，一般采用6 0 热 水进行加热，同时避免锤击和剧烈振动。 第三章液氯气化的工艺原理和方法 第三章液氯气化的工艺原理和方法 氯气是种十分常见的工艺原料，可制造氯化合物、盐酸、聚合乙烯等。 氯气不会燃烧，但可助燃，一般可燃物大都能在氯气中燃烧，一般易燃气体或 蒸气也都能与氯气形成爆炸混合物，且氯气有很强的腐蚀性，在工业生产中， 作为原料的氯气在很多情况下是通过外购液氯钢瓶经过气化液氯得到的。而氯 气的原始生产一般是通过对氯化纳电解得到，为了提高氯气的纯度，一般都采 用对氯气的液化来达到。氯气的常用性决定了液氯气化这一工艺的普遍性，氯 气的性质决定了液氯气化有它的特殊性。 氯气在l o 3 的饱和蒸汽压为5 0 6 k p a ，3 0 - - 3 5 的饱和蒸汽压为7 0 6 - 8 8 0 k p a ，其蒸汽压可随着温度的升高而升高，气化热约为2 5 9 5 k j & g ，气化时大 量吸热，因此使用热水加热的气化器，使液氯气化顾氯气然后通过缓冲罐供生 产使用。一般使用液氯钢瓶做气源时，后接用4 0 的热水加热的气化器，液氯 钢瓶内的压力高于气化器内压力液氯去气化，然后氯气通过连接于气化器后的 缓冲罐供生产使用。 氯气易与易燃气体、蒸汽形成爆炸性混合物，因此在气化过程中，严禁直 接使用蒸汽。使用液氯钢瓶时，钢瓶内的液氯不能用尽，以确保瓶内的余压。 为了做到这一点，使用中的钢瓶需用磅称称重，残留约0 5 - - - 1 的液氯；同时 将钢瓶阀门不留余气，则空气或其他气体就会侵入瓶内，使原有的气体不纯， 下次再充气使用时就会发生事故；而且不留余气，侵入性质相抵触的气体，就 有发生爆炸的危险；另外，钢瓶再次充装时，需检测瓶内气体性质，若无余气， 则失去检测的可能，钢瓶得重新置换才能使用，带来不必要的麻烦。 氯气作为重要的工业原料，在我国工业( 特别是化工) 生产中有着十分广泛 的用途。液氯是低压液化气体，属于危险品。因此如何确保液氯气化在使用中 的安全，是广大液氯用户非常关注的问题。 液氯多由钢瓶气相出料。钢瓶自身的气化氯气量( 特别是冬季) 有时不能满足 生产需要，常采用对钢瓶直接加热的方法，以加速气化。这种方法有可能使液 氯温度急剧上升，引起液氯钢瓶或缓冲罐内超压或安全塞熔化，导致事故发生。 还有相当一部分用户采用钢瓶液相出料法。出钢瓶的氯气进入带加热套的气化 罐进行气化( 气化罐属三类压力容器) ，夹套内通常通蒸汽或热水加热。通蒸汽会 第三章液氯气化的工艺原理和方法 造成罐内液氯急剧气化而不易控制：而通热水则需增加一套热水循环装置( 如热 水罐、热水泵等) 。 通常采用液氯自然气化的形式，一个容量为l o o k g 的氯瓶，在常温( 2 5 ) 自然的蒸发量为0 8 - - l k g h 。氯气钢瓶外部环境温度的变化直接影响着液氯气化 量，特别是在气温过低时，液氯气化量严重不足，导致加氯不正常；液氯来不 及汽化，不能完全汽化成气体，在被抽到氯瓶出口的压力管路、过滤罐、减压 阀、真空调节器等部件，由于是气液混合，具有强氧化性，会腐蚀设备，影响整 套加氯设备的使用寿命，甚至会导致泄氯事故的发生。 人们为提高氯气的气化量，只能采用多个氯瓶并联，或者给氯瓶加热，如 用水喷淋、电炉、红外灯烘烤等，不仅费用特别高，而且极不安全，有时因温 度升高，压力也随之上升，超出管道安全耐压值范围，也同样会发生安全事故。 