阀门应用——氯碱的挑战

作者：Philip Schultz

Crane ChemPharma＆Energy（www.cranecpe.com）XOMOX产品线的应用专家

翻译：Gordon

随着多年来新材料的引入和阀门设计的发展，流体处理操作员受限于可用于控制过程的阀门类型数量的日子早已不复存在。这些进步加上更严格的逃逸排放标准，对工厂人员健康和安全的强烈关注以及操作员实现更低总拥有成本的愿望使阀门选择成为一门科学。必须将这项科学付诸实践的应用之一是氯碱厂。

可用于氯碱工厂的阀门的特征已经过定制，以解决该行业面临的一些最棘手的问题。今天的操作员必须了解每种阀门的优势，为过程的不同部分选择合适的阀门。

氯碱

在氯碱工厂中，出现了四个主要阶段：盐水制备，氯处理，苛性钠和氢气生产。它们每个都提出了各自的挑战，其他下游考虑氯碱，包括处理盐酸和次氯酸钠合成。
四个阶段中的每个阶段都需要特定的阀门和材料。
用于氯碱厂的阀门类型范围很广：隔膜阀，套筒旋塞阀，带衬里的阀门（蝶阀，球阀，止回阀和旋塞阀）和波纹管密封的截止阀，仅举几例。
所有这些阀门都面临着逸散性排放问题，这可能是由于密封系统不足，热循环和湿润阀门组件腐蚀造成的，特别是在介质/衬里组合不当的情况下。下游泄漏是另一个常见问题，可能是由于内部腐蚀，阀座磨损，结垢导致的阀座磨损。氯碱中使用的阀门必须具有可以解决这些问题的特性和优点。

阶段面临的挑战

盐水制剂受到腐蚀性和腐蚀性介质的困扰。磨损发生在固体颗粒和盐的堆积中，并且可能发生结垢。盐水本身是水和原盐的混合物，具有很强的腐蚀性，离子浓度很高。 由于在该过程中使用的电解池中膜和隔膜的高灵敏度，必须对这些细胞的盐水溶液进行纯化，该过程涉及许多步骤，包括处理，过滤和离子交换。在存在固体的过程的部分中，磨损是一个问题。通常使用具有聚四氟乙烯（PTFE）隔膜的全氟烷氧基（PFA） - 衬里隔膜阀。 PFA衬里蝶阀也是盐水制备过程中的常用选择，有时会使用PFA衬里的旋塞阀和球阀，特别是在从介质中除去固体后进行过滤。 氯是氯碱厂的主要产品。这种氯必须冷却，干燥，压缩，并液化储存或运输，或送至下游工艺。在电解槽中产生氯气之后进行操作的氯处理部分。氯处理中遇到的最普遍的问题是逸散性排放和腐蚀性介质。直接来自电解槽的湿氯具有很强的腐蚀性和毒性。这里经常选择的阀门是高性能蝶阀（图1和图4），Monel（如图3）等材料的严酷工况旋塞阀或诸如波纹管密封截止阀的零排放阀。使用浓硫酸（H2SO4）干燥湿氯。衬里球阀或旋塞阀通常用于处理H2SO4的高腐蚀性。

是氯碱厂的主要产品。这种氯必须冷却，干燥，压缩，并液化储存或运输，或送至下游工艺。在电解槽中产生氯气之后进行操作的氯处理部分。氯处理中遇到的最普遍的问题是逸散性排放和腐蚀性介质。直接来自电解槽的湿氯具有很强的腐蚀性和毒性。这里经常选择的阀门是高性能蝶阀（图1和图4），Monel（如图3）等材料中的严重维修旋塞阀或诸如波纹管密封截止阀的零排放阀。使用浓硫酸（H 2 SO 4）干燥湿氯。衬里球阀或旋塞阀通常用于处理H2SO4的高腐蚀性。

