駱玉錕

(山東魯泰化學(xué)有限公司，山東 濟(jì)寧 272345)

1 冷凍單元改造背景

除硝冷凍單元采用氟利昂通過蒸發(fā)器直接冷凍鹽水的工藝，蒸發(fā)器在使用過程中極易堵塞列管，每天須輪換沖洗6次蒸發(fā)器以提高其換熱效率。沖洗1臺(tái)蒸發(fā)器至少耗時(shí)0.5 h，并且沖洗水溫度在30 ℃以上，而蒸發(fā)器的運(yùn)行溫度在-6 ℃左右，巨大的溫差造成冷凍單元溫度頻繁波動(dòng)，而且蒸發(fā)器列管焊縫出現(xiàn)裂縫，氟利昂外漏[1]。

2 冷凍單元現(xiàn)有設(shè)備及生產(chǎn)能力

目前魯泰化學(xué)除硝冷凍單元有冷凍機(jī)組2臺(tái)，電動(dòng)機(jī)功率500 kW，1開1備。主要設(shè)備如下：蒸發(fā)器5臺(tái)，S=180 m2,換熱管252根；預(yù)冷器2臺(tái)，1臺(tái)S=31.9 m2，1臺(tái)S=25.3 m2；冷凍循環(huán)泵5臺(tái)，Q=145 m3/h，H=35 m；貧硝鹽水泵1臺(tái),Q=50 m3/h，H=30 m；硝漿進(jìn)料泵4臺(tái)，Q=6.5 m3/h，H=35 m；回收母液泵1臺(tái),Q=10 m3/h，H=30 m。

3 改造方案

(1)改蒸發(fā)器為列管換熱器：根據(jù)冷量的需要對(duì)除硝冷凍單元5臺(tái)蒸發(fā)器中的3臺(tái)進(jìn)行改造，其中單臺(tái)換熱面積為180 m2，除硝冷凍單元蒸發(fā)器A、B、C與R-22管路斷開，拆除蒸發(fā)器A、B、C上部R-22汽化儲(chǔ)槽，改蒸發(fā)器為列管換熱器。

(2)冷媒采用低溫氯化鈣鹽水，該低溫鹽水由山東魯泰化學(xué)有限公司公用工程車間提供，溫度為-28 ℃。

(3)增加1臺(tái)-15 ℃氯化鈣鹽水罐，在-15 ℃氯化鈣鹽水罐進(jìn)口增設(shè)1臺(tái)列管式換熱器(換熱面積100 m2)，換熱器進(jìn)口氯化鈣鹽水溫度-28 ℃，流量120 m3/h；-28 ℃氯化鈣鹽水進(jìn)口安裝自控調(diào)節(jié)閥，控制進(jìn)入鹽水罐的氯化鈣鹽水在-15 ℃左右。 -15 ℃氯化鈣鹽水罐出口增加2臺(tái)變頻輸送泵(流量150 m3/h,揚(yáng)程45 m,l開1備)，為脫硝冷凍單元提供冷媒。

(4)-15 ℃氯化鈣鹽水與富硝氯化鈉鹽水換熱。將-15 ℃氯化鈣鹽水送至除硝冷凍單元，-15 ℃氯化鈣鹽水管道與原氟利昂管道連接，換熱器殼程介質(zhì)-15 ℃氯化鈣鹽水，管程介質(zhì)仍為富硝鹽水。-15 ℃氯化鈣鹽水從換熱器底部進(jìn)、頂部出，采用換熱器A、B、C 3臺(tái)并聯(lián)的形式。

(5)除硝冷凍單元-15 ℃氯化鈣鹽水進(jìn)口管道安裝DN150不銹鋼自控閥門，調(diào)節(jié)氯化鈣鹽水流量，以控制富硝氯化鈉鹽水出水溫度(-5～0 ℃)，減少冷量浪費(fèi)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)除硝系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。在自控閥后安裝1個(gè)熱電阻測(cè)溫器，檢測(cè)進(jìn)口氯化鈣鹽水溫度；在氯化鈣鹽水進(jìn)入換熱器前增加1臺(tái)Y形過濾器，防止雜質(zhì)堵塞列管。為方便換熱器沖洗時(shí)切斷冷媒，單臺(tái)換熱器-15 ℃氯化鈣鹽水進(jìn)出口各增加1個(gè)DN100氣動(dòng)閥，共需6個(gè)DN100自控閥。

(6)富硝鹽水在密度為1.13～1.14 kg/L時(shí)，結(jié)晶點(diǎn)為-11.4～-10.2 ℃，為保證富硝鹽水在蒸發(fā)器內(nèi)不凝固，應(yīng)確保鹽水進(jìn)入換熱器前的溫度在-12 ℃以上[2]。

氯化鈣鹽水上水(壓力≥0.4 MPa)溫度-15～-12 ℃，回水至冷凍工段鹽水箱，溫度-6～-3 ℃。

改造后除硝冷凍單元工藝流程如圖1所示。

圖1 改造后除硝冷凍單元工藝流程簡圖Fig.1 Diagram of improved process flow of freezing unit for sulfate removal

4 改造后運(yùn)行效果

4.1 換熱器沖洗頻次大幅降低

改造前，蒸發(fā)器沖洗頻次為1次/(4 h)；改造后，換熱器沖洗頻次為1次/(24 h)，有效降低了操作人員的工作強(qiáng)度，并緩解了換熱器熱脹冷縮對(duì)內(nèi)部管程的影響。

4.2 冷凍單元溫度趨于穩(wěn)定

改造前，沖洗蒸發(fā)器時(shí)冷凍單元溫度上升2 ℃以上；改造后，溫度上升1 ℃以下，穩(wěn)定了冷凍單元溫度系統(tǒng)，有效保障了鹽水除硝量，保證了鹽水質(zhì)量。

4.3 檢修成本大幅降低

除硝冷凍單元自改造完成至今，冷凍系統(tǒng)各項(xiàng)參數(shù)均正常，運(yùn)行成本大大降低。原消耗氟利昂約16 t/a，氟利昂價(jià)格以2.5萬元/t計(jì)，可降低運(yùn)行成本：16×2.5=40(萬元/a)。

4.4 鹽水系統(tǒng)硫酸根含量大幅降低

工藝改造前，由于冷凍效果不佳，鹽水系統(tǒng)中硫酸根質(zhì)量濃度基本保持在4～5 g/L；改造后，鹽水系統(tǒng)中硫酸根質(zhì)量濃度最低降到3 g/L，且至今穩(wěn)定在3～4 g/L，系統(tǒng)中硫酸根質(zhì)量濃度下降約1.5 g/L，有效保證了鹽水質(zhì)量和離子膜的使用壽命。

5 結(jié)語

除硝冷凍單元改造后，系統(tǒng)中硫酸根的含量明顯下降且溫度更穩(wěn)定，大大降低了裝置的運(yùn)行成本。延長了除硝冷凍單元設(shè)備的使用壽命，對(duì)實(shí)現(xiàn)企業(yè)節(jié)能降耗、清潔生產(chǎn)具有積極意義。