液氯气化器，能够主动适应氯瓶的表面温度变化，具有自动控控制温度同 时又自动控控制气压的特点和热效率高、供热均匀、安装方便、安全可靠、节 能、免维护等众多优点。是替代进口蒸发器的高科技新产品。 最不安全的因素是：氯碱生产中所使用的原料工业食盐和水，会不可 避免地带入铵类物质。用含有铵离子的精制盐水进行电解反应时，铵离子会与 电解产物氯气发生化学反应，生成三氯化氮。后者随氯气一道进入液氯生产系 统。当氯气被液化时，三氯化氮也被液化混入液氯内。用户在使用氯气时，气 化罐内逐渐会贮存由氯气液化装瓶时一同液化带来的三氯化氮。而三氯化氮的 沸点比液氯的沸点要高得多( - - 氯化氮沸点不小于7 l ，液氯沸点3 4 6 。c ) 。液 氯中三氯化氮的爆炸危险含量为5 。当气化罐内液氯不断气化时，三氯化氮则 不气化或气化不完全，时间一长，三氯化氮就会富集而达到一定浓度，且在一 定条件( 如振动、阳光、有机物作用等) 下，则可能导致气化罐爆炸。 3 1 液氯气化工艺及安全措施 为了操作方便、稳定、安全、可靠、易行，采用如图所示的工艺流程及如 下安全措施： 9 第三章液氯气化的工艺原理和方法 譬 j 1 液氯钢瓶：2 排管式气化器；3 氯气缓冲罐；4 压力调节显示报警系统；5 差压变送器： 6 温度调节显示系统；7 温差变送器；8 温度现场指示；9 压力现场指示：1 0 安全阀。 液氯气化及安全装置示意图 3 1 1 配备流量、气化温度控制系统 由钢瓶液相出来的液氯经气动调节阀进入排管式气化器气化，其流量则根 据后系统工艺需要由缓冲罐上的压力反馈自行调节。配备安全、可靠、方便的 流量及气化温度控制系统。气化器用热水，其热水温度控制在4 0 4 54 c ，通过 气动调节阀调节蒸汽通量控制，在阀门关不严或仪表失灵的情况下，使用热水 比使用蒸汽要安全得多，这样，可避免因误操作，即关闭后系统阀门，使液氯 气化系统形成一个独立的封闭系统，而仍在通氯和加热。从而导致超压爆炸的 危险，同时还可使液氯气化稳定可靠，操作简单。 3 1 2 排污口 整个系统液氯贮存量和残存的三氯化氮量相当少，即事故发生的机率相当 低。为了安全，气化器和缓冲罐中还设有排污口，定期排放残液，以防止三氯 化氮的富集。 3 1 3 设备管道要符合有关要求 钢瓶对外连接采用经退火处理的紫铜管，并经耐压试验合格后方可使用。 所采用的气化器、管道、缓冲罐等应符合压力容器安全技术监察规程的要 求。 1 0 第三章液氯气化的工艺原理和方法 3 1 4 气化器厢内排管无焊缝 排管式气化器厢体内的排管没有焊缝，全部为整管制作，其焊缝设计在厢 体外的弯头处，从而可避免焊缝受热和内外双面腐蚀。 3 1 5 用隔离式安装压力表、温度计、安全阀 系统中管道和设备上所有的压力表、温度计、安全阀均采用隔离式安装， 以防氯的腐蚀而造成计量不准。 3 1 6 安全阀 系统装有压力报警装置，超压时操作室会发出警报。异常情况下，系统超 压而不能自动泄压时可导致超压爆炸。为了安全，在缓冲罐( 三类容器) 顶部要安 装安全阀进行安全保护。 3 2 本章小结 液氯钢瓶液相出料，采用排管式气化器，可避免直接对钢瓶加温，且液氯 贮存量和残存三氯化氮量均比缸式汽化器要少得多。