氯碱法的另一个主要副产物是苛性钠，通常是氢氧化钠。根据电解槽中使用的技术，产生的苛性钠浓度不同，盐污染程度不同。这会给阀门选择带来挑战，因为介质具有腐蚀性，但它也可能含有固体，特别是在蒸发后浓缩产品。随着浓度的增加，盐可能从溶液中析出（沉淀物）并具有结垢效果。因此，镍合金套筒旋塞阀通常是一种选择（图3）。在该阀类型中没有体腔防止了流动介质的积聚，这可能导致密封表面的损坏。具有360度端口唇口的阀门将保护套筒免受任何磨损。在低盐腐蚀性应用中，衬里球阀是一种可行的选择，因为它们具有全孔径设计和出色的耐腐蚀性。
氢气是氯碱工艺中产生的另一种副产物。由于不利的化学计量比（发生完全燃烧的空气和可燃气体或蒸汽之间的确切比率）和低分子量，氢的产生量不会使其成为具有商业吸引力的衍生物。尽管如此，产生的氢气可以作为燃料燃烧，或者经常与氯燃烧以制备用于工厂的盐酸。
氢生产存在的困难包括处理储存所需的高压以及选择能够避免氢脆的材料的需要。高性能蝶阀（HPBV）是用于制氢的常用选择。

正确的阀门

隔膜阀（图2）通常用于氯碱应用，因为只有阀门的两个部分与管路介质接触，使其能够抵抗腐蚀和磨损。隔膜将阀门的工作部件与有害介质隔离开，进一步防止任何金属部件的腐蚀，即使隔膜表现出磨损迹象，阀门的线性操作也可确保密封。它还可以防止break-in 或break-out扭矩。因此，轧制螺纹不应卡住或磨损，并且通过行程保护主轴免受环境影响，防止阀门堵塞。隔膜阀还可实现无袋流动，防止密封表面积聚，便于完全关闭。

套筒旋塞阀是氯碱应用中的另一种普遍阀门。使用带有全周向在线密封设计的套管旋塞阀可以提供上游和下游（双向）密封（图5）。套筒式旋塞阀还可以最大限度地减少阀座磨损，因为端口唇缘在打开或关闭位置都能保护阀座表面。现代阀门设计具有两个甚至三个独立的密封系统，因此可提供更好的防止大气泄漏的保护。

HPBV是确保双向密封的首选，这在任何干氯线路中尤其重要，因为泄漏会导致水分泄漏并导致管道系统部件快速腐蚀。使用HPBV，无论流向如何都能提供泄漏保护。
全衬里球阀，旋塞阀和蝶阀为氯碱工艺中遇到的所有化学品提供无与伦比的耐腐蚀性。
当需要波纹管密封的截止阀时，使用内部部件由不锈钢或哈氏合金制成的阀门，以提供足够的防腐蚀保护。这也可以帮助防止多壁，完全冲洗的不锈钢波纹管作为主要密封件的磨损。这种冲洗系统还可以保持波纹管清洁，并且没有任何颗粒沉入波纹管的翅片中。
波纹管密封截止阀中普遍存在的另一个优点是阀体和阀盖之间的紧密密封，可以进一步延长阀门的使用寿命。波纹管密封截止阀中的卓越安全密封系统具有多个壁，压盖填料，金属后座和覆盖垫圈，用于逃逸排放保护。波纹管密封的截止阀还可用于防止通过榫槽密封系统的热循环。

结论

氯碱是最苛刻的流体处理应用之一。更好地了解操作员面临的挑战，允许选择阀门的人员权衡每种阀门类型的优点和特征，以满足他们的确切需求。这取决于运营商，以确保它们与具有提供最合适的阀门，使设备既可以做需要平稳运行的作业（从而确保拥有最佳的总拥有成本）所需要的经验和知识的阀门制造商的合作伙伴，又能够保证人员和环境安全。

阀门在氯碱的主要应用