周舒 顧濤 新疆圣雄氯堿有限公司
氯堿生產(chǎn)是一種高能耗的產(chǎn)業(yè)。近年來,隨著氯堿廠生產(chǎn)規(guī)模的日益擴大,總能耗也越來越多。由于換熱器的能耗和投資占燒堿的成本較高,因此應(yīng)用新型的換熱器在氯堿企業(yè)的擴建中顯得越來越重要。板式換熱器是一種結(jié)構(gòu)緊湊、性能高效的換熱設(shè)備。與列管換熱器相比:它占地面積只相當(dāng)于列管換熱器的20%左右。由于增加擾動,強化了傳熱,傳熱效率提高了4~5倍。它組裝靈活,熱損失小,不需要保溫層,同時質(zhì)量輕,拆卸、檢修方便,廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)生產(chǎn)中。隨著氯堿廠生產(chǎn)規(guī)模的日益擴大,總能耗也越來越多。由于換熱器的能耗和投資占燒堿的成本較高,因此應(yīng)用新型的換熱器在氯堿企業(yè)的擴建中顯得越來越重要。
在板式換熱器中,板片是傳熱元件,懸掛在導(dǎo)桿上,板片上面還貼有密封墊片,板片按設(shè)計要求組裝后壓緊。流體在板式換熱器內(nèi)的流動,是通過板片上的角孔進入板片通道,冷熱流體間達到換熱的作用。普通的板式換熱器主要用于無相變的換熱場合,還有冷凝式板式換熱器用于氣體冷凝,以及耐壓較高的焊接式板式換熱器。
板式換熱器與管殼式換熱器的性能對比見表1。
硅整流工序的兩種換熱器均屬于液液換熱。其中變壓器的油冷卻器可使用鋁黃銅板片材質(zhì)、耐油丁腈橡膠墊片的板式換熱器;整流柜的純水冷卻器可使用1Cr18Ni9Ti的板片材質(zhì)、丁腈橡膠墊片的板式換熱器。
鹽水預(yù)熱器屬于氣液換熱,同時由于鹽水介質(zhì)電化學(xué)腐蝕的存在,板片材質(zhì)必須使用1Cr18Ni9Ti以上奧氏體不銹鋼,墊片為丁腈橡膠的冷凝式板式換熱器。
在氯氣處理工序中,鈦管冷卻器板片可使用TA2鈦材材質(zhì),由于濕氯氣的化學(xué)腐蝕較重,所以選用耐氧化的三元乙丙橡膠墊片,同時有氯水的冷凝,必須使用冷凝式板式換熱器;同樣氯水冷卻器可使用板片材質(zhì)為TA2、墊片為三元乙丙橡膠的板式換熱器;納氏泵的循環(huán)酸、各塔循環(huán)酸換熱器板片可使用耐濃硫酸和氯氣腐蝕的哈式合金C-276材質(zhì)以及氟橡膠墊片。
在液氯工序中,無論使用氨制冷還是使用氟里昂制冷,制冷劑的液化均可使用板片材質(zhì)為1Cr18Ni9Ti的板式換熱器,由于壓縮后的氣體壓力較高,所以此板式換熱器必須選用焊接式的,雖然板片無法拆檢,但由于介質(zhì)腐蝕性較弱,使用壽命仍可達8年以上。氯氣液化器可使用板片材質(zhì)為1Cr18Ni9Ti的冷凝式板式換熱器、其墊片同鈦管冷卻器一樣選用三元乙丙橡膠。
由于電解液的腐蝕包括氯離子的孔蝕、堿脆和電化學(xué)腐蝕,因此電解液預(yù)熱器必須使用1Cr18Ni9Ti或Mo2Ti的奧氏體不銹鋼板片材質(zhì)、墊片選用耐強堿的丁基橡膠。
表1 板式換熱器與管殼式換熱器的性能對比
1.當(dāng)換熱介質(zhì)中含有固體顆粒、纖維狀物質(zhì)時,例如一次水或循環(huán)水,應(yīng)當(dāng)在換熱器前面安裝過濾器。
2.板式換熱器投入使用時,應(yīng)緩慢打開高溫介質(zhì)入口閥門,使其充滿高溫側(cè)板程,然后再打開低溫介質(zhì)的入口閥門。嚴禁壓力、溫度急劇變化。
3.通過分析介質(zhì)成分或判斷壓力變化情況,發(fā)現(xiàn)有兩種介質(zhì)相串通的現(xiàn)象時,應(yīng)立即停車,查出并更換損壞的板片。
4.嚴格控制使用溫度與壓力在允許值以下,否則會加速密封墊的老化,造成嚴重泄漏等情況。
5.檢查發(fā)現(xiàn)換熱板束泄漏時,應(yīng)做好標記,以便設(shè)備拆開后,迅速查出損壞的板片和密封墊片,換上新的換熱板片和密封墊片。
6.開始運行時,發(fā)現(xiàn)換熱器冷熱不均,應(yīng)先檢查換熱器內(nèi)是否有空氣沒放干凈,然后檢查換熱板片是否加錯,通道是否堵塞,并采取相應(yīng)的有效措施進行處理。