液氯气化过程采用上述工 艺及安全措施可大大增加液氯使用的安全、可靠性，同时可使操作更加方便 和稳定。 一种液氯气化装置，包括筒形塔体及设于其内的带热水循环加热机构的液 氯气化腔，设于其顶部的带温度显示及低温报警器的氯气输出管，接于氯气输 出管口与热水输入阀之间的阀门开度自动调节机构，带输入阀的原料液氯输入 管及其阀门开度自动调节机构，液位计，其特征在于塔体内腔分为三段，而液 氯气化腔设于内腔中段，上段为气液分离腔，下段是原料液氯腔；在气化缸内 设有热水循环室及一组气化管，在该腔体的上、下端均采用隔板将热水循环室 分别与气液分离腔及原料液氯缸密封式隔离，而液氯气化管组则顺轴向贯穿整 个热水循环室及上、下隔板并与原料液氯腔及气液分离缸连通，带调节阀的热 水输入管及余热水输出管则通过与热水循环室对应的塔体上接入；带液氯输入 阀的原料液氯输入管接于原料液氯腔的底部，而原料液氯输入自动调节机构则 包括接于原料液氯腔与气液分离缸之间的差压变送器及接于该差压变送器与液 氯输入阀之间的阀门开度自动调节器；液位计的下端与原料液氯缸连接，其上 端则与气液分离缸连接；整套气化装置通过设于塔体上的支承座紧固于支架上 第三章液氯气化的工艺原理和方法 工作。 一种直接利用自然能量的高效液氯气化器是采用管式结构，其加热管是以 多层交叉形式排列的加热气化管族，加热气化管上部有一列阵喷嘴板，液氯入 口位于壳体上部，气化氯气出口位于壳体下部；液氯由上部通入壳体后，由列 阵喷嘴板的喷嘴均匀喷射在加热气化管上，经加热管族加热气化成气体氯气， 由壳体底部的气体出口排出。由于该气化器的气化效率高，它可直接利用自然 界的江、河、湖或海水作为能源使液氯气化，因此可以极大地减少耗能，大幅 度地降低液氯气化成本。 第四章工艺改进方案的设计 第四章工艺改进方案的设计 工业三氯化磷产品执行h g 和2 9 7 0 1 9 9 9 工业用三氯化磷。该标准规定， 根据三氯化磷含量、游离磷含量、沸程研修指标，产品分成优等品、一等品、 合格品等三个等级。见表： 。 三氯化磷质量标准 本次工艺改进的主要目的是：( 1 ) 提高三氯化磷的纯度；( 2 ) 提高通氯量， 增加三氯化磷的产量消除氯气气化过程中因压力而夹带的液氯，避免生产过程 中积氯现象的产生；( 3 ) 防止液态黄磷和三氯化磷的倒吸现象；( 4 ) 防止三氯 化氮在液氯气化过程中富集，杜绝气化器中的三氯化氮爆炸的可能性，提高整 个系统的安全性。 4 1 原生产工艺1 1 8 1 江西省萍乡市金太阳化工有限公司是以生产三氯化氯为主的化工企业，公 司生产主要采取直接氯化法，即将黄磷加热熔融送入反应罐中与干燥氯气反应， 经蒸馏、冷却即为成品。工艺流程示意图如下： 黄磷一熔融一氯化- 蒸馏_ 冷却成品 丁 液氯- 气化 三氯化磷生产工艺流程示意图 从工艺流程图中可以看出，氯气是三氯化磷生产的主要原料。由于氯气生 产是电流作用在氯化钠的水溶液时，能够获得氯气。由于电解氯化钠生成氯气 中，不可避免地含有一定的氨，铵离子进入电解装置与氯气反应生成三氯化氮。 第四章工艺改进方案的设计 由于氯气中含有少量的三氯化氮，长时间使用有可能在缓冲罐( 平衡槽) 、气化 器中积聚，在受热、震动、撞击和摩擦后易导致分解爆炸事故的发生。另液氯气 化过程中，液氯不可避免地随着气化的压力到下一工序，很容易产生积氯现象。 