第九章工段
第一节工艺流程及主要设备
一、本工段任务
本工段的主要任务是．将气体氯经低温冷却成液体氯，贮存在贮槽内，经计量包装入钢瓶或槽车。未液化气体去合成盐酸工段。液化所需的冷量由气氨压缩冷却液化后节流蒸发过程产生的冷量所提供。 二、工艺流程简述
生产工段由冷冻、液化、包装、整瓶四个工序组成（见图9—1）。
来自氯干燥工段合格的干燥进入液化槽的氯冷凝器，与槽内-10~-25℃的氯化钙盐水进行间接换热后冷凝成气、液混合物进入分离器，由底部出口管流出，进入计量槽，
没有冷凝下来的含氯尾气送盐酸工段处理。气氯冷凝的传热过程为：气氯将热量传给氯化钙水溶液，氯化钙水溶液再将热量传给氨，液氨吸热蒸发气化以供给气氯液化时所需的冷量，
氯化钙溶液则在氨蒸发器和氯冷凝器之间循环以传递冷量。
液氨蒸发成气氨进集氨器，经过双级压缩到1.5MP，经油分离器，然后进入氨冷凝器冷凝成液氨。又经分配台节流分配到各液化槽和用冷部门作再次循环。
在汽化器内通过夹套热水加热，使气化产生1.0MPa的压力，将计量槽内的压送到包装岗位，按规定的包装量灌入检验合格的钢瓶内。 计量槽、包装岗位和整瓶的低压、低浓度废气送漂粉精或其它用氯工段处理。包装后计量槽和汽化器中剩余的氯排入液化槽进口的原氯总管继续液化。
图9-1 工艺流程图
1-液化槽；2-气液分离器；3-集氨器；4-低压机；5-中间冷却器；6-高压机；
7-氨油分离器；8-冷凝器；9-氨贮槽；10-氨分配台；11-计量槽；12-20t地中衡；
13-汽化器；14-热水槽；15-液下泵；16-排水槽；17-钢瓶；18-3t地中衡；19-缓冲器；
20-娜氏泵；21-旋风分离器；22-酸沫捕集器；23-浓硫酸高位槽
三、主要设备及作用
1．液化器
(1)箱式液化槽 箱式液化槽为长方形碳钢设备(见图9—2)，中间有一导流挡板，槽的一边为多组盘管组成的冷凝器，另一边为多组盘管组成的氨蒸发管，并装有立式搅拦器。槽内充满相对密度(比重)为1.25～1.28左右的氯化钙水溶液。从冷凝盘管上部进入，被管外-25左右的冷冻盐水(氯化钙溶液)冷却成气液混合物后从底部排出。吸收热量后的盐水在搅拦机的作用下流向氨蒸发盘管。管内的液氨吸热蒸发成气氨，气氨经压缩冷却
再成液氨。管外的氯化钙溶液冷却后重新流向冷凝管．从而确保液化温度不变。
图9—2液化槽
1一外壳I 2一氨气发管-3一搅拌机叶轮，
4一搅拌机电机：05_-氯冷凝管； 6一溢流口
(2)列管式液化器列管式液化器(见图9—3)随致冷介质不同而略有差别，采用氨制冷生产的装置，列管内走冷冻盐水(氯化钙水溶液)．壳程走。盐水由专用泵供给，故增加了动力消耗及设备。与箱式液化槽相比，由于盐水流动状况的改善，传热系数大大增加，同时也方便了检修。其安装形式分为卧式和立式两种。
图9—3 列管式液化器
氟里昂致冷生产装置中，也采用列管式液化器。氟里昂和分走管程。由于氨与氯接触会生成极易爆炸的三氯化氮，故用氨冷却氯时，中间要用氯化钙作为传热介质，确保两者不接触。因此整个传热过程为：将热量传给氯化钙水溶液。再由其将热量传给氨。在这种情况下氯的最终冷凝温度与氯化钙溶液的温度之差为5℃，氯化钙溶液与氨的温差也是5℃，总温差(氯的最终冷凝温度与氨的蒸发温度)为10℃。另外，液氨沸腾对管壁传热系数较大，氯化钙水溶液对氯和氨的管壁传热系数也比较高；只有氯对管壁的传热系数因气膜存在而比前两者小得多．即使增加氯化钙溶液的流速也无济于事。而采用氯与氟里昂通过换热器直接进行热交换，不但提高了总抟热系数·而且总温差可降至5℃，大大提高了冷冻效
