王黎明，刘明国，张振，尹建新，朱光兴

(滨化集团股份有限公司，山东 滨州 256602)

滨化集团股份有限公司(以下简称“滨化集团”)位于黄河三角洲腹地的滨州市，为主业突出、产业链完整的综合型化工企业集团，产业涵盖石油化工、盐化工、精细化工、热电、口岸仓储、金融等领域，具有40多年丰富的烧碱生产经验，是我国重要的烧碱产品生产商，是国内氯碱行业具有较大影响力的企业。目前滨化集团烧碱装置的生产能力为68万t/a，运行中的一次盐水精制过滤器共计21台。

1 生产工艺简介[1]

滨化集团一次盐水精制工艺是以高精度膜微孔过滤技术为主的精制工艺。由于滤膜易受Mg(OH)2、有机物的污染而大大降低过滤能力，因而采用粗盐水预处理器与膜过滤器相搭配。粗盐水先经预处理器去除Mg2+和有机物后由滤膜除Ca2+的分步精制工艺，使精盐水达到较高的质量，满足直接进二次精制系统——螯合树脂塔的要求。在过滤单元中，膜过滤器是最易出现问题的单元，膜过滤器中过滤器本体阀门出现的问题较多，严重影响盐水的质量及产量。目前滨化集团拥有盐水精制膜过滤器21台，每台过滤器有进液阀、反冲阀、放气阀、排渣阀共计4台，原配套为进口夹管挠性阀。

经配水、化盐及前反应、预处理工序后，粗盐水已去除大部分的Mg2+(除去90%以上)及有机物，但Ca2+依然大量存在，在后反应器中加入适量Na2CO3，混合均匀后形成CaCO3沉淀，再自流至缓冲罐，再自流至膜过滤器过滤去除。粗盐水通过进液阀流入过滤器，经过滤袋进行过滤，清液经上腔排出，过滤一段时间后，当滤饼达到一定厚度时，系统自动进入反冲洗状态，进液阀、反冲阀、放气阀按各自功能自动切换，使滤饼脱离滤袋并沉降到过滤器的锥型底部，系统重新进入过滤状态；当底部滤渣达到一定高度时，系统自动打开排渣阀，迅速排出滤饼。

2 改造前运行中存在的问题

在盐水精制过滤器运行过程中，根据工艺运行的要求，各阀门频繁开启和关闭；并且，挠性阀内胆在50～60 ℃盐水浸泡下容易出现橡胶老化、弹力降低而无法打开的情况，或内胆疲劳出现裂纹而导致挠性阀泄漏。

以滨化集团化工分公司为例，氯碱车间盐水工段目前拥有13台膜过滤器，原阀门配套进口挠性夹管阀。挠性阀具有结构简单、局部阻力小等优点，但综合其使用情况，内胆破损是该类阀的主要故障，且内胆破损后无法维修，只能通过更换内胆来解决。实际运行表明：在过滤器所用的几个挠性阀中，进液阀的故障率较高。

实际运行表明：进口原装夹管阀使用寿命在1年左右。内胆破损更换后，运行质量不佳，使用状况波动较大，夹管阀使用寿命不足半年。如进液阀为DN200的挠性阀，内胆价格为12 000元左右。从目前的使用情况看，挠性阀内胆寿命平均为半年，运行成本偏高。

经统计，滨化集团每年挠性阀内胆更换费用为100多万元，还仅是挠性阀内胆的采购价格，不包括挠性阀更换的费用。在盐水精制膜过滤器挠性阀开关时，带压仪表风通过夹管阀壳体上安装的快排阀快速排出会造成现场瞬间高分贝噪声；长期使用后出现打开时间延长或无法打开，开关状态不能正确显示等问题，须操作人员在巡检时，通过触摸温感检查开关情况；维修更换挠性阀内胆频次较多，泄漏的盐水对地面造成腐蚀，还存在开关用时较长、耗气量大和对仪表风压力范围要求较窄(0.4～0.5 MPa)等问题。