氯气在1 0 3 的饱和蒸汽压为5 0 6 k p a ，3 0 - - 3 5 的饱和蒸汽压为7 6 0 - - 8 8 0 k p a ，其蒸汽压可随着温度的升高而升高，气化热约2 5 9 5 k j k g ，气化时大量吸 热，因此使用热水加热的气化器，使液氯气化成氯气然后通过缓冲罐供生产使 用。一般使用液氯钢瓶做气源时，后接用4 0 的热水加热的气化器。液氯钢瓶 内的压力高于气化器内压力液氯去气化，然后氯气通过连接于气化器后的缓冲 罐供生产使用。流程图： 液 热水汽化器 缓冲罐 原生产工艺流程图 氯化釜 冷却水 这种生产方式存在以下特点： ( 1 ) 一级气化过程中因压力容易夹带液氯，生产过程中容易积氯现象； ( 2 ) 液态黄磷和三氯化磷容易倒入缓冲罐，容易引起停车的事故； ( 3 ) 三氯化氮在液氯气化过程中容易富集，气化器中的三氯化氮爆炸的可 能性较大，整个系统处于高度危险状态； ( 4 ) 液氯气化装置维修难度较大、维修次数较多； ( 5 ) 通氯量有待进一步提高，以便增加三氯化磷的产量。 鉴于以上特点，江西省萍乡市金太阳化工有限公司组织的技术改造攻关小 1 4 第四章工艺改进方案的设计 组，力争消除生产系统安全隐患，将反应释放的能量充分利用，达到节能降耗 的目的。 4 2 液氯气化工艺改进的的必要性 一级气化过程中因压力夹带的液氯，容易产生积氯现象，给下游生产造成 危险 防止液态黄磷和三氯化磷的倒吸现象的发生。 防止三氯化氮在液氯气化过程中富集，杜绝气化器中的三氯化氮爆炸的可 能性。 提高通氯量，增加三氯化磷的产量。 如何利用反应的热量，设计二级气化装置，从而降低生产成本。 4 3 改进新工艺的工艺方案 l 、首先液氯通过外有夹套：u 形管式气化器进行一级气化，然后部分液氯 气化后产生压力夹带液氯进入夹套气化罐进行二级气化，液氯流入气化罐快速 气化，在生产过程中避免了积氯现象的发生，气化后的液氯经过缓冲罐后进入 氯化釜进行反应； 2 、工艺流程图 改进后的工艺流程图 糊糸 第四章工艺改进方案的设计 3 、主要设备( 图见附件) 一级汽化器：外管由一根0 2 1 9 m m 和六根1 0 8 m m 的碳钢管或不锈钢管组 成的管排。( 夹套式，内管为巾5 7 m m ) 二级气化罐：1 0 0 0 l ，碳钢( 夹套) 氯化缓冲罐、高压钢管等 4 3 改进工艺预期达到的目标 l 、利用热水两级气化液氯，取代之前单一级的气化器，使提液氯气化环节 更具规范性、安全性和科学性： 2 、较之前装置降低液氯气化的危险系数，彻底杜绝气化器中的三氯化氮爆 炸的可能性； 3 、该装置的投入使用报节约煤耗达2 0 以上。 1 6 第五章改进工艺实施过程 第五章改进工艺实施过程 5 1 原理 液氯热水两级气化装置有汽化效果好、安全系数高、节能效果好的优点。 其原理为： 5 1 1 增大通氯量达到增产的目的 氯气与黄磷反应放出热量，导致冷却循环水水温升高，被加热的循环水使 一、二、两级汽化器的汽化效果更好。从而可以增大通氯量达到增产的目的。 5 1 2 大大提高了生产的安全性 由于循环水水温不高于6 0 。c ，避免了三氯化氮由于高温( 大于9 0 ( 2 ) 而发 生爆炸的可能，大大提高了生产的安全性。 