图9-4 螺旋板式液化器
物料周转箱
率。
螺旋板式液化器(见图9-4)适用于氨致冷的的液化。传热系数比前两种高，也需用盐水泵供给冷冻盐水。由于通道的间距不大，所以的质量要求高。在设计和制造中，要考虑尾气合理排出位置，以利安全生产。
2．计量槽
计量槽为计量及贮存设备，是一个圆柱形卧式设备，两端为椭圆形封头，简体上部的人孔盖上开有进料口、包装出口、加压及包装后较高压力的排气口。
封头的人孔盖上开有进管、
由于处于低温状态下工作，必须有准确的计量装置确保
进入贮槽的不过量。有的厂用磁性翻板液面计计量，有的厂将计量槽直接座落于地磅上，以防止超载而引起事故。
3．汽化器
汽化器是包装工艺中的主要设备(见图9—5)。它为立式圆柱形筒，上下为椭圆形封
头，外有钢质水夹套，不包底。炙套在轴向留有100mm宽度}g缺口，用以判别进入的
量.胆材质采用16MnDR．上封头的人孔盖上开有进管、排气管、加压管及压力表接管。
其工作原理是将来自计量槽的在汽化器中经夹套内80℃左右的热水加热汽化，产生小于1．1MPa(表压)的气氯．借助此压力将计量槽内的
压入钢瓶中．进行计量包装工作．
4、钢瓶
钢瓶一般以16MnR制造．其外形为二圆筒形，两端有封头，封头上开孔并焊有内螺纹．以装上易熔合金堵、钢瓶阀，并用焊在瓶上的防护圈围住．钢瓶阀还专门有安全帽保护．瓶体外有两条橡胶防震圈。在钢瓶表面应涂有国家标准规定的绿漆及白字样、环(见图9—6)
图9—6钢瓶示意图
我国用于的钢瓶设计压力约为2MPa(绝对压力)，此时按规定的充装量装的在允许的温度下体积膨用后。瓶内仍保持有5％的气体空间，此时的浑度为60℃，相应的蒸气压力为1.759MPa。表9-1为我国某厂的1 t，和0.5t两种钢瓶的主要技术指标。
型号 | 气压试验压力kg/cm2 | 容积 | 材质 | 自重 | 使用温度 | 合金堵个数(熔点65℃） | -30℃时充装率% | 充装系数kg/L | 尺寸(外径×总长） |
1t 0.5t | 20 20 | ~832 ~415 | 16MnR 16MnR | ~440 ~230 | -40~60 -40~60 | 6 3 | 77. 77.6 | 1.202 1.205 | Ф810×20000 Ф608×1800 |
| | | | | | | | | |
注：1kg/cm2×104pa
至于0.5t以下的钢瓶。不少厂仍在充装，其钢瓶要求．也必须符合《气瓶安全监察规程》。
近二年国家《气瓶安全监察规程》规定，钢瓶上不允许装易熔合金堵。此外，有少数厂使用引进钢瓶，但必须得到劳动部门的批准。
四、主要工艺控制指标
1．液化槽氯化钙盐水温度-10～25℃
2．液化效率 75～90％
3．尾气含氢 ≤3.5％
4．废氯压力 ≯0.15MPa(表压)
5．汽化器最高压力 ≤1.1MPa
6．汽化器热水温度 ≤80℃
7．充装系数 ≤1.25g／L
8．钢瓶充装重量误差 ≤-1％
第二节 本工段生产特点、常见事故及预防
一、生产特点
金属表面镜面处理(一)压力与液化温度的关系
气体液化的条件有两条：①把温度至少降低到一的数值，即称为临界温度tc;②增加压力，在临界温度使气体液化所必须的最小压力称为该气体的临界压力Pc。
液化同样需达到这两个条件。的临界温度tc=144℃，Pc=76.1大气压。就是说，只要低于144℃，在某一温度下，必有一个对应的压力可以使液化。纯的压力与液化温度之间成单值函数关系。压力上升，液化温度随之上升；压力下降，液化温度随之下降。压力与液化温度关系见表9-2。 ．