近几年挠性阀内胆产品质量不稳定，使用周期短，同时存在采购渠道单一等问题，对盐水精制膜过滤器的安全经济运行造成不利影响。

滨化集团尝试寻找其他类型阀门代替挠性阀，根据运行要求，发现衬氟蝶阀适合现场运行工况的要求。

3 选用衬氟蝶阀替代挠性阀的可行性

3.1 衬氟蝶阀的特点

衬氟蝶阀适用于高腐蚀性化学介质及有毒性介质，特殊的密封结构设计，在最苛刻的工况下也能保证长效安全的密封性能。阀体采用两段式设计，方便日后维修和更换密封件。

一体式成型阀板阀杆设计，阀板和阀杆主要密封位置同时包覆4 mm以上厚度的聚四氟乙烯，确保介质不会腐蚀阀体内部。3 mm以上聚四氟乙烯阀座完全将阀体与介质隔离，阀座背面的乙丙橡胶弹性垫圈设计，保证聚四氟乙烯阀座的弹性与阀门关闭时的密封性能。GEFA多功能控制平台，可互换不同尺寸平台，直接与执行机构安装，避免采用支架转接，使阀门开关更加精确。

衬氟蝶阀适用于盐水精制膜过滤器运行指标，满足如下技术参数：介质为质量分数为30%的NaCl，介质温度范围为45～60 ℃，仪表风的压力范围为0.4～0.7 MPa，蝶阀允许运行压力范围为0～1.0 MPa。

在进入过滤器盐水内的固体物质中取样时，分析取样杯中经慢慢沉降后的澄清成分；沉积物呈现白色的絮状物，质地软绵，为不溶于水的物质。气动衬氟蝶阀频繁启闭不会对密封面造成磨损，滨化集团通过4年的试用以事实证明了这一点，并尝试对盐水过滤器挠性阀进行改造，使用气动衬氟蝶阀替代挠性阀控制运行。进液阀自2013年11月更改为气动衬氟蝶阀，使用至今，各阀均运行正常，无故障。经笔者调研，国内少数氯碱企业也在尝试采用衬氟蝶阀代替挠性阀，反映良好。

3.2 衬氟蝶阀替代挠性阀的安装过程

从工艺运行方面分析，改造时要配合管道改造和现场阀的安装，对现场电磁阀改造安装过程如下。

(1)将电磁阀从总气源底座上拆下，安装单独的气源底座。

(2)将旧电磁阀安装在原电磁阀位置，作为控制用电磁阀的气源控制阀，同时起到封堵出气口的作用。

(4)控制用电磁阀输出两路气源与现场阀相连。

(5)手动测试开关控制的对应性。

(6)测试DCS控制时现场阀开关的对应状态。

(7)确认无误后，固定控制用电磁阀，等待后续处理，电磁阀改造工作完成。

3.3 改造后过滤系统运行控制系统

阀门改控后的设备流程如图1所示。

(1)启动过滤器前，将其置于自动停止状态，此时进液阀、反冲阀、排气阀、排渣阀处于关闭状态。

液位测量计为浮球液位计，量程为0～100%；压力测量方式为压力变送器，量程为100～300 kPa

(2)进液A：按DCS显示屏上的“启动”按钮，进液阀、排气阀打开，过滤器进入“进液”状态，粗盐水经进液阀进入膜过滤器，排气阀排气。

党员教师与学生24小时线上对接，随时关注入党积极分子学生的动态，特别关注学生的理想信念、职业发展、先锋模范、吃苦耐劳、乐于奉献，集体主义精神等方面，确保线下工作做到有的放矢。

(3)进液B：当进液A时间到达设定值或盐水从戈尔膜涌出并到达进液液位设定值时，过滤器进入“进液B”状态，阀门状态保持不变。

(4)过滤：当进液B时间到达设定值或按下跳转过滤按钮(仅在进液A，B状态有效)时，控制器得到信号自动关闭排气阀，进入“过滤”状态。清液从戈尔膜出水管口涌出，通过精盐水出口溢流至精盐水储槽(在过滤过程中，当压力超过压力高限设定值时，DCS显示屏直接跳入反冲状态，并产生压力过高报警)。

(5)反冲：“过滤”时间达到设定值后，进液阀关闭，反冲阀自动打开，进入“反冲”状态。此时管板下的盐水通过反冲管道流出至中间槽。管板上的清液在自身重力及外界大气压力下，顺戈尔膜滤芯倒流，将附着在戈尔膜表面的滤饼冲下。反冲水量及反冲结束时间由浮球液位计决定，当反冲设定时间到或液位到达反冲液位设定时，反冲结束；当反冲时间到达设定时间，但液位未到达设定值时, 将会产生“反冲超时报警”。