5 1 3 节约能源 由于充分利用了系统反应产生的热量，较之前的蒸汽汽化装置大大地节约 了能源。 其依据是氯气安全规程g b l1 9 8 4 8 9 。 5 2 工艺过程加1 4 4 2 1 新装置采用两级气化，首先液氯通过热水汽化器为一级汽化，部分液氯汽 化后产生压力夹带液氯进入二级气化罐，从气化罐上方向四壁喷出，液氯以液 体形式流下而快速气化，在生产中避免了积氯现象的发生。然后完全气化的液 氯进入缓冲罐，避免了液态黄磷和三氯化磷倒吸现象的发生。最后氯气进入系 统进行氯化反应。 通过这段时间的实际生产证明：工艺流程对生产系统没有影响，工艺过程 较以前易于控制，不用去调节蒸汽量，操作人员控制起来较合理，而且很方便。 第五章改进工艺实施过程 5 3 工程概况 三氯化磷车间的蒸汽汽化装置改造为二级热水连续汽化装置，配套设施有： 熔磷池、冷排、水路和塔帽等。该装置丰体结构由热水汽化器、二级汽化罐、 缓冲罐及附件组成，装置内汽化并储存氯气，全密封结构。级热水汽化器是 由根由2 1 9 a 3 的外管由和六根巾1 0 8 a 3 的内管所组成的管排( 夹套式，内管为 由5 7 ) ，二级汽化罐为5 0 0 l 的a 3 ( 夹套式) ，罐体附件主要有排污管、进水管 等，熔磷池、冷排、塔帽等均为a 3 材料，是该工程工艺改造必备设施。安装时 需用3 吨萌芦配合。 本项目建设单位：萍乡市锅炉修造厂。 本项目设计单位：江西省萍乡市金太阳化工有限公司。 5 4 项目施工组织 主施工队伍：萍乡市锅炉修造厂 项目总负责：江西省萍乡市金太阳化工有限公司总经理 技术总监：江西省萍乡市金太阳化工有限公司业务主管领导 技术负责人：江西省萍乡市金太阳化工有限公司分管技改的副总经理 生产负责人：江西省萍乡市金太阳化工有限公司分管生产的副总经理 安装施工负责人：外协 项目管理部各职能岗位管理人员：江西省萍乡市金太阳化工有限公司的设 备施工员、焊接施工员、安全员、材料员、计划员、采购员。 参与、配合、辅助人员：江西省萍乡市金太阳化工有限公司全体员工。 5 5 主要施工部署与进度 l 、熟悉施工图纸资料，组织设计 主要设备( 图见附件) 一级汽化器：外管由一根由2 1 9 和六根由1 0 8 的碳刚管或不锈钢管组成的管 排。( 夹套式，内管为由5 7 ) 二级汽化罐：1 0 0 0 l ，碳刚。( 夹套) 第五章改进：i ：艺实施过程 氯化缓冲罐以及高压钢管等。 2 、明确施工方法，技术要求，验收规范等。 3 、项目部按劳动力需用计划组织施工作业人员进场，并对施工的特殊工种 进行资格审查，保存资格证书复印件。 4 、组织施工力量，落实有关安全、消防、保卫事项及进厂安全教育，建立 组织管理体系。 5 、施工必须用的用水、用电及临时设施搭建，机具材料进场。 6 、甲方供应的罐体材料进行清点验收编号，双方共同做好交接记录。 7 、装置安装前，必须对装置基础测量与验收，符合质量标准后进行安装。 8 、项目部对施工全过程进行全面安全与质量管理。 9 、施工结束后及时交付各类施工资料。 l o 、施工进度 第一阶段：2 # 氯化釜汽化装置旌工情况 起止时间：2 0 0 9 年2 月6 日 - 2 0 0 9 年3 月1 0 日 施工准备： 2 4 氯化釜的缓冲罐预制、点焊、搭接； 2 。