表9—2饱和蒸汽压力与温度的关系
温度℃ | —70 | —65 | —60 | —50 | —45 | —40 | —35 | —30 |
压力(绝压)KPa | 15.63 | 21.31 | 28.60 | 49.20 | 63.24 | 80.30 | 100.80 | 134.35 |
温度℃ | —25 | —20 | —15 | —10 | —5 | 0 | 5 | 10 |
压力(绝压)KPa | 154.01 | 189.65 | 226.66 | 271.55 | 322.82 | 381.18 | 447.0 | 521.01 |
| | | | | | | | |
表9-2所示的关系是对纯而言，工业生产的都含有少量的O冶金石灰2H2N2CO2H2O等等，不纯的压力与温 度氯的分压与其冷凝器温度成单值函数关系：Pcl=P×Ccl其中：Pcl2为混合气中氯分压(kPa);P为混合气的总压(kPa); Ccl2为混合气中氯的体积百分数(％)。
从上式可见，在液化过程中．总压不变化，但分压变化很大，使液化温度在液化过程中也有很大的变化。
由于氯的液化温度与氯压力成单值函数关系，因此在工业上采用三种不同的压力生产
。
①高压法。氯压力在l.4～1.6MPa(表压)，液化温度30~50℃。
②中压法。氯压力在0.2~0.4MPa(表压)．液化温度0～1 0℃。
③低压法。氯压力在0.1 5MPa (表压)，液化温度-30℃左右。
以上三种生产方法，以高压法流程最短，操作简单，能耗最低。表9—3为不同压力下生产耗电的比较。表9-3不同压力生产工艺耗电比较表
项 目 | 液化效率% |
0.1MPa | 0.3MPa | 0.8MPa | 1.6MPa |
压缩耗电，kw.h/t 冷却耗电，kw.h/t 合计耗电，kw.h/t 液化开始温度，℃ 液化终止温度，℃充气模型 | 万利达电视电脑一体机5 87 92 -36 -42 | 23 68 91 -8 -17 | 42 27 69 25 14 | 57 3 60 53 40 |
| | | | |
我国目前采用的生产工艺大部分为低压法。近几年来，国内由于透平压缩机的推广使用，一些企业制造的方法逐渐由低压向中低压方向发展，生产综合能耗也随之明显下降。
(二)的液化效率和氯内含氢的关系
液化效率也称为液化率，其定义为：
液化效率=以液化之量／进入液化系统氯总量×100%
使用上式计算液化效率比较麻烦，由于分析进入系统和出系统的成分比较容易，应用物料平衡可推导出下式，从而方便地计算出液化效率： 线性驱动器
液化效率=
式中：Cl——进入系统的体积浓度（以小数表示）；
C2—出系统体积浓度(以小数表示)。
在生产中，应该是液化效率越高越好，但实际情况并非如此。因为在一般电解槽生产中总不可避免含有微量氢气，一般隔膜法电解总管控制含氢不超过0.5%。这微量的氢与氯一同进入冷却系统，在氯液化过程中氢总量不变化．而总量却因为不断液化而减少，致使氯中含氢百分比不断上升，一旦总氢量超过4％时，即有爆炸的危险(氯内含氢的爆炸范围为5~87.5％)。所以液化效率的极限为保证尾气含氢不超过4％．这使液化效率一般控制在90%左右，不再进一步提高。以下为原料氯含氢量与液化效率的关系(纯度为95%)：
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