7.板式換熱器停車時,應(yīng)緩慢關(guān)閉低溫介質(zhì)入口閥門,隨即緩慢關(guān)閉高溫介質(zhì)入口閥門,然后關(guān)閉低溫介質(zhì)的出口閥門,再關(guān)閉高溫介質(zhì)的出口閥門。禁止壓力、溫度發(fā)生急劇變化。
隨著時間的推移,新工藝、新技術(shù)的出現(xiàn),以及對原設(shè)計局部的優(yōu)化都要求對原有設(shè)備進行材質(zhì)或能力改造升級,所以設(shè)備改造類項目數(shù)量較多。設(shè)備改造升級類項目主要集中在換熱器材質(zhì)升級、管線及儲罐材質(zhì)升級等方面。比如氯氣壓縮機段間換熱器材質(zhì)升級為銅鎳合金,脫氯單元換熱器材質(zhì)升級為鈦鈀合金,鹽水儲罐由碳鋼襯膠改為玻璃鋼材質(zhì),電解槽陰極出口非金屬管線升級為鎳管線,電解槽陽極出口非金屬管線升級為鈦管線等。
氯氣壓縮機的段間換熱器,作用是降低氯氣各級壓縮后的溫度,原設(shè)計材質(zhì)為碳鋼,結(jié)構(gòu)為管殼式。氯氣壓縮機經(jīng)過10年左右的運行,檢修時發(fā)現(xiàn)部分碳鋼列管存在明顯的減薄,為了防止發(fā)生泄漏后干氯氣與循環(huán)水接觸,對設(shè)備造成腐蝕,決定對段間換熱器進行材質(zhì)升級。改造升級方案分為2種:(1)將列管升級為銅鎳合金材質(zhì),優(yōu)點是材質(zhì)性能好、壽命長,缺點是價格昂貴、制造周期長;(2)采用碳鋼涂刷環(huán)氧防腐涂層,優(yōu)點是價格便宜、制造周期短,缺點是涂層對換熱效果有輕微影響,且有脫落風(fēng)險。
經(jīng)過綜合考慮,最終分2批次對9臺段間換熱器進行了更換,其中4臺段間換熱器升級為銅鎳合金,5臺段間換熱器變更為碳鋼加環(huán)氧防腐涂層。其中銅鎳合金運行后換熱效果良好,設(shè)備無明顯減薄。碳鋼加環(huán)氧防腐涂層換熱器剛在2019年6月更換,目前換熱效果良好,涂層牢固性有待持續(xù)跟蹤。鹽水工序的儲罐最初設(shè)計多是碳鋼襯膠材質(zhì),但是多年運行后,經(jīng)常出現(xiàn)襯膠脫落、碳鋼腐蝕泄漏等問題,每年檢修都須花費大量人力、物力進行清理儲罐、補焊漏點、修補襯膠。為了集中解決這一問題,樂金渤海逐年將舊儲罐更換成為玻璃鋼材質(zhì)的儲罐,現(xiàn)在已經(jīng)完成一次鹽水儲罐、二次鹽水儲罐、返回鹽水儲罐的更換,綜合運行情況良好,有效減少了鋼襯膠年年修補的問題。
當(dāng)板式換熱器拆檢清洗后或板片、墊片損壞時,應(yīng)進行維修。(1)板式換熱器在拆卸前,應(yīng)測量板束的壓緊長度尺寸,以便在重裝時使用。(2)密封墊片若粘在兩板片間的溝槽內(nèi),應(yīng)小心地用工具從易剝離的部位插入,然后沿其周邊進行剝離,切不可損壞板片和密封墊片。(3)檢查換熱板片是否有穿孔情況,一般用放大鏡檢查。奧氏體不銹鋼板片可先用磁鐵粗檢,再用放大鏡檢查。(4)如果發(fā)現(xiàn)介質(zhì)出入口及通道內(nèi)有雜物積累,則說明過濾器失效,應(yīng)及時清掃過濾器。(5)換熱板片結(jié)疤時,切忌用鋼絲刷子來洗刷,尤其是不銹鋼板片,以防止加速板片的腐蝕。(6)拆卸氯氣處理的鈦材板片時,嚴禁與明火接觸,以防氧化。(7)檢查密封墊片是否有老化、裂紋等缺陷,禁止用硬的物品在表面上亂劃。(8)板式換熱器的一個板片損壞而無備件時,可將此板片和相鄰的板片同時取下,再擰緊夾緊螺栓。(9)板片組裝時,可用刷子將密封膠涂在板片的溝槽內(nèi),然后壓入密封墊片,最后把板片組裝起來即可。
板式換熱器是一種結(jié)構(gòu)緊湊、高效的新型換熱設(shè)備。在氯堿生產(chǎn)中應(yīng)用新型的板式換熱器,占地面積比列管換熱器減少80%,投資降低50%~70%,傳熱效率提高了400%~500%。由于選用的材質(zhì)較好,使用中只要按規(guī)程操作就可以保證氯堿裝置安全長周期運行。同時板式換熱器質(zhì)量輕,換熱器外不需要保溫。在使用中如果阻力增大或結(jié)垢,清洗比較容易。板片損壞或密封墊片泄漏時,拆卸、檢修也比較方便。因此在氯堿生產(chǎn)中應(yīng)盡可能選用板式換熱器。