(6)沉降：反冲结束后，反冲阀自动关闭，进入到“沉降”状态。此状态为物理沉降，目的是使反冲下的盐泥沉积于过滤器锥体，便于排渣。

(7)判断过滤循环次数是否达到设定值：反冲结束，控制器会自动判断当前循环次数是否达到设定值。若未达到设定值，则返回第二步，进液过滤。

(8)排渣前过滤(可选步)：在控制页面中此步骤可选择为是否激活。当选择为不激活时，过滤器运行时，此步跳过，直接进入下一步。在此步骤选择为“激活”时，当过滤循环次数达到设定值后，进液阀门打开，进入“排前过滤”状态。此时的阀门状态及过滤状态与第二步的过滤状态相同，但目的不同。此时的作用主要将清液腔的液位由反冲后的低位升高，为下一步排渣作准备。在保证一定的排渣量的同时，使得排渣后还有一定的液位。

(9)排渣：排前过滤时间达到设定值后，排渣、排气(可选)，进液(可选)阀门自动打开，沉积于锥体部位的盐泥顺排渣阀排出。排渣结束条件为：排渣时间到达时间设定值或液位到达排渣液位设定(可选择)。根据“液位判断”这个条件，可在控制页面中选择投用或切断。

(10)排渣结束后，自动返回第一步(若液位未达到进液设定值)或返回第二步(若液位超过进液液位设定)，进入下一个循环，周而复始。排渣过程中，可以在控制页面中分别选择排气阀和进液阀是否打开。根据相关的选择，在每一次排渣过程中，排气阀和进液阀可分别打开或关闭。

4 改造后经济效果

滨化集团离子膜法烧碱的生产能力是68万t/a，一次盐水膜过滤器装置控制阀门运行周期由半年延长至5年。

(1)原来由挠性阀控制运行成本：按照满负荷运行5年为核算周期，只考虑采购成本及更换维修费用。

膜过滤器装置挠性阀内胆用量：DN200，42只；DN150，8只；DN100，21只；DN80，8只。

估算5年内挠性阀内胆用量分别为：451.61只，86.02只，225.81只，86.02只。按照现用品牌挠性阀内胆的价格，更换内胆维修费用按1 000元/只计算，5年内挠性阀内胆费用成本流量如表1所示。

表1 挠性阀内胆费用成本流量表Table 1 Cost flow statement of pinch valve inner liners

(2)更改为两位切断衬氟蝶阀的运行成本：按照满负荷5年为核算周期，只考虑采购成本及更换维修费用。

膜过滤装置衬氟蝶阀的用量为：DN200，42只；DN150，8只；DN100，21只；DN80，8只。

估算用量分别为：42、8、21、8只。

按照进口品牌两位切断衬氟蝶阀价格，更换费用为900元/只，5年内两位切断衬氟蝶阀费用成本流量如表2所示。

表2 5年衬氟蝶阀费用成本流量表Table 2 Five-year cost flow statement of fluorine-lined butterfly valves

这项技术革新推广至滨化集团全公司的烧碱装置，改造后，5年节约运行成本约为：

842.80-103.41=739.39(万元)。

体现经济效益为：

739.39÷5=147.88万元/a。

挠性阀与衬氟蝶阀年累计资金费用对比曲线如图2所示。

据了解，进口两位切断蝶阀实际平均使用寿命大于5年，所示效益更加明显。目前，国内氯碱行业采用膜过滤技术的盐水膜过滤器绝大部分采用挠性阀控制，笔者认为可以在行业内推广衬氟蝶阀，并采用自动控制技术。

图2 挠性阀与衬氟蝶阀年累计资金费用对比曲线

5 结语

在盐水精制系统过滤器的工作过程中，挠性阀内胆破损及故障率高等问题已经是公认的技术难题。

尽管挠性阀具有结构简单、局部阻力小等优点，但内胆破损且破损后无法维修，同时还存在着故障率高等问题。因此，滨化集团积极选用衬氟蝶阀替代挠性阀，使盐水精制过滤器工艺进一步升级；并且，在选用衬氟蝶阀后，有效降低了盐水过滤器阀门的维修频率，节约了维修费用，保证了设备的长周期稳定运行，提高了盐水过滤装置的产能及过滤质量，大大降低了现场运行噪声，并有效地改善了操作人员的工作环境。

[1] 何同玉,刘岭梅.离子膜工艺盐水精制技术进展概述[J].氯碱工业. 2001(9)：8-10.