趙軍鋒，杜英軍，朱曉冬（西安航天動力機(jī)械廠，陜西西安710025）

?

轉(zhuǎn)化器設(shè)計過程中應(yīng)注意的問題

趙軍鋒，杜英軍，朱曉冬
（西安航天動力機(jī)械廠，陜西西安710025）

摘要：介紹了合成轉(zhuǎn)化器的最新技術(shù)進(jìn)展以及該設(shè)備設(shè)計中應(yīng)注意的幾個問題并提出了改進(jìn)措施。改進(jìn)后，可降低設(shè)備成本，使用效果滿足工藝要求，提高了設(shè)備使用壽命。

關(guān)鍵詞：聚氯乙烯；氯乙烯；轉(zhuǎn)化器；設(shè)計

在電石法PVC生產(chǎn)工藝中，乙炔和氯化氫在轉(zhuǎn)化器內(nèi)合成氯乙烯的反應(yīng)是整個工藝的核心部分，也是電石法與乙烯法工藝的重要區(qū)別，轉(zhuǎn)化器對提高PVC生產(chǎn)能力和降低消耗起著關(guān)鍵的作用。其設(shè)備的設(shè)計和運(yùn)行管理都很關(guān)鍵，一臺設(shè)計合理的轉(zhuǎn)化器以及相對應(yīng)的科學(xué)運(yùn)行管理是延長轉(zhuǎn)化器壽命、降低觸媒和汞流失的關(guān)鍵所在。轉(zhuǎn)化器設(shè)計是需要將科學(xué)的理論技術(shù)與豐富的生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合、將宏觀分析與微觀分析相結(jié)合、將工程設(shè)計與制造工藝相結(jié)合，才能設(shè)計制造出性能優(yōu)良、制造成本低的轉(zhuǎn)化器［1］。

1　技術(shù)參數(shù)及結(jié)構(gòu)介紹

轉(zhuǎn)化器技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1　轉(zhuǎn)化器技術(shù)指標(biāo)

氯化氫和乙炔按一定比例在混合器內(nèi)混合，再經(jīng)過多級冷卻和脫水后進(jìn)入轉(zhuǎn)化器。在轉(zhuǎn)化器列管內(nèi)，氯化氫與乙炔在氯化汞催化劑作用下合成氯乙烯，該反應(yīng)是強(qiáng)放熱反應(yīng)，列管中心最高溫度可達(dá)170℃。殼程采用庚烷循環(huán)帶走反應(yīng)熱，前期轉(zhuǎn)化器是傳統(tǒng)的普通換熱器，直徑一般為2 400 mm，列管為?57 3.5，數(shù)量為620～660根，換熱面積為320～350 m2，設(shè)備凈重約18 t，列管與管板之間的連接方式采用強(qiáng)度脹接。隨著國內(nèi)大型電石法PVC項(xiàng)目增多，轉(zhuǎn)化器的大型化發(fā)展也隨之較快，以直徑為2 400 mm的轉(zhuǎn)化器為依據(jù)，用比例放大的辦法，先后研發(fā)制造了直徑為2 800 mm、3 000 mm、3 200 mm的大型轉(zhuǎn)化器。與此同時，業(yè)內(nèi)也開始關(guān)注小列管轉(zhuǎn)化器的研發(fā)制造，并有一些新產(chǎn)品的出現(xiàn)。大型轉(zhuǎn)化器的使用，減少了設(shè)備和廠房的面積，提高了設(shè)備運(yùn)行性能，節(jié)省了項(xiàng)目總投資，成為國內(nèi)新上PVC項(xiàng)目的首選設(shè)備［2，3］。

