增强聚丙烯管在一水碱溜管的应用①

摘 要：一水碱生产是水合法重质纯碱生产核心工序，一水碱质量好坏、运行的稳定性等直接影响着重灰系统的生产。在现有的一水碱生产系统中，一水碱溜管的频繁堵塞制约着重灰生产的稳定运行。该文以工业生产实际为依托，通过生产实践对一水碱导料溜管易结疤的因素进行了提炼，提出了利用增强聚丙烯圆形管代替传统纯碱工业设计中常用的碳钢或304不锈钢矩形截面一水碱溜管思路，并通过挂片实验、实际生产创新改造试验等手段，验证了该改造思路的可行性，实现了一水碱溜管应用增强聚丙烯溜管后，系统的长周期稳定运行。

关键词：一水碱 增强聚丙烯 溜管 稳定运行

中图分类号：TQ31 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）03（b）-0084-02

纯碱作为重要的基础化工原料，广泛用于玻璃、制药、洗涤剂、冶金等工业行业。重质纯碱性能稳定、碱尘飞扬小、便于包装与运输等优点。在我国，重质纯碱的生产主要以水合法技术为主，水合法生产重质纯碱的关键过程是一水碱结晶（一水合碳酸钠俗称，Na2CO3・H2O）的控制，一水碱生成温度约为85～95℃，且因其有结晶水及一定的游离水，故在输送至煅烧炉过程中容易粘结的导料溜管壁面，造成一水碱沿壁面粘接甚至堵塞溜管，影响生产的稳定运行。该文就一水碱溜管材质改型优化进行了实验研究，并最终选用了增强聚丙烯管作为一水碱导料溜管，生产应用效果良好。

1 一水碱生产原理及流程

1.1 一水碱生产原理

一水碱是轻质纯碱与水进行水化反应后，晶格结构重排后的一种物质，这种结晶比轻质纯碱的结晶密实、光滑，结晶颗粒大且均匀，在光学作用下，呈现特殊的淡灰色，结晶散落时由于晶棱折射光线而闪闪发光。

轻质纯碱与水反应在不同的温度下会生成三种不同的水合碳酸钠结晶，分别是十水合碳酸钠、七水合碳酸钠以及一水合碳酸钠，重质纯碱生产过程中，水合反应往往控制在85～95℃，使轻质纯碱与水发生水合反应生成一水合碳酸钠（俗称一水碱，理论上生成一水碱的反应温度范围为32.4～112.5℃），化学反应方程式可以表示如下：

Na2CO3+H2O Na2CO3・H2O-14.1kJ/mol（放热）

一水碱的生成反应是一个放热反应。

1.2 生产流程简述

水合法生产重质纯碱根据生产工艺技术的不同又可以分为固相水合法与液相水合法。固相水合法是以合格的高温轻质纯碱为原料，在水合机内与喷洒化合水（一般为含CO32-30-40ti的水溶液）反应，生成一水碱，并由水合机尾部取出经出料螺旋输送机输送至一水碱导料溜管送往蒸汽煅烧炉生产重质纯碱。液相水合法同样是以合格的高温轻质纯碱为原料，在液相水合器内与循环母液充分混合溶解，再经重结晶过程，生成一水碱晶浆液，通过离心机脱水分离后得一水碱经导料溜管送往蒸汽煅烧炉生产重质纯碱。

1.3 存在问题

（1）传统的重质纯碱生产工业设计及应用中，一水碱溜管大多采用的是碳钢或304不锈钢的矩形溜管。实际生产中，因溜管壁传热系数较大，一水碱特别容易沿溜管内壁粘附，随着一水碱粘附层逐渐增厚，导致一水碱溜管堵塞，影响生产的稳定运行。

（2）碳钢或不锈钢一水碱溜管因在使用过程中易结疤堵塞，清理时，敲打使溜管壁面变形损坏严重，补焊修复频繁，检修劳动强度大，溜管使用周期约为1.5年，更换时搬运、吊装质量大，不方便。

2 增强聚丙烯材料选用

结合生产实际，根据一水碱的温度、颗粒性状、溜管强度等因素综合考虑，经过多次选材实验最终确定使用增强聚丙烯

2.1 性能测试实验

为了测试增强聚丙烯耐温性、表面是否易粘结附着一水碱及，其耐磨性，材质选型时进行了不同位置的挂片实验。实验结论见下表（表1）。

试验结论：

（1）实验进行时，取一100*100*20mm的板状模型进行挂片实验，实验后挂片表面没有明显粘附一水碱现象，偶尔取出后实验板片表面附着一水碱细小颗粒也比较容易擦除，没有较强的粘结倾向。

（2）在出料箱及出气箱内接触的物料及温度均为一水碱实际生产温度（炉气温度为生产实际中，材质接触的最高温度），在该温度下，材质未发生变形现象。

（3）增强聚丙烯材质在实验过程中，表面未发生明显被一水碱颗粒磨损现象，材质表面硬度能够满足作为一水碱导料溜管使用。

2.2 增强聚丙烯溜管选型及安装

2.2.1 溜管形状

传统纯碱生产装置设计时，受一水碱溜管上下接口均为矩形，且矩形溜管更换拼接方便，修复平面大等因素影响，原一水碱溜管形状为：大端450*700，小端为450*500的梯形体溜管。现考虑矩形溜管存在输送死角，容易导致物料下落速度不均，沿夹角处粘附现象显著，且增强聚丙烯圆形溜管加工制作及现场安装方便，故受原设备接口尺寸限制，在此选用为规格为Φ450*20mm圆形溜管，经校核，该溜管能够满足生产负荷的要求。

2.2.2 溜管上下接口设计

因原溜管上下接口均为矩形口，改作圆形溜管后，需要增加方变圆接头及卡具实现管口的连接及新溜管的固定。

3 应用效果查定

3.1 运行负荷及周期

改造完成后，按照改造之前运行负荷进行生产运行查定，一水碱溜管截面由矩形改为圆形后，面积缩小部分没有制约作业负荷。实际运行中，一水碱生产系统运行周期显著延长，由原来没8h清理一次延长至24h系统清理时，同步检查清理一次，大大的降低了化工生产操作人员的劳动强度，实现了生产系统长周期稳定运行。

3.2 溜管强度

自安装运行至今，增强聚丙烯溜管已经运行数月，查定时，流管内壁并没有发生较明显的磨损痕迹，内壁光洁程度未产生影响。同时溜管安装后，在高温作业情况下，没有发生形变及其他外观变化，故溜管能够满足工况的需求。

3.3 检修情况

该增强聚丙烯溜管投用后，溜管上下接头方变圆及抛料机部分没有再发生堵塞现象，不需求高强度的敲打，大大降低了检修频次，同时也降低了检修工及备件的财务支出，降低了生产成本。

4 结语

通过挂片实验测试及生产实际应用效果查定，可以充分的证明增强聚丙烯管能够替代原碳钢或304不锈钢制作的矩形一水碱溜管，并在延长生产系统运行周期、减轻操作人工强度、减少检修频次等多方面有着较好的优化与提升。

参考文献

[1] 陈学勤.氨碱法纯碱工艺[M].沈阳：辽宁科学技术科学出版社，1989：314-318.

[2] 毛广卿.不同截面形状的溜管对物料流动的影响[J].粮食加工，2004（5）：34-36.

[3] 芮志英.论增强聚丙烯管与传统管材的区别及应用[J].中国科技博览，2013（17）：493.

[4] 纯碱工艺[S].唐山三友化工份有限公司内部交流资料（未公开出版），2008：208-210.