氯化釜的二级汽化罐进出水管的预制、点焊、搭接； 2 。氯化釜的热水汽化器预制、点焊、搭接。 2 。氯化釜的汽化器、二级汽化罐排污管的预制、点焊、搭接。 熔磷池、塔帽预制、点焊、搭接。 2 。氯化釜的汽化器、二级汽化罐、缓冲罐熔磷池、塔帽充水试验( 根据甲 方要求) 。以上必须办理施工动火证。 汽化装置、塔帽、熔磷池的安装。 3 吨滑轮吊进场吊装。 第二阶段：1 # 氯化釜汽化装置施工情况 起止时间：2 0 0 9 年3 月1 5 日 - - 2 0 0 9 年3 月3 1 日 施工准备： l 嚣氯化釜的缓冲罐预制、点焊、搭接； 1 9 第五章改进工艺实施过程 l # 氯化釜的二级汽化罐进出水管的预制、点焊、搭接； l 。氯化釜的热水汽化器预制、点焊、搭接。 1 4 氯化釜的汽化器、二级汽化罐排污管的预制、点焊、搭接。 冷排预制、点焊、搭接。 l 。氯化釜的汽化器、二级汽化罐、缓冲罐、冷排充水试验( 根据甲方要求) 。 以上必须办理施工动火证。 汽化装置、冷排安装。 3 吨滑轮吊进场吊装。 注：以开工日期计算，不包括等工、待料和雨天。 5 6 施工要求 5 6 1 保证工程质量组织体系及措施 l 、工程施工严格执行技术标准和验收规范( 化工机械安装工程施工及验收 通用规范h g2 0 2 0 3 2 0 0 0 ) 。 2 、依据生产技术部设计施工图和有关技术性文件( 附有关技术标准) 。 3 、工程施工前应对施工人员进行技术和安全生产的交底，未经技术负责人 同意，严禁擅自修改或变更设计和施工方案。 4 、特殊工种持证上岗，严格执行”十不烧”和”十不吊”的规章制度。 5 、对每一批材料进行复检，核对其材质、型号、规格是否符合要求，提供 有效的产品质保书。焊接材料必须有”产品质量证明书”，焊条使用前必须在烘箱 中进行烘锫，温度在5 0 0 c ，恒温l 小时，然后在1 2 0 。下保温，焊条取出后应 及时放置在保温筒内，焊接时做到随用随取。 6 、工程使用的检测器和量具均应经过计量部门检测合格，并且应在检测规 定的期限内。 7 、工程施工过程中，必须做好施工原始资料和交工资料的汇总整理，做到 工程资料和现场施工的同步性，做到每道工序的施工质量具有追索性。 8 、认真贯彻公司自检、互检、专检三级质量管理体系。 第五章改进j l j 艺实施过程 9 、实行工程质量目标管理，对重要部位设控制点。 1 0 、在施工过程中发生的不符合规范和施工方案的情况时施工人员应及时 向施工负责人或甲方有关人员报告，施工人员不得擅自处理。 5 6 2 保证安全体系及措施 l 、进入现场的施工人员必须进行三级安全教育，明确各自岗位的安全职责 及操作规程并签名登记。 2 、特殊工种持证上岗，严格执行安全生产六大纪律。 3 、项目部设专职安全员，对施工现场的安全进行全面监控，现场动火办理 相应的动火证，并派专职监控员看护。设置明显的安全及消防标志 4 、现场使用的临时电箱符合三相五线的要求，机具接电有专职电保养负责。 5 、施工机械进场前，都要做全面检查，观察机械设备是否有损坏。 6 、超过2 m 以上的高空作业必须佩带安全带，并扣好安全带扣。登高作业 时对每一位作业人员要进行相关的体格检查，并有登高作业证。 7 、设备吊装时，其作业区域设立警戒区，吊车桅杆下严禁站人或行走。起