轉(zhuǎn)化器是反應(yīng)器，但實(shí)際上是一種大型換熱器，是氯乙烯合成工藝中的關(guān)鍵設(shè)備。轉(zhuǎn)化器結(jié)構(gòu)，主要由上管箱、下管箱、管束、耳座、氣體進(jìn)口、氣體出口、冷卻水進(jìn)口、冷卻水出口及測溫口等組成。通常在氣體進(jìn)口添加防沖裝置，列管內(nèi)裝滿以活性炭為載體的氯化汞催化劑。轉(zhuǎn)化器結(jié)構(gòu)簡圖見圖1［4］。

圖1　轉(zhuǎn)化器結(jié)構(gòu)簡圖

2　結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1氣體分布器的設(shè)置

國內(nèi)大多數(shù)轉(zhuǎn)化器的工藝設(shè)計參數(shù)都取自一般基礎(chǔ)研究文獻(xiàn)，這些研究是在實(shí)驗(yàn)室中的單管反應(yīng)器取得的，這些工藝參數(shù)在放大到多根列管式轉(zhuǎn)化器的工程設(shè)計時，大都忽略了每根列管位置的不同而形成的流體路徑長短不一、阻力不同，因而每根列管中的空間流速有較大的差異，即所產(chǎn)生的反應(yīng)負(fù)荷的差異。這樣就要求反應(yīng)氣體能盡可能的分布均勻：設(shè)計合理的進(jìn)口處的氣體分布器，使進(jìn)口處的流體動能矢量改變方向，去往路徑遠(yuǎn)的列管的流體獲得較高的動能，而去往中心區(qū)列管的流體獲得較少的動能；優(yōu)化下封頭內(nèi)的支撐填料布局，盡可能使每根列管中的阻力和氣體流量分布均勻，實(shí)現(xiàn)各根列管反應(yīng)均衡，觸媒消耗均一的目的。

氣體分布器是設(shè)在轉(zhuǎn)化器上管箱的一種氣體分布裝置，其作用是將進(jìn)入轉(zhuǎn)化器的反應(yīng)氣體均勻的分布到各個列管的進(jìn)口，具體形式見圖2。此種分布形式能更好的將氣體分布到各列管，使氣體與列管間的催化反應(yīng)更加充分，從而提高了生產(chǎn)效率。

圖2　錐型氣體分布器簡圖

圖3　列管與管板連接簡圖

2.2列管與管板連接結(jié)構(gòu)

轉(zhuǎn)化器的列管與管板的連接技術(shù)要求比較嚴(yán)格。與一般的換熱器不同的是，只要有微小的滲漏，就會使管間的熱水泄漏到設(shè)備內(nèi)，與氣相中的氯化氫接觸而生成濃鹽酸，并進(jìn)一步腐蝕直到大量鹽酸從底部放酸口放出而造成停產(chǎn)事故。因此，轉(zhuǎn)化器在使用過程中，最容易受到損壞的部位就是列管與管板的連接部位。列管與管板的連接方式有脹接、焊接和脹焊結(jié)合等。在設(shè)計中轉(zhuǎn)化器的列管與管板的連接形式宜采用強(qiáng)度脹加密封焊，見圖3。脹管應(yīng)盡可能在焊后進(jìn)行，這樣可以避免因焊接時縫隙中的氣體膨脹而造成焊縫中形成氣孔。強(qiáng)度脹結(jié)構(gòu)簡單，換熱管修補(bǔ)容易，強(qiáng)度脹的作用有：（1）是保證列管與管板連接的密封性能及抗拉脫強(qiáng)度；（2）消除列管與管板孔間的空隙，使列管與管板孔貼合在一起，便于焊接；（3）達(dá)到列管與管板孔間的接合要求，防止縫隙腐蝕；（4）承受轉(zhuǎn)化器工作溫度波動或者其他原因引起的反復(fù)載荷，從而減輕接頭焊縫的疲勞應(yīng)力。密封焊保證列管與管板連接密封性更好，同時承受抗拉強(qiáng)度。

轉(zhuǎn)化器的進(jìn)氣口含有氯化氫氣體和乙炔氣體，氯化氫氣體中可能夾帶微量的水，這樣就形成了微量鹽酸，這些微量鹽酸雖然對上管箱不構(gòu)成大的影響，但卻容易對列管與管板連接處造成腐蝕，從而降低列管與管板的連接質(zhì)量。因此，在列管與管板連接后，要求在上管板表面襯一層耐酸膠泥，以防止鹽酸對管板連接處的腐蝕，涂膠泥后仍要保證換熱管至少伸出1 mm。改進(jìn)后連接形式見圖4［1］。

圖4　列管與上管板改進(jìn)后連接簡圖

由圖3可知，轉(zhuǎn)化器的檢漏方式是觀察下封頭底部的視鏡，當(dāng)視鏡中出現(xiàn)霧狀液滴時，說明殼程中的熱水已經(jīng)泄漏至管程中并與氯化氫反應(yīng)生成鹽酸。如處理不及時，鹽酸就會從泄漏的列管擴(kuò)散至其他周圍的列管，加大補(bǔ)漏工程量甚至破壞管板，影響轉(zhuǎn)化器的使用。為此，將轉(zhuǎn)化器下管板列管的外伸長度由3 mm增加到10 mm。改進(jìn)后如果發(fā)生泄漏，生成的鹽酸先會沿著外伸的列管向下滲漏，而不是向周圍的列管滲漏，最大限度地保護(hù)了泄漏列管周圍的列管和管板，減少了泄漏后補(bǔ)焊的工作量，也提高了轉(zhuǎn)化器管板的使用壽命。改進(jìn)后連接形式見圖5［5］。

圖5　列管與下管板改進(jìn)后連接簡圖

2.3殼體進(jìn)出口結(jié)構(gòu)

為充分利用轉(zhuǎn)化器換熱面積減少殼程流體停滯區(qū)，應(yīng)盡量將殼程進(jìn)出口接管位置靠近上下管板。改進(jìn)后消除了進(jìn)出口和管板的氣相不流動區(qū)，傳熱能力得到加強(qiáng)。

3　結(jié)語

以上所述為轉(zhuǎn)化器設(shè)計過程中應(yīng)該注意的問題，為以后的設(shè)計工作提供一定的經(jīng)驗(yàn)。在以后的設(shè)計工作中，將在克服這些問題的基礎(chǔ)上虛心聽取制造、生產(chǎn)企業(yè)的意見和建議，使設(shè)計產(chǎn)品更好的滿足工藝、制造要求，創(chuàng)造更好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

參考文獻(xiàn)：

［1］張宇.西化氯乙烯合成轉(zhuǎn)化器改進(jìn)總結(jié)及當(dāng)前進(jìn)展.2011年全國聚氯乙烯行業(yè)技術(shù)年會論文集，2011.

［2］劉延斌.氯乙烯轉(zhuǎn)化器的泄漏原因及改進(jìn)措施.中國氯堿，2003.6. 37.

［3］林寶春，馬以高，董林遠(yuǎn)，等.氯乙烯小列管轉(zhuǎn)化器小結(jié).聚氯乙烯，2000（3）：46.

［4］鄭石子，顏才南.聚氯乙烯生產(chǎn)與操作.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

［5］廖建良.氯乙烯轉(zhuǎn)化器的設(shè)計制造改進(jìn).化工機(jī)械，2011.38（4）.471.

Problems of design process of converter

ZHAO Jun-feng，DU Ying-jun，ZHU Xiao-dong
（Xi'an Aerospace Power Co.，Ltd.，Xi'an 710025，China）

Abstract：The latest progress in synthesis technology of converter and problems needing attention in the design of the equipment were introduced，And put forward the improvement measures. After improvement，the cost reduced，meet the technical requirements and improve service life.

Key words：PVC；vinyl chloride；converter；design

中圖分類號：TQ052.5

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1009-1785（2016）02-0025-03

收稿日